12G SDI-FMC дочерняя карта

12G SDI‑FMC от Terasic — это дочерняя плата‑мезонин для FPGA‑плат, реализующая высокоскоростные видеоинтерфейсы SDI (Serial Digital Interface) и цифровой аудиоинтерфейс AES3. Модуль подключается через слот FMC и даёт разработчику готовый тракт приёма/передачи видеосигналов без необходимости проектировать схемы согласования, разводку дифференциальных линий и тактовую подсистему.

Ключевая особенность — поддержка широкого диапазона стандартов SMPTE: от SD‑SDI до 12G‑SDI (до 12 Гбит/с на канал), что позволяет использовать модуль для работы с SD, HD, 3G, 6G и 12G видеоформатами. На плате установлены высокоскоростные SDI‑трансиверы (например, LMH1981/LMH1983), обеспечивающие приём и передачу, а также встроенный генератор тактовых сигналов (Si5344) для формирования опорных частот под разные стандарты.

Помимо видео, карта поддерживает цифровой аудиопоток AES3 — это удобно для сквозной передачи и обработки видео+аудио в едином конвейере на FPGA. Такая связка востребована в задачах стриминга, коммутации видео, захвата и анализа кадров, а также в учебных проектах по обработке видеосигналов и синхронизации аудио/видео.

Модуль особенно полезен для прототипирования профессиональных видеорешений: можно быстро собрать стенд для тестирования IP‑ядер SDI, генераторов/анализаторов шаблонов, конвертеров форматов, коммутаторов и маршрутизаторов видеопотоков. Для образовательных целей это наглядный инструмент для изучения структуры SDI‑кадров, синхронизации, встраивания аудио, работы с временными кодами и восстановления тактовой частоты.

Основные преимущества
Готовый тракт SDI «из коробки». Не нужно проектировать аналоговые цепи, подбирать трансиверы и согласовывать линии — модуль сразу даёт рабочий интерфейс 12G‑SDI.
Широкий диапазон стандартов. Поддержка SD/HD/3G/6G/12G‑SDI по SMPTE позволяет работать с разными форматами видео без смены оборудования.
Интегрированный аудиоинтерфейс AES3. Возможность сквозной обработки видео и аудио в едином проекте на FPGA.
Стандартный форм‑фактор FMC. Простая установка в совместимые FPGA‑платы без доработки основной платы.
Готовая тактовая подсистема. Встроенный генератор Si5344 формирует опорные частоты для разных стандартов SDI — не требуется внешний референсный генератор.
Совместимость с Quartus Prime и референсными проектами. В SDK есть примеры инициализации трансиверов, захвата кадров, генерации тестовых шаблонов и базовой обработки видео.
Детерминированная обработка на FPGA. Потоковая обработка видеокадров без «плавающих» задержек CPU — удобно для анализа структуры кадров, временных меток и синхронизации.
Удобство для обучения и демонстраций. Наглядная демонстрация структуры SDI‑потока, встраивания аудио, временных кодов и восстановления такта.

Технические характеристики

Параметр	Значение
Производитель	Terasic
Форм‑фактор	FMC (FPGA Mezzanine Card), полный коннектор
Назначение	Приём/передача видео SDI и аудио AES3 для прототипирования на FPGA
Поддерживаемые стандарты	SD‑SDI, HD‑SDI, 3G‑SDI, 6G‑SDI, 12G‑SDI (SMPTE 259M, 292M, 424M, 2081‑1 и др.)
Скорость передачи данных	До 12 Гбит/с на канал (12G‑SDI)
Видеоинтерфейс	BNC‑разъёмы для SDI; поддержка приёма и передачи (зависит от конфигурации трансиверов)
Аудиоинтерфейс	AES3 (цифровой аудиопоток, встраиваемый в SDI или отдельный тракт)
Трансиверы	LMH1981 (приём), LMH1983 (передача) или аналоги
Тактовая система	Встроенный генератор Si5344; поддержка внешнего тактирования через SMA
Управление конфигурацией	SPI‑интерфейс для настройки трансиверов и режимов работы
Интерфейс к FPGA	FMC с поддержкой VADJ 1,8 В
Питание	Через FMC от основной платы (не требуется отдельный блок питания)
Особенности	Синхросигналы, маркеры кадров, поддержка временных кодов (timecode), встроенные средства диагностики (LOS, ошибки кадров)
Совместимые инструменты	Quartus Prime, Platform Designer (Qsys), Signal Tap, референсные проекты и SDK от Terasic

