视频时序基础：逐行扫描与隔行扫描、行场同步信号、像素时钟计算、常见分辨率时序参数
做HDMI采集，说白了就是跟视频时序打交道。你想想看，摄像头采集到的图像数据，怎么才能正确地写入DDR？显示器又是怎么知道什么时候该刷新哪一行像素？这一切的答案，都藏在视频时序里。
我个人习惯把视频时序比作「阅兵式」。像素就是士兵，行同步信号是「向右看齐」的口令，场同步信号是「齐步走」的号令。没有这些口令，队伍就乱了套。
逐行扫描 vs 隔行扫描
先说说两种扫描方式。这俩概念，我当年刚入行时也迷糊过一阵子。
逐行扫描，就是从上到下，一行接一行地扫过去。第1行扫完扫第2行，第2行扫完扫第3行……直到最后一行。然后跳回顶部，重新开始。这种扫描方式画面稳定，没有闪烁感。现在的显示器、手机屏幕，基本都是逐行扫描。
隔行扫描，就有点意思了。它先把奇数行（1、3、5、7……）扫一遍，这叫「奇数场」；再扫偶数行（2、4、6、8……），这叫「偶数场」。两场合起来才是一帧完整的画面。
为什么要搞这么复杂？因为早期的CRT电视带宽有限。隔行扫描可以用一半的带宽，达到接近逐行扫描的刷新率。但代价也很明显——画面边缘会有「梳齿效应」，尤其是快速移动的物体。
我在项目中遇到过一个问题：用隔行扫描的摄像头采集运动物体，结果画面边缘全是锯齿。后来换成逐行扫描的传感器，问题就解决了。所以现在做HDMI采集，我建议优先选逐行扫描。除非你是在做老式电视信号的采集，那才需要考虑隔行。
行同步信号与场同步信号
这两个信号，是视频时序的核心。说白了，它们就是告诉显示器：「该换行了」和「该换帧了」。
行同步信号（HSYNC）：每扫完一行像素，就拉一个脉冲。显示器看到这个脉冲，就知道该把电子枪（或者像素指针）移到下一行的起始位置了。
场同步信号（VSYNC）：每扫完一帧（或一场），就拉一个脉冲。显示器看到这个脉冲，就知道该把指针移回屏幕左上角，开始新的一帧。
但这里有个坑——同步信号不是紧挨着有效像素的。在行同步和有效像素之间，还有一段「消隐区」。为什么要有消隐区？
嗯，这里要注意。消隐区是给显示器留的「准备时间」。CRT时代，电子枪需要时间从右边缘移回左边缘。LCD时代虽然不需要物理移动了，但时序标准保留了下来。而且，消隐区还可以用来传输音频、字幕等辅助数据——这就是HDMI的「数据岛」时期。
我曾经调试一个HDMI采集卡，发现画面总是偏左几个像素。查了半天，原来是行同步的前肩（HFP）参数配错了。所以，做时序配置时，前肩、同步脉冲、后肩这三个参数，一个都不能错。
像素时钟计算
像素时钟，就是每个像素的「心跳」。它决定了数据能跑多快。
计算公式很简单：
像素时钟 = 水平总像素 × 垂直总行数 × 刷新率注意，这里的「水平总像素」和「垂直总行数」是包含消隐区的。不是有效分辨率。
举个例子，1080p60的标准时序：
- 水平总像素：2200（有效1920 + 消隐280）
- 垂直总行数：1125（有效1080 + 消隐45）
- 刷新率：60Hz
算一下：2200 × 1125 × 60 = 148,500,000 Hz = 148.5 MHz
这就是为什么HDMI的TMDS时钟是148.5MHz。你想想看，如果直接用有效像素算：1920 × 1080 × 60 = 124.4 MHz，那就不对了。
千万别用有效分辨率去算像素时钟！我见过有新手工程师这么干，结果PLL锁不住，画面一直闪。记住，一定要用「总像素」和「总行数」。
常见分辨率时序参数
下面是我整理的一些常用分辨率时序参数。这些数据，我建议你收藏起来，做项目时直接查表用。
| 分辨率 | 刷新率 | 像素时钟 | H总 | H有效 | HFP | HSYNC | HBP | V总 | V有效 | VFP | VSYNC | VBP |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 640×480 | 60Hz | 25.175 MHz | 800 | 640 | 16 | 96 | 48 | 525 | 480 | 10 | 2 | 33 |
| 1280×720 | 60Hz | 74.25 MHz | 1650 | 1280 | 110 | 40 | 220 | 750 | 720 | 5 | 5 | 20 |
| 1920×1080 | 60Hz | 148.5 MHz | 2200 | 1920 | 88 | 44 | 148 | 1125 | 1080 | 4 | 5 | 36 |
| 3840×2160 | 60Hz | 594 MHz | 4400 | 3840 | 176 | 88 | 296 | 2250 | 2160 | 8 | 10 | 72 |
表中HFP是行前肩，HSYNC是行同步脉冲宽度，HBP是行后肩。VFP、VSYNC、VBP同理。
我个人习惯在做FPGA工程时，把这些参数定义成常量。比如：
// 1080p60 时序参数
localparam H_ACTIVE = 1920;
localparam H_FP = 88;
localparam H_SYNC = 44;
localparam H_BP = 148;
localparam H_TOTAL = H_ACTIVE + H_FP + H_SYNC + H_BP; // 2200
localparam V_ACTIVE = 1080;
localparam V_FP = 4;
localparam V_SYNC = 5;
localparam V_BP = 36;
localparam V_TOTAL = V_ACTIVE + V_FP + V_SYNC + V_BP; // 1125这样写代码，可读性高，也方便后期改分辨率。你只需要改这几个参数，整个时序生成模块就自动适配了。
核心逻辑：视频时序生成状态机
理解了上面的参数，我们就可以用状态机来生成视频时序了。下面这张图，是我画的一个简化版时序生成流程：
这个状态机，说白了就是数数。每来一个像素时钟，计数器加1。计数到H_ACTIVE时，进入前肩；计数到H_FP结束，拉低HSYNC；同步脉冲结束后，进入后肩；后肩结束，一行完成。然后重复，直到V_TOTAL行都扫完，拉一个VSYNC脉冲，开始新的一帧。
嗯，这里要注意。场同步期间，行同步仍然在正常工作。也就是说，VSYNC拉低的那几行里，HSYNC该拉低还是拉低。两者是独立工作的，只是时序上要满足一定的相位关系。
调试时，我习惯用示波器同时抓HSYNC和VSYNC。如果看到VSYNC脉冲宽度不对，或者HSYNC在VSYNC期间消失了，那肯定是状态机写错了。别问我怎么知道的——调了三天才找到bug的痛，记忆犹新。
好了，视频时序的基础就这些。掌握了逐行/隔行的区别，理解了行场同步信号的作用，会算像素时钟，手头有常见分辨率的时序参数表——做HDMI采集的时序部分，你就已经上路了。
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