1、前言

大自然的信号都是模拟的，视频信号也不例外。视频信号是指电视信号、静止图象信号和可视电视图像信号。视频信号分为三种制式：PAL、NTSC 和 SECAM。既然 PAL、NTSC、SECAM 都是模拟信号，FPGA 处理的是数字信号（有些 FPGA内部自带 AD，可以处理模拟信号，例如 Altera 的 MAX10），因此中间需要一个芯片做转换，也就是一个 ADC，学名叫做视频解码芯片。本设计使用TW2867作为视频解码芯片采集PAL视频。

工程概述

本设计基于Xilinx系列FPGA为平台，搭建实时PAL视频解码图传方案；视频输入为PAL制式的CCD模拟相机，输入分辨率为标准的720x576的PAL隔行视频；PAL视频解码方案为TW2867芯片，TW2867可输出PAL或者NTSC，本设计配置为PAL制式，出4路BT656视频，本设计只使用其中一路；FPGA接收到BT656视频视频后送入4通道分离模块，该模块用于分离出4路复合视频；然后分离出的复合视频送入BT565解码模块，该模块用于将BT565视频解码为YUV422视频；YUV422视频再送入Xiinx官方的Video In To AXI4-Stream IP核转换为AXI4-Stream视频流输出；然后再送入Xiinx官方的VDMA IP核做图像缓存，VDMA配置为4帧缓存，缓存介质为DDR3或DDR4；缓存视频从DDR读出后送入Xiinx官方的Video Processing Subsystem IP核做去隔行处理，将隔行视频转换为逐行视频；然后再送入Xiinx官方的Video Mixer IP核做视频格式转换和视频叠加处理，将YUV422转换为RGB888，同时在1920x1080黑色背景下叠加720x576的PAL视频；然后再送入Xiinx官方的AXI4-Stream to Video Out IP核做视频流转换，将AXI4-Stream视频流转换为Native视频流；最后Native视频流送入RGB888转HDMI模块输出HDMI差分视频流；再外接显示器即可显示采集到的PAL视频；针对市场主流需求，本博客设计并提供3套工程源码，具体如下：

工程源码1

开发板FPGA型号为Xilinx-Kintex7–35T–xc7k325tffg676-2；视频输入为PAL制式的CCD模拟相机，输入分辨率为标准的720x576的PAL隔行视频；PAL视频解码方案为TW2867芯片，TW2867可输出PAL或者NTSC，本设计配置为PAL制式，出4路BT656视频，本设计只使用其中一路；FPGA接收到BT656视频视频后送入4通道分离模块，该模块用于分离出4路复合视频；然后分离出的复合视频送入BT565解码模块，该模块用于将BT565视频解码为YUV422视频；YUV422视频再送入Xiinx官方的Video In To AXI4-Stream IP核转换为AXI4-Stream视频流输出；然后再送入Xiinx官方的VDMA IP核做图像缓存，VDMA配置为4帧缓存，缓存介质为DDR3；缓存视频从DDR读出后送入Xiinx官方的Video Processing Subsystem IP核做去隔行处理，将隔行视频转换为逐行视频；然后再送入Xiinx官方的Video Mixer IP核做视频格式转换和视频叠加处理，将YUV422转换为RGB888，同时在1920x1080黑色背景下叠加720x576的PAL视频；然后再送入Xiinx官方的AXI4-Stream to Video Out IP核做视频流转换，将AXI4-Stream视频流转换为Native视频流；最后Native视频流送入RGB888转HDMI模块输出HDMI差分视频流；再外接显示器即可显示采集到的PAL视频；该方案适用于Xilinx 7系列FPGA做PAL视频解码方案；

