基于FPGA的计算机多媒体光纤传输设计与实现.pdf

基于FPGA（现场可编程门阵列）技术的计算机多媒体光纤传输设计与实现，主要涉及硬件技术、硬件开发以及相关软件开发知识。FPGA作为一种可以通过编程来配置的硬件设备，具有在应用中可以进行重复编程和配置的特性，能够实现高度的并行计算和高速信号处理，这使得FPGA在数据传输领域尤其是光纤通信方面有着广泛的应用。 FPGA在电磁屏蔽环境中的应用具有特殊意义。电磁屏蔽环境要求计算机主机与外围设备之间实现电磁隔离。传统的数据电缆在传输计算机多媒体数据时，由于距离较远，信号会受到较大损耗，例如音频信号失真和VGA信号图像重影等问题。而采用光纤通信则可以有效解决这些问题，因为光纤传输在电磁屏蔽环境中能够提供低损耗、高速度和实时性的数据传输。 在系统整体设计方面，本方案划分为设备发送端、设备接收端和光纤信道三部分。在发送端，多媒体信号（如VGA视频信号和音频信号）首先经过对应的输入模块，随后信号被转换为数字信号。模拟RGB信号通过VGA接口输入，然后经过视频A/D转换模块处理成为数字信号；立体声音频信号则通过左右声道输入，并经音频A/D模块转换成为数字信号。这两个模块的输出通过FPGA模块进行进一步的处理，包括时钟倍频、寄存器配置、高速数字流处理等，然后将处理后的数据总线输出给并串转换模块。 并串转换模块在发送时钟上升沿接收数据，进行8B/10B编码和串行化，最后通过高速I/O通道输出差分信号。光发送模块则负责将CML差分信号转换为LVPECL差分信号，并通过光纤信道传输。接收端执行与发送端相反的过程，包括信号的接收、解串、转换为数字信号、以及最后的D/A转换，恢复为原始的模拟信号输出。 文中提到的ISE12.3开发环境和Verilog语言是硬件开发中常用的开发工具和硬件描述语言。ISE12.3是Xilinx公司推出的FPGA开发套件，用于硬件的编程和配置。而Verilog语言是一种用于电子系统设计和硬件描述的语言，它能够让设计者用文本方式来描述硬件电路的功能和结构，进而通过EDA工具将其转换为可以在FPGA或其他硬件设备上实现的电路。 在实现过程中，选择了Xilinx公司的Spartan-3系列中的XC3S1000芯片，该芯片作为低成本方案，在设计中实现了多媒体数据通过光纤的传输。在四层PCB板上，结合数字化技术与光纤传输技术，设计者成功实现了多媒体信号在光纤中的远距离低损耗高速实时传输。 在技术实现上，所用的四层PCB板相较于两层或六层PCB板，在实现复杂电路设计方面具有更好的性能和更灵活的设计空间。四层PCB板提供了更多层次的布线选择，有助于降低信号干扰，同时也有利于实现高速电路设计。 总结来说，基于FPGA的计算机多媒体光纤传输系统的设计方案，不仅涉及到了硬件开发、信号处理和光纤通信等领域的知识，还体现了在电磁屏蔽等特殊环境下对高速、低损耗、实时传输能力的需求。通过应用FPGA的强大处理能力和可编程特性，以及Verilog语言的灵活性和ISE开发环境的高效性，能够实现对多媒体数据的高效处理和光纤通信中的传输。这对于推动计算机多媒体数据传输技术的发展和提高信息处理系统性能具有重要的意义。