SDI-HSMC

Terasic SDI‑HSMC — это высокоскоростной модуль для работы с профессиональным видео и аудио на базе интерфейса HSMC (High‑Speed Mezzanine Connector). Он даёт FPGA‑системе прямой доступ к SDI‑потокам (Serial Digital Interface) и сопутствующему аудио (AES3), а также к сигналам синхронизации и управления.

Ключевые возможности платы: приём и передача SDI на скоростях 270 Мбит/с, 1,485 Гбит/с и 2,970 Гбит/с (SD/HD/3G‑SDI), обработка аудио AES3 с гальванической развязкой, выделение синхросигналов из видеопотока и привязка к внешнему студийному такту. Вся критичная аналоговая часть (согласование 75 Ом, эквалайзеры, драйверы, буферы, изоляция аудио) уже реализована на плате, а FPGA оперирует цифровыми данными.

Плата востребована в R&D профессиональных видеосистем, вещательных устройств, студийной коммутации, видеосерверов, стриминговых шлюзов, а также в учебных проектах по обработке видео и работе с высокоскоростными интерфейсами. В комплекте обычно идут референсные проекты, демонстрирующие приём/передачу SDI, обработку аудио и синхронизацию.

Основные преимущества
Профессиональная видеоплатформа «из коробки». Не нужно проектировать SDI‑тракт: на плате уже стоят качественные эквалайзеры (LMH0344), драйверы (LMH0302), согласование 75 Ом и BNC‑разъёмы.
Поддержка SD/HD/3G‑SDI. Один модуль покрывает основные профессиональные стандарты видео без смены железа.
Интегрированное аудио AES3. Два канала AES3 с трансформаторной развязкой позволяют работать с профессиональным звуком параллельно с видео.
Синхронизация и студийный такт. Поддержка внешнего студийного синхросигнала (27 МГц) и восстановление такта из SDI‑потока для точной синхронизации нескольких устройств.
Выделение видеосинхронизации. Встроенный сепаратор синхросигналов (LMH1981) даёт доступ к VSYNC, HSYNC, ODDEVEN и другим сигналам для алгоритмов обработки кадров.
Низкий джиттер и точная тактовая подсистема. VCXO‑PLL (ICS275) и буферы обеспечивают стабильную работу высокоскоростных SERDES на FPGA.
Совместимость с HSMC. Модуль устанавливается в HSMC‑слот на платах Stratix IV/V GX, TR5‑Lite, TR5‑F40W и аналогичных.
Референсные проекты и IP. Готовые примеры для приёма/передачи SDI, обработки AES3 и синхронизации ускоряют старт и снижают порог входа.

Технические характеристики

Параметр	Значение
Производитель	Terasic
Тип устройства	Дочерняя плата (daughter card) для HSMC
Назначение	Приём/передача SDI‑видео и AES3‑аудио, синхронизация, работа с профессиональными видеостандартами
Интерфейс к FPGA	HSMC (через высокоскоростные трансиверы SERDES)
SDI‑каналы	2× RX (приём) с эквалайзерами; 2× TX (передача) с драйверами
Поддерживаемые скорости SDI	270 Мбит/с; 1,485 Гбит/с; 2,970 Гбит/с (SD, HD, 3G‑SDI)
Видеоформаты	До 1080p60 и выше в зависимости от реализации на FPGA
Аудио (AES3)	2× AES3 RX; 2× AES3 TX; трансформаторная развязка; поддержка 48 кГц/24 бит и выше
Синхронизация	Восстановление такта из SDI; вход внешнего студийного такта 27 МГц (SMA); выход такта для каскадирования
Сепарация синхросигналов	LMH1981: VSYNC, HSYNC, ODDEVEN, Field ID и др.
Разъёмы	2× BNC SDI RX; 2× BNC SDI TX; 2× BNC AES3 RX; 2× BNC AES3 TX; SMA для внешнего такта
Тактовая подсистема	VCXO PLL (ICS275), LVPECL‑буферы, низкие фазовые шумы и джиттер
Питание	Через HSMC; встроенные DC/DC и LDO для низкошумящих шин
Индикация	Светодиоды статуса SDI‑линков и ошибок; управление с FPGA через HSMC
Совместимые FPGA‑платы	Stratix IV GX, Stratix V GX, TR5‑Lite, TR5‑F40W, другие платы с HSMC и SERDES
Совместимость с ПО	Quartus Prime, Platform Designer (Qsys), референсные проекты Terasic, IP‑ядра для SDI/AES3

