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網視云通16x16拼墻圖像處理器設計方案

來源:數字音視工程網        編輯:杜鑫    2017-12-28 15:01:34     加入收藏    咨詢

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此方案設計可用于16路高清圖像輸入/輸出拼墻圖像處理器,通過芯片參數及面板程序的設定實現屏幕拼接,跨屏幕開圖像窗口,可進行多路圖像疊加、漫游等圖像處理功能。

  此方案設計可用于16路高清圖像輸入/輸出拼墻圖像處理器,通過芯片參數及面板程序的設定實現屏幕拼接,跨屏幕開圖像窗口,可進行多路圖像疊加、漫游等圖像處理功能。

拼墻矩陣處理器

  1.FPGA功能設計

  圖1所示的是FPGA圖像處理基板的邏輯功能框圖,圖中左側是背板接頭,FPGA與背板接頭相連的信號主要包括8路3.125G高速數據通道、1路1.3G高速雙向數據通道、2路時鐘信號和圖像同步H/V輸入與輸出信號。

  FPGA的右側是2個PCIe x8接頭,用于與圖像子板對連,可以連接2塊圖像接口子板。每個圖像接口子板上有2路圖像接口,可以將2路24位RGB圖像數據輸入或輸出到FPGA內。

  FPGA圖像處理基板上包括MCU,此MCU用于初始化和配置FPGA和2塊圖像子板上的圖像接口芯片,同時MCU也與背板連接,向主控板報告圖像接口板的工作狀態或接收主控板發來的控制指令。

  2.電路板結構與功能

  系統中電路板包括如下幾種:

  (1) 圖像輸入板

  (2) 圖像輸出板

  (3) 17x17背板

  (4) 主控板

  (5) 面板

  (1)圖像輸入板

  圖像輸入板是由FPGA圖像處理基板與2塊雙口圖像子板組成,如圖1所示。FPGA圖像處理基板是將4路RGB 24位并行圖像數據采集到FPGA中,經過FPGA處理后,通過8路3.125G高速差分信號傳輸給背板。4路RGB 24位圖像數據分成2組,每組連接一個雙口圖像子板。雙口圖像子板的主要功能是將不同格式的輸入圖像信號,例如CVBS、VGA、DVI等信號,通過圖像接口芯片,轉換成RGB并行數據。

  每塊圖像輸入板上可以裝配2片雙口圖像子板,即支持4路圖像輸入。不同的雙口圖像子板可以任意搭配安裝,因此可以靈活配置不同的輸入信號。

  雙口圖像子板包括CVBS、VGA、DVI、HDMI、DP、HD-BaseT、LAN等多種圖像信號輸入子板。每路輸入圖像采用2路3.125G高速差分信號傳輸,可以支持到6.25G帶寬的圖像數據。6.25G的數據帶寬可支持4K2K的圖像傳輸與交換。

  (2)圖像輸出板

  圖像輸出板采用與圖像輸入板相同的結構,即如圖1所示,所不同的是FPGA圖像處理基板上的FPGA是采用8路3.125G高速差分對信號輸入圖像數據。這些圖像數據信號經過FPGA處理后,再連接2片雙口圖像輸出子板。

  (3)17x17背板

  17x17背板可以安裝在一個3U高的標準工控機箱里,圖像輸入板和圖像輸出板、主控板采用水平安裝。左側的背板接頭J1、J2、J3和J4插接圖像輸入板,右側的背板接頭J5、J6、J7和J8插入圖像輸出板。 左側下方J9和J10插入主控板,如圖2所示。右側下方安裝電源。

拼墻矩陣處理器

  (4)主控板

  主控板邏輯結構如圖3所示。主控板的核心是一顆FPGA與一片MCU,圖5中左側是背板接頭,FPGA上有4路3.125G高速數據通道與背板接頭相連,通過18路1.3G PHY實現FPGA與背板之間的18路1.3G高速雙向數據通道。

  另外,FPGA還產生圖像同步H/V的信號源,并通過背板接頭傳遞給其他所有圖像輸入輸出板。FPGA的右側是對外連接接口,主要包括2路千兆網絡接口和一路10G光纖接口,這3路接口可以和上位機連接,或與其他圖像轉換盒連接,實現主控操作或圖像輸入輸出。

  MCU的I2C、UART、GPIO等信號也與背板接頭連接,用于初始化或配置背板、及背板上的輸入輸出板。MCU也可以將RS232或RS485等接口連接到外部主控設備上,實現對處理器的操作與控制。

  主控板上還有一片256Gb的Flash芯片,可以用來保存圖片數據或其他數據,另外還包括一個SD卡插座,可以插入SD內存卡,用來保存圖片等數據,這里的圖片數據可以用于背景圖像顯示,這些圖片可以通過1.3G的高速數據通道傳輸給圖像輸入輸出板。

拼墻矩陣處理器

  (5)面板

  面板需要根據拼墻處理器所需功能設計。

圖像記錄系統設計框圖

  此系統構架設計用于16路圖像輸入16路圖像輸出拼墻圖像處理器,其功能特點如下:

  ?圖像輸入板和圖像輸出板均采用FPGA處理,支持對圖像的緩存、縮放、疊加等功能

  ?輸入/輸出板采用FPGA處理基板與圖像接口子板設計,圖像接口子板采用2路圖像接口設計,可以靈活搭配組合

  ?圖像輸入板或輸出板采用標準化接口設計

  ?圖像輸入接口子板和圖像輸出接口子板,均可支持CVBS、VGA、DVI、HDMI、SDI、DP、HD-BaseT、

  LAN等接口模式

  ?圖像格式既支持640x480至1920x1200等各種計算機圖像模式,亦可支持1280x720、1920x1080等各種高清

  視頻圖像格式

  ?CPU主控板上采用一顆FPGA設計,支持2路千兆網絡、1路10G光纖、串口等接口設計,既可以支持高速控制,

  亦可傳輸實時圖像,可是在上位機上實現實時圖像監視與控制;

  ?CPU主控板與每路圖像輸入板或輸出板之間都有1路1.3G高速雙向數據通道,此數據通道既能傳輸控制指令,

  亦可傳輸圖像數據;

  ?CPU主控板上有一片Flash芯片和一個SD卡插座,可以存儲超大高清靜態圖像,用于拼墻背景圖像顯示輸出;

  ?利用1.3G高速數據通道,可以實現OSD、臺標、信號標識等圖像高速疊加顯示;

  ?可以實現圖像窗口疊加、透明圖像疊加、色鍵疊加、淡入淡出等特殊圖像處理功能;

  ?可自動識別輸入圖像的格式、分辨率等參數;

  ?可任意設置輸出圖像格式、分辨率等圖像模式;

圖像記錄系統設計框圖

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