工程源码2

开发板FPGA型号为Xilinx–>Virtex7–690T–xc7vx690tffg1761-3；视频输入为PAL制式的CCD模拟相机，输入分辨率为标准的720x576的PAL隔行视频；PAL视频解码方案为TW2867芯片，TW2867可输出PAL或者NTSC，本设计配置为PAL制式，出4路BT656视频，本设计只使用其中一路；FPGA接收到BT656视频视频后送入4通道分离模块，该模块用于分离出4路复合视频；然后分离出的复合视频送入BT565解码模块，该模块用于将BT565视频解码为YUV422视频；YUV422视频再送入Xiinx官方的Video In To AXI4-Stream IP核转换为AXI4-Stream视频流输出；然后再送入Xiinx官方的VDMA IP核做图像缓存，VDMA配置为4帧缓存，缓存介质为DDR3；缓存视频从DDR读出后送入Xiinx官方的Video Processing Subsystem IP核做去隔行处理，将隔行视频转换为逐行视频；然后再送入Xiinx官方的Video Mixer IP核做视频格式转换和视频叠加处理，将YUV422转换为RGB888，同时在1920x1080黑色背景下叠加720x576的PAL视频；然后再送入Xiinx官方的AXI4-Stream to Video Out IP核做视频流转换，将AXI4-Stream视频流转换为Native视频流；最后Native视频流送入RGB888转HDMI模块输出HDMI差分视频流；再外接显示器即可显示采集到的PAL视频；该方案适用于Xilinx 7系列FPGA做PAL视频解码方案；

工程源码3

开发板FPGA型号为Xilinx–>Kintex UltraScale–xcku060-ffva1156-2-i；视频输入为PAL制式的CCD模拟相机，输入分辨率为标准的720x576的PAL隔行视频；PAL视频解码方案为TW2867芯片，TW2867可输出PAL或者NTSC，本设计配置为PAL制式，出4路BT656视频，本设计只使用其中一路；FPGA接收到BT656视频视频后送入4通道分离模块，该模块用于分离出4路复合视频；然后分离出的复合视频送入BT565解码模块，该模块用于将BT565视频解码为YUV422视频；YUV422视频再送入Xiinx官方的Video In To AXI4-Stream IP核转换为AXI4-Stream视频流输出；然后再送入Xiinx官方的VDMA IP核做图像缓存，VDMA配置为4帧缓存，缓存介质为DDR4；缓存视频从DDR读出后送入Xiinx官方的Video Processing Subsystem IP核做去隔行处理，将隔行视频转换为逐行视频；然后再送入Xiinx官方的Video Mixer IP核做视频格式转换和视频叠加处理，将YUV422转换为RGB888，同时在1920x1080黑色背景下叠加720x576的PAL视频；然后再送入Xiinx官方的AXI4-Stream to Video Out IP核做视频流转换，将AXI4-Stream视频流转换为Native视频流；最后Native视频流送入RGB888转HDMI模块输出HDMI差分视频流；再外接显示器即可显示采集到的PAL视频；该方案适用于Xilinx UltraScale系列FPGA做PAL视频解码方案；

本博客详细描述了Xilinx系列FPGA基于TW2867芯片实现PAL视频解码方案的设计方案，工程代码可综合编译上板调试，可直接项目移植，适用于在校学生、研究生项目开发，也适用于在职工程师做学习提升，可应用于医疗、军工等行业的高速接口或图像处理领域；
提供完整的、跑通的工程源码和技术支持；
工程源码和技术支持的获取方式放在了文章末尾，请耐心看到最后；

免责声明

本工程及其源码即有自己写的一部分，也有网络公开渠道获取的一部分(包括CSDN、Xilinx官网、Altera官网以及其他开源免费获取渠道等等)，若大佬们觉得有所冒犯，请私信批评教育；部分模块源码转载自上述网络，版权归原作者所有，如有侵权请联系我们删除；基于此，本工程及其源码仅限于读者或粉丝个人学习和研究，禁止用于商业用途，若由于读者或粉丝自身原因用于商业用途所导致的法律问题，与本博客及博主无关，请谨慎使用。。。

2、相关方案推荐

我已有的所有工程源码总目录----方便你快速找到自己喜欢的项目

其实一直有朋友反馈，说我的博客文章太多了，乱花渐欲迷人，自己看得一头雾水，不方便快速定位找到自己想要的项目，所以本博文置顶，列出我目前已有的所有项目，并给出总目录，每个项目的文章链接，当然，本博文实时更新。。。以下是博客地址：
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我这里已有的PAL视频解码方案

我这里有多种FPGA解码PAL视频的方案，既有PAL解码HDMI输出，也有缩放拼接输出等等，感兴趣的可以去看我的PAL视频解码专栏，专栏地址：
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3、工程详细设计方案