Области применения
Плату удобно использовать для следующих задач:
Профессиональные видеосистемы и вещание. Прототипирование SDI‑коммутаторов, маршрутизаторов, конвертеров, видеосерверов и стриминговых шлюзов.
Студийная коммутация и обработка. Реализация матричной коммутации, кроссировки, задержки и синхронизации SDI‑сигналов на FPGA.
Видеоаналитика и машинное зрение. Приём SDI‑потока, кадрирование, масштабирование, наложение графики, детекция объектов с минимальной задержкой.
Мультимедиа и AV‑интеграция. Конвертация SDI в другие форматы, встраивание/извлечение аудио, синхронизация с HDMI/IP‑видео.
Тестовые стенды и верификация. Проверка SDI‑устройств, измерение параметров сигнала, эмуляция источников/приёмников SDI.
Образовательные и исследовательские проекты. Изучение SDI/AES3, синхронизации видео, работы с высокоскоростными SERDES и обработки видео на ПЛИС.
Прототипирование перед серийным производством. Отработка архитектуры и временных ограничений для будущих кастомных плат.

Поддержка и интеграция
Плата полностью интегрируется в экосистему Intel FPGA:
Quartus Prime — для трассировки и временных ограничений высокоскоростных линий SERDES, настройки PLL/VCXO и загрузки конфигурации.
Platform Designer (Qsys) — для построения системной шины, подключения контроллеров SDI/AES3 и пользовательской логики.
Signal Tap и System Console — для внутрисхемного захвата SDI‑кадров, анализа синхросигналов и диагностики ошибок.
IP‑ядра и референсные проекты — готовые блоки для приёма/передачи SDI, обработки AES3, синхронизации и типовых сценариев.
Примеры проектов — позволяют быстро проверить линки SDI, работу аудио, синхронизацию и базовые функции.
Для старта достаточно установить SDI‑HSMC в HSMC‑слот (обычно слот «A»), подключить SDI‑кабели 75 Ом (BNC), при необходимости — кабель внешнего такта (SMA), загрузить референсный проект в Quartus и проверить базовые сценарии: приём SDI‑потока, чтение синхросигналов, передачу тестового паттерна, работу AES3.

Комплект поставки
В стандартный комплект входят:
плата SDI‑HSMC;
документация (руководство пользователя, схемы, распиновки HSMC, BNC, SMA, рекомендации по установке и отладке, временные ограничения);
гарантийные и сопроводительные документы;
референсные проекты (файлы Quartus, IP‑ядра, примеры для SDI/AES3).
Кабели BNC/SMA, SDI‑источники/приёмники, USB‑Blaster для программирования, хост‑ПК, измерительные приборы (осциллограф, анализатор SDI) в комплект не входят.

Дополнительные аксессуары
Для полноценной работы и расширенного тестирования рекомендуется использовать:
USB‑Blaster (или совместимый JTAG‑программатор) — для загрузки конфигурации FPGA.
Кабели 75 Ом BNC–BNC — для подключения SDI‑источников и приёмников.
Кабель SMA — для подачи внешнего студийного такта или мониторинга тактовой сети.
SDI‑источник и приёмник (генератор тестовых паттернов, монитор/анализатор SDI) — для проверки качества видео и измерений.
Хост‑ПК с Quartus Prime и Platform Designer — для разработки, моделирования и отладки проектов.
Измерительные приборы (осциллограф с полосой ≥3 ГГц, логический анализатор) — для анализа высокоскоростных сигналов и проверки временных диаграмм.
ПО для анализа видео (например, утилиты для просмотра SDI‑кадров и метаданных) — если тестируются видеопотоки и синхронизация.

Почему стоит использовать SDI‑HSMC для прототипирования и отладки
SDI‑HSMC даёт готовую, корректно разведенную и проверенную платформу для работы с профессиональным SDI‑видео и аудио. Вся критическая аналоговая часть, согласование и тактовая подсистема уже реализованы, что позволяет сосредоточиться на прикладной логике: обработке видео, коммутации, синхронизации, конвертации и анализе. Это особенно важно при разработке вещательных и студийных устройств, где критичны качество сигнала, стабильность синхронизации и минимальные задержки.