Области применения
Прототипирование видеосистем. Разработка коммутаторов, маршрутизаторов, конвертеров SDI‑форматов, стриминговых шлюзов и видеосерверов на базе FPGA.
Обработка видеопотоков. Реализация конвейеров захвата, масштабирования, наложения графики, конвертации цветовых пространств и упаковки в IP‑транспорт.
Тестирование и анализ видео. Генерация тестовых шаблонов, анализ структуры кадров, проверка временных кодов, диагностика ошибок и потерь сигнала.
Стриминг и вещание. Создание стендов для передачи видео по IP, синхронизации нескольких источников, формирования мультиплексов видео+аудио.
Обучение и лабораторные работы. Изучение структуры SDI‑кадров, встраивания аудио и временных меток, восстановления тактовой частоты, работы с трансиверами.
Научные и инженерные проекты. Исследование задержек, джиттера, влияния длины кабеля и качества тракта на стабильность SDI‑сигнала.
Разработка IP‑ядер и референсных дизайнов. Быстрая проверка собственных IP‑блоков SDI, анализаторов кадров, генераторов шаблонов и конвертеров форматов.

Поддержка и интеграция
Модуль полностью интегрируется в экосистему Intel FPGA:
Quartus Prime. Для проектирования логики FPGA, настройки IP‑ядер, трассировки и загрузки конфигурации.
Platform Designer (Qsys). Для построения системной архитектуры: контроллеров памяти, мостов AXI, интерфейсов к трансиверам и периферии.
Signal Tap. Для внутрисхемного анализа сигналов, проверки таймингов, диагностики ошибок кадров и состояния LOS (Loss of Signal).
SPI‑конфигурация трансиверов. Настройка режимов работы LMH1981/LMH1983, скоростей, режимов приёма/передачи.
Референсные проекты и SDK. Готовые примеры захвата SDI‑кадра, генерации тестового видео, анализа временных меток, работы с AES‑аудио и базовой обработки.
Документация Terasic. Схемы, распиновки FMC, рекомендации по подключению, требования к тактовым сигналам и временные ограничения.
Для старта достаточно установить модуль в совместимую FPGA‑плату, подключить SDI‑кабель (BNC) и, при необходимости, внешний референсный тактовый сигнал через SMA, загрузить референсный проект в Quartus и проверить базовые сценарии: инициализацию трансиверов, захват тестового SDI‑кадра и вывод служебной информации (статус LOS, скорость потока, наличие ошибок).

Комплект поставки (стандартный)
В стандартный комплект входят:
модуль 12G SDI‑FMC;
крепёжные элементы (стойки, винты) для фиксации в слоте FMC;
документация (руководство пользователя, схемы, распиновки, рекомендации по подключению и отладке);
гарантийные и сопроводительные документы;
демо‑проекты и примеры кода (Quartus‑проекты, Qsys‑системы, скрипты инициализации, примеры захвата SDI‑кадра, генерации шаблонов, работы с AES‑аудио).
Кабели (BNC, SMA), основная плата с FPGA, осциллограф, генератор SDI‑сигналов, хост‑ПК с ПО в комплект не входят.

Дополнительные аксессуары для полноценной работы
Совместимая FPGA‑плата с FMC‑слотом (например, на базе Arria 10 GX/SoC, Stratix V и аналогичных) — без неё модуль не может использоваться.
Осциллограф ≥10 ГГц (или анализатор SDI) для контроля формы SDI‑сигнала, джиттера и диагностики ошибок.
Генератор SDI‑сигналов или эталонный видеоисточник (SDI‑камера, SDI‑плеер) для подачи тестового видео на модуль.
Хост‑ПК с Quartus Prime и Platform Designer для разработки, моделирования и отладки проектов.
SMA‑кабели для подключения внешнего тактового генератора или синхронизации нескольких модулей.
BNC‑кабели и терминаторы для корректного подключения видеоисточников и приёмников.
Логический анализатор для контроля цифровых шин, синхросигналов и диагностики ошибок передачи данных.
Средства отображения и захвата (мониторы, карты захвата SDI) для визуализации и анализа результатов.

Почему стоит использовать 12G SDI‑FMC для прототипирования и обучения
12G SDI‑FMC даёт готовый высокоскоростной видеоинтерфейс без необходимости проектировать аналоговую часть: это экономит время и снижает риск ошибок при разводке дифференциальных линий. Для вузов и лабораторий модуль позволяет быстро развернуть стенды по обработке видео, где студенты могут на практике изучить структуру SDI‑кадров, синхронизацию, встраивание аудио и временных кодов. Для инженеров он ускоряет создание прототипов видеосистем, коммутаторов и конвертеров и даёт возможность тестировать алгоритмы с детерминированными задержками и высокой пропускной способностью.