工程设计原理框图

工程设计原理框图如下：

输入PAL相机

视频输入为PAL制式的CCD模拟相机，输入分辨率为标准的720x576的PAL隔行视频；某宝价格也就几十块钱，我用的如下：

需要注意的是，PAL制式的CCD相机是隔行的模拟视频；大自然的信号都是模拟的，视频信号也不例外。视频信号是指电视信号、静止图象信号和可视电视图像信号。视频信号分为三种制式：PAL、NTSC 和 SECAM，接下来简单介绍一下这对于后期调试电路很有帮助。PAL 制又称为帕尔制。PAL 是英文 Phase Alteration Line 的缩写，意思是逐行倒相，也属于同时制。“PAL”有时亦被用来指 625 线，每秒 25 格，隔行扫描，PAL 色彩编码的电视制式。NTSC 是 National Television Standards Committee 的缩写，意思是“（美国）国家电视标准委员会”。NTSC 负责开发一套美国标准电视广播传输和接收协议。SECAM 制式，又称塞康制，SECAM 是法文 Sequentiel Couleur A Memoire 缩写，意为“按顺序传送彩色与存储”，是一个首先用在法国模拟彩色电视系统。这只是简单的概述，关于 PAL、NTSC 和 SECAM 更详细的资料请参考视频技术手册。既然 PAL、NTSC、SECAM 都是模拟信号，FPGA 处理的是数字信号（有些 FPGA内部自带 AD，可以处理模拟信号，例如 Altera 的 MAX10），因此中间需要一个芯片做转换，也就是一个 ADC，学名叫做视频解码芯片，本设计使用TW2867作为视频解码芯片。

然后简单区分一下隔行扫描（Interlace scan）和逐行扫描（Progressive scan）的概念。如下图所示，这是隔行扫描示意图，也就是先显示奇数行，然后再显示偶数行，这只是其中一种隔行扫描的方式，用途比较广泛，除此之外还有隔 2 行、隔 3 行扫描。

如下图所示，这是逐行扫描示意图，也就从第一行扫描，一直扫描到最后一行。目前显示器是逐行扫描的。

TW2867芯片解读

本次设计使用的是专用模拟视频解码芯片 TW2867，支持 4 路模拟视频输入，4 路模拟音频输入，1 路音频输出，视频输出是标准 BT656 格式。由于 FPGA 引脚限制，MIS603 音频部分没有做；TW2867输入 4 路模拟视频信号，输出YUV422数字视频流，每路视频流是 BT656 格式，BT656 视频时钟 27MHz，4 路复合 =27MHzx4=108MHz，视频接口连接到 FPGA。TW2867视频输出引脚说明如下：

对于 4 路复合视频时钟 108MHz，对硬件要求很高，数据线和时钟线等长布线。TW2867 内部有很多寄存器，在此给出几个常用的寄存器及其含义，更多的内容请参考 TW2867 数据手册。输出使能控制和时钟输出控制：

在这个寄存器中主要关心bit6配置为1，输出使能；bit3-2配置为0，CLKNO1输出27MHz时钟，bit1-0 配置为 2，CLKPO1 输出108MHz 时钟，通过这 2 个时钟可以把 4 路视频信号分开。这个寄存器配置为 0x42。

Bit6：配置为 1，标准 ITU-R656 格式。
Bit5-4：选择视频复合后输出引脚，配置为 1，从 CHID1 输出。
Bit3：配置为 0，正常 ITU-R656 格式。
Bit2：配置为 0，输出视频中有 EAV-SAV 信号。
Bit1：配置为 1，bit7-4 是 EAV/SAV 编码。
Bit0：配置为 0，奇数场和偶数场行数相等。
综上，这个寄存器配置为 0x52。
视频通道输出控制：

这个寄存器配置为 0x02,4 路视频通过时分复用到 VD1[7：0]输出，硬件设计连接到 VD1。视频功能控制如下：

Bit7：配置为 0，视频视频数据输出限制到 0-254。
Bit6：配置为 1，ACKG 的输入参考是 ASYNP。
Bit5：配置为 0，输出格式是 YUV422 格式。
Bit4：配置为 1。
Bit3：配置为 0，仅用于测试。
Bit2：配置为 0，消隐时数据输出 0x80 和 0x10。
Bit1：配置为 0，ITU-R BT656 同步信号在消隐部分。
Bit0：配置为 1，HACTIVE 在垂直消隐期间使能。
这个寄存器配置为 0x51。

