1.研究背景与动机：

• HDMI2.1协议：随着4K和8K超高清电视的普及，HDMI论坛公司推出了HDMI2.1协议标准，传输速率从HDMI2.0的18 Gb/s提升至48 Gb/s。

• 编码方案选择：HDMI2.1协议选择16b/18b作为其编解码方案，因其传输效率为89%，时延与复杂度较为均衡。

• 现有问题：传统16b/18b编码器存在因运行差异（RD）依赖导致的延迟问题，且倍频设计受限于芯片性能，难以适用于高复杂度编解码器。

2.16b/18b编码技术原理：

• 分组编码：将输入的16位数据拆分为高9位和低7位两组数据，分别转换为10位和8位的编码输出。

• RD转换原理：编码过程中，RD状态根据当前编码单元的D值进行更新，以避免数据流中出现连续9个“1”或“0”的情况，提升接收端数据恢复的准确性和系统传输可靠性。

3.高速双通道并行16b/18b编码器设计：

• 快速RD生成模块：引入快速RD生成模块，通过预建的输入数据、输出数据与RD变换的对应关系表，实现16位输入数据到18位编码数据及更新后RD值的直接输出，提高编码效率，降低时钟延迟。

• 双通道并行冗余架构：设计双通道并行冗余编码器，通道1放入1个编码电路，通道2放入2个编码电路，分别输入固定的RD-和RD+，实现真正的并行工作，降低延迟。

4.实验验证与结果：

• 实验平台：基于Xilinx Zynq UltraScale+      MPSoC FPGA平台进行实验验证。

• 性能指标：在400 MHz时钟频率下，编码器实现14.4 Gb/s的数据传输速率，资源占用率低（Block RAM占比62.5%），功耗仅为2.636 W。

• 稳定性与可靠性：编码器延迟抖动性测试表明，FPGA编码器始终保持恒定的处理延迟，展现出优异的时序稳定性；编码器延迟与数据长度相关性测试表明，FPGA编码器的处理延迟与数据长度保持严格的线性关系。

5.资源占用与功耗分析：

• 资源占用：编码器主要占用Block RAM资源，未使用数字信号处理（DSP）资源。

• 功耗分析：总功耗为2.636 W，其中动态功耗2.185 W，静态功耗0.451 W。移除处理系统端时钟信号后，动态功耗降至0.029 W。

6.结论与展望：

• 研究成果：提出的编码器设计方案显著降低了编码延迟，保持了稳定的线性时延特性，完全满足HDMI2.1协议的传输要求。

• 应用前景：将该编解码器与ZU4EV芯片的GTH资源相结合，可构建完整的HDMI2.1物理层解决方案。

文件通过详细的理论分析和实验验证，展示了该编码器设计方案在高速数据传输领域的优越性和实用性，为HDMI2.1协议的高带宽需求提供了有效的解决方案。