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TMDS视频编解码算法

news 来源：原创 2025/5/23 5:07:37

因为使用的是DDR进行传输，即双倍频率采样，故时钟只用是并行数据数据的5倍，而不是10倍。

TMDS算法流程：

视频编码TMDS算法流程实现：

`timescale 1 ps / 1ps
//DVI编码通常用于视频传输，将并行数据转换为适合串行传输的格式。
module dvi_encoder (
  input            clkin,    // pixel clock input
  input            rstin,    // async. reset input (active high)
  input      [7:0] din,      // data inputs: expect registered
  input            c0,       // c0 input
  input            c1,       // c1 input;c0 和 c1 用于指示视频的**水平同步（HSYNC）和垂直同步（VSYNC）**信号。
  input            de,       // de input
  output reg [9:0] dout      // data outputs
);


// Counting number of 1s and 0s for each incoming pixel
// component. Pipe line the result.
// Register Data Input so it matches the pipe lined adder
// output

reg [3:0] n1d; //number of 1s in din
reg [7:0] din_q;

//计算像素数据中“1”的个数
always @ (posedge clkin) begin
  n1d <=#1 din[0] + din[1] + din[2] + din[3] + din[4] + din[5] + din[6] + din[7];

  din_q <=#1 din;
end

///
// Stage 1: 8 bit -> 9 bit
// Refer to DVI 1.0 Specification, page 29, Figure 3-5
///
wire decision1;

//decision1 为真，表示需要反转数据。
assign decision1 = (n1d > 4'h4) | ((n1d == 4'h4) & (din_q[0] == 1'b0));

wire [8:0] q_m;
assign q_m[0] = din_q[0];
assign q_m[1] = (decision1) ? (q_m[0] ^~ din_q[1]) : (q_m[0] ^ din_q[1]);
assign q_m[2] = (decision1) ? (q_m[1] ^~ din_q[2]) : (q_m[1] ^ din_q[2]);
assign q_m[3] = (decision1) ? (q_m[2] ^~ din_q[3]) : (q_m[2] ^ din_q[3]);
assign q_m[4] = (decision1) ? (q_m[3] ^~ din_q[4]) : (q_m[3] ^ din_q[4]);
assign q_m[5] = (decision1) ? (q_m[4] ^~ din_q[5]) : (q_m[4] ^ din_q[5]);
assign q_m[6] = (decision1) ? (q_m[5] ^~ din_q[6]) : (q_m[5] ^ din_q[6]);
assign q_m[7] = (decision1) ? (q_m[6] ^~ din_q[7]) : (q_m[6] ^ din_q[7]);
assign q_m[8] = (decision1) ? 1'b0 : 1'b1;   //第9位 q_m[8] 用于指示数据是否被反转,0是数据被反转

/
// Stage 2: 9 bit -> 10 bit
// Refer to DVI 1.0 Specification, page 29, Figure 3-5
/
//计算1和0的个数
reg [3:0] n1q_m, n0q_m; // number of 1s and 0s for q_m
always @ (posedge clkin) begin
  n1q_m  <=#1 q_m[0] + q_m[1] + q_m[2] + q_m[3] + q_m[4] + q_m[5] + q_m[6] + q_m[7];
  n0q_m  <=#1 4'h8 - (q_m[0] + q_m[1] + q_m[2] + q_m[3] + q_m[4] + q_m[5] + q_m[6] + q_m[7]);
end

//控制令牌（Control Tokens），用于在视频的消隐期（Blanking Period）传输同步信息。
//这些控制令牌是10位的固定编码值，用于表示视频的**水平同步（HSYNC）和垂直同步（VSYNC）**信号
parameter CTRLTOKEN0 = 10'b1101010100;
parameter CTRLTOKEN1 = 10'b0010101011;
parameter CTRLTOKEN2 = 10'b0101010100;
parameter CTRLTOKEN3 = 10'b1010101011;

/*
差异计数器（Disparity Counter）：
    在TMDS编码中，差异计数器用于跟踪当前信号的直流偏差（DC Disparity）。
    直流偏差是指信号中"1"和"0"的数量之差。
    通过调整编码方式（如反转数据），差异计数器可以帮助实现直流平衡，减少信号的直流分量。
    最高位是符号位（MSB is the sign bit）：
差异计数器的最高位（MSB）表示偏差的方向：
    如果最高位为 0，表示偏差为负（即"0"的数量多于"1"）。
    如果最高位为 1，表示偏差为正（即"1"的数量多于"0"）。
    其余位表示偏差的大小。
*/
reg [4:0] cnt; //disparity counter, MSB is the sign bit
wire decision2, decision3;

assign decision2 = (cnt == 5'h0) | (n1q_m == n0q_m);  //1和0的数量相等
/
// [(cnt > 0) and (N1q_m > N0q_m)] or [(cnt < 0) and (N0q_m > N1q_m)]
/
assign decision3 = (~cnt[4] & (n1q_m > n0q_m)) | (cnt[4] & (n0q_m > n1q_m));
                  //即cnt[4]=0                    cnt[4]=1


// pipe line alignment

reg       de_q, de_reg;
reg       c0_q, c1_q;
reg       c0_reg, c1_reg;
reg [8:0] q_m_reg;

always @ (posedge clkin) begin
  de_q    <=#1 de;
  de_reg  <=#1 de_q;
  
  c0_q    <=#1 c0;
  c0_reg  <=#1 c0_q;
  
  c1_q    <=#1 c1;
  c1_reg  <=#1 c1_q;

  q_m_reg <=#1 q_m;
end

///
// 10-bit out
// disparity counter
///
always @ (posedge clkin or posedge rstin) begin
  if(rstin) begin
    dout <= 10'h0;
    cnt <= 5'h0;
  end else begin
    if (de_reg) begin
      if(decision2) begin
        dout[9]   <=#1 ~q_m_reg[8]; 
        dout[8]   <=#1 q_m_reg[8]; 
        dout[7:0] <=#1 (q_m_reg[8]) ? q_m_reg[7:0] : ~q_m_reg[7:0];

        cnt <=#1 (~q_m_reg[8]) ? (cnt + n0q_m - n1q_m) : (cnt + n1q_m - n0q_m);  //第一个cnt代表当前cnt值，后面两个cnt代表上一次执行时的值
      end else begin
        if(decision3) begin
          dout[9]   <=#1 1'b1;
          dout[8]   <=#1 q_m_reg[8];
          dout[7:0] <=#1 ~q_m_reg[7:0];

          cnt <=#1 cnt + {q_m_reg[8], 1'b0} + (n0q_m - n1q_m);
        end else begin
          dout[9]   <=#1 1'b0;
          dout[8]   <=#1 q_m_reg[8];
          dout[7:0] <=#1 q_m_reg[7:0];

          cnt <=#1 cnt - {~q_m_reg[8], 1'b0} + (n1q_m - n0q_m);
        end
      end
    end else begin
      case ({c1_reg, c0_reg})  //进入消隐期
        2'b00:   dout <=#1 CTRLTOKEN0;
        2'b01:   dout <=#1 CTRLTOKEN1;
        2'b10:   dout <=#1 CTRLTOKEN2;
        default: dout <=#1 CTRLTOKEN3;
      endcase

      cnt <=#1 5'h0;
    end
  end
end
  
endmodule

解码：使用xilinx原语serdes进行并转串，serdes分为master和slave模式，其中的master使用的是8bit数据，另外带两个bit的扩展位放在了slave中。