之前介绍了 BT656 格式时钟 27MHz 的来源，TW2867 支持 4 路实时 BT656 视频，采样时分复用，最大时钟频率是 108MHz，因此需要一个 108MHz 的时钟输入引脚，考虑到方便解调出每路视频信号增加了一个 27MHz 的时钟输入信号，再加上 8 根数据，这样 10 根线就可以输入 4 路视频信号，在硬件设计上大大简化，降低了布线的复杂度。如下图所示，TW2867 在 4 路视频复合时的时序图，那就是 4 个通道视频轮流输出，即通道 1 视频数据、通道 2 视频数据、通道 3 视频数据、通道 4 视频数据，然后重复。

通过了解视频数据复合方式，那解复合程序就可以设计了，那面说说思路。采用时分复用，每个通道数据轮流输出，那就需要一个计数器实现把每个通道的数据分离，即将 108MHz 时钟数据分成 4 个 27MHz 时钟数据。由于是 4 路视频，需要产生一个模长为 4 的计数器，根据计数器的数据把数据分配到 4 个视频通道上。详细内容请参考工程代码。

4通道复合视频分离模块

4通道复合视频分离模块将TW2867解码后的4路复合视频分离出来，功能非常简单，顶层接口如下：

将模块顶层直接拖入Block Design中，如下：

BT656视频解码模块

BT656视频解码模块将TW2867解码后的BT656视频解码为YUV422视频，其中BT656数据格式如下：

如上图所示是一行 BT656 数据结构，分成 4 段：EAV（4-byte）、BLANKING（280-byte）、SAV（4-byte）和有效数据（1440-byte），接下来分别介绍。BLANKING：280-byte，0x80 和 0x10 交替出现。有效数据：1440-byte，一共 720 个像素，Y 占 720 个数据，Cb 和 Cr 分别占 360 个数据。EAV 和 SAV：分别占 4-byte，前三个字节相同，是 0XFF，0X00，0X00，最后一个不同，根据这个字节进行解码。

EAV 和 SAV 的结构如上图所示，其中 F、V、H 含义：

F 是场信号，0 表示场 1,1 表示场 2，也就是奇偶场。V 表示场有效，0 表示场数据有效，1 表示是垂直消隐。H 区分 EAV 和 SAV 信号。P3-P0 只是校验保护位，由 F、V、H 进行异或运算得到。如下图所示，这是一帧 BT656 数据格式，一共包括 625 行，每行 1728 个字节，有效数据大小是 720x576，分成 2 场，每场 720x288，其余行是消隐信号。

BT656 规定一行有 1728 个字节，一帧有 625 行，每秒传输 25 帧数据，8bit 总线并行传输。1728x625x25=27000000=27M，经过计算就知道 27MHz 的来历了。在这 625行中有用的数据是 576 行，在 BT656 视频格式中有效视频大小是 720x576，其余的当做消隐处理。BT656视频解码模块顶层接口如下：

将模块顶层直接拖入Block Design中，如下：

Video In To AXI4-Stream

解码后的YUV422视频再送入Xiinx官方的Video In To AXI4-Stream IP核转换为AXI4-Stream视频流输出；Block Design中如下：

VDMA图像缓存

解码后的YUV422视频再送入Xiinx官方的VDMA IP核做图像缓存，VDMA配置为4帧缓存，缓存介质为DDR3或DDR4；Block Design中如下：

Video Processing Subsystem 去隔行

缓存视频从DDR读出后送入Xiinx官方的Video Processing Subsystem IP核做去隔行处理，将隔行视频转换为逐行视频；Video Processing Subsystem集成了多种功能，本设计配置为去隔行，如下：

Video Processing Subsystem在Block Design中如下：

Video Mixer 视频叠加

去隔行后的视频再送入Xiinx官方的Video Mixer IP核做视频格式转换和视频叠加处理，将YUV422转换为RGB888，同时在1920x1080黑色背景下叠加720x576的PAL视频；Video Mixer在Block Design中如下：

HDMI 视频输出

然后再送入Xiinx官方的AXI4-Stream to Video Out IP核做视频流转换，将AXI4-Stream视频流转换为Native视频流；最后Native视频流送入RGB888转HDMI模块输出HDMI差分视频流；再外接显示器即可显示采集到的PAL视频；Block Design中如下：

