针对现有水下ROV通信系统中光端机的业务接口种类及数量上的不足,提出并设计了本课题:基于FPGA的水下ROV多业务高清视频光端机。整个光端机系统分为两个部分:水下发送端和水面接收端,两者通过铠装光电复合缆相连接。水下发送端用于采集视频图像数据及RS232/485和以太网等多业务数据,经FPGA时分复用处理后,再通过SFP+光模块发送至光纤。水面接收端则为相反的过程,接收的数据经FPGA解复用处理后,恢复出视频图像数据及RS232/485和以太网等多业务数据。首先,阐述了使用到的相关技术原理,其中着重说明了3G-SDI接口、GTX高速串行收发器技术、64B/66B编码技术。其中GTX高速串行收发器是本设计中的重点,相关结构复杂、设置参数多,需要理解其运行原理。另外根据现有技术设计了两种方案,通过比较分析选择了FPGA内置收发器的方案。其次,设计分析了各个模块的硬件电路,包括FPGA电路、3G-SDI电路、模拟视频电路、RS232/485电路、以太网电路、时钟电路、SFP+光模块电路、DDR3电路以及电源电路。还详细介绍了PCB的设计过程,解释了PCB叠层结构及阻抗控制的方法,描述了DDR3的走线拓扑及PCB中等长约束设计。再次,着重介绍了FPGA逻辑代码实现的过程,特别是FPGA使用片内高速收发器发送和接收数据时的封装和解封装过程。发送端的数据封装是将采集的视频图像数据及RS232/485和以太网等多业务数据打包封装为64比特的并行数据,然后由GTX收发器发送。接收端的数据解封装是将GTX收发器接收到的64比特并行数据重新拆包,恢复出原始的视频图像数据及RS232/485和以太网等多业务数据。另外还详细介绍了在FPGA逻辑设计中两个重要的IP核:Aurora 64B/66B和SMPTE SD/HD/3G-SDI。最后,本文描述了系统各个模块的调试过程,包括硬件测试、3G-SDI发送模块测试、3G-SDI接收模块测试、高速串行链路测试。在各个模块测试正常后进行了系统联调,实现了2路3G-SDI信号、4路模拟视频、16路RS232/485数据以及1路千兆以太网数据的实时传输。