工程源码架构

本设计提供3套工程源码，以工程源码1为例，工程Block Design截图如下：

本设计提供3套工程源码，以工程源码1为例，综合后的源码截图如下：

工程源码需要运行MicroBlaze软核，用于配置VDMA、VPSS、Video Mixer等；SDK工程架构如下：

工程编译后资源消耗低、功耗低、时序收敛，符合工程项目应用要求，如下：

4、工程源码1详解：Kintex7-325T 版本

开发板FPGA型号：Xilinx–Kintex7–xc7k325tffg676-2；
开发环境：Vivado2019.1；
输入：PAL制式的CCD模拟相机，720x576的PAL隔行视频；
输出：HDMI，1080P黑色背景下的720x576有效视频区域；
PAL视频解码方案：TW2867芯片方案；
图像缓存方案：Xilinx官方VDMA方案，4帧缓存，板载DDR3为介质；
视频叠加输出方案：Xilinx官方Video Mixer方案
工程作用：此工程目的是让读者掌握FPGA基于TW2867实现PAL视频解码的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程Block Design和工程代码架构请参考第3章节“工程源码架构“小节内容；
工程的资源消耗和功耗如下：

5、工程源码2详解：Virtex7-690T 版本

开发板FPGA型号：Xilinx–Virtex7–690T–xc7vx690tffg1761-3；
开发环境：Vivado2019.1；
输入：PAL制式的CCD模拟相机，720x576的PAL隔行视频；
输出：HDMI，1080P黑色背景下的720x576有效视频区域；
PAL视频解码方案：TW2867芯片方案；
图像缓存方案：Xilinx官方VDMA方案，4帧缓存，板载DDR3为介质；
视频叠加输出方案：Xilinx官方Video Mixer方案
工程作用：此工程目的是让读者掌握FPGA基于TW2867实现PAL视频解码的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程Block Design和工程代码架构请参考第3章节“工程源码架构“小节内容；
工程的资源消耗和功耗如下：

6、工程源码3详解：KU060 版本

开发板FPGA型号：Xilinx–Kintex UltraScale–xcku060-ffva1156-2-i；
开发环境：Vivado2019.1；
输入：PAL制式的CCD模拟相机，720x576的PAL隔行视频；
输出：HDMI，1080P黑色背景下的720x576有效视频区域；
PAL视频解码方案：TW2867芯片方案；
图像缓存方案：Xilinx官方VDMA方案，4帧缓存，板载DDR4为介质；
视频叠加输出方案：Xilinx官方Video Mixer方案
工程作用：此工程目的是让读者掌握FPGA基于TW2867实现PAL视频解码的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程Block Design和工程代码架构请参考第3章节“工程源码架构“小节内容；
工程的资源消耗和功耗如下：

7、工程移植说明

vivado版本不一致处理

1：如果你的vivado版本与本工程vivado版本一致，则直接打开工程；
2：如果你的vivado版本低于本工程vivado版本，则需要打开工程后，点击文件–>另存为；但此方法并不保险，最保险的方法是将你的vivado版本升级到本工程vivado的版本或者更高版本；

3：如果你的vivado版本高于本工程vivado版本，解决如下：

打开工程后会发现IP都被锁住了，如下：

此时需要升级IP，操作如下：

FPGA型号不一致处理

如果你的FPGA型号与我的不一致，则需要更改FPGA型号，操作如下：



更改FPGA型号后还需要升级IP，升级IP的方法前面已经讲述了；

其他注意事项

1：由于每个板子的DDR不一定完全一样，所以MIG IP需要根据你自己的原理图进行配置，甚至可以直接删掉我这里原工程的MIG并重新添加IP，重新配置；
2：根据你自己的原理图修改引脚约束，在xdc文件中修改即可；
3：纯FPGA移植到Zynq需要在工程中添加zynq软核；

8、上板调试验证

准备工作

需要准备的器材如下：
FPGA开发板，可联系博主获得；
TW2867转接板，可联系博主获得；
PAL摄像头，可联系博主获得；
BNC线缆，可联系博主获得；
HDMI显示器；
我的开发板了连接如下：

PAL视频采集输出演示

PAL视频采集输出演示如下：

9、工程代码的获取

代码太大，无法邮箱发送，以某度网盘链接方式发送，
资料获取方式：私，或者文章末尾的V名片。
网盘资料如下：

此外，有很多朋友给本博主提了很多意见和建议，希望能丰富服务内容和选项，因为不同朋友的需求不一样，所以本博主还提供以下服务：