1.为什么说dsp+fpga架构更适合视频采集处理?高性能的算法处理,使用硬件描述语言去编写算法的话,复杂程度高,工作量大,不易调试,产品的开发周期将非常长。这时,如果为系统添加专为算法而生的dsp的话,将会事半功倍。
众所周知,dsp有专门为数字信号处理所设计的指令集和流水线,可 以方便高效的执行浮点数和复数运算等,这样我们的理论算法就可以很方便的移植到实际的工程中,可以有效的缩短产品的开发周期。
dsp+fpga的架构,可以把fpga的高速采集和dsp的高性能算法处理完美结合。这种高度平衡的特性集合使其非常适合各种高性能嵌入式应用场合,如:
■ 视频追踪
■ 图像处理
■ 软件无线电
■ 雷达探测
■ 光电探测
■ 水下探测
■ 定位导航
2. dsp+fpga经典组合——c6678+kintex-7在高速图像处理领域,tms320c6678与kintex-7进行搭配的dsp+fpga架构堪称经典中经典,c6678拥有8核c66x,每核主频高达1.25ghz,同时拥有高达320 gmac和160 gflop的运算能力,可轻松驾驭图像的复杂算法。配合kintex-7的高速采集,完美契合各种视频采集场景。
图 1 tms320c6678处理器功能框图
图 2 kintex-7特性
本文基于c6678+kintex-7平台,为大家介绍cameralink、sdi、pal、hdmi的视频采集处理综合案例。
3. 硬件平台图 3 tl6678f-easyevm评估板
tl6678f-easyevm评估板通过fmc高速接口,可接入cameralink、sdi、pal、hdmi等视频采集模块,并基于各个模块提供了dsp+fpga视频采集处理综合案例,同时提供免费技术支持服务。
4. 视频采集处理方案4.1 cameralink视频采集处理
fpga端通过fmc视频模块tlcameralinkf的cameralink接口进行分辨率为2560 x 2048的视频采集,再经过srio总线将视频数据传输至dsp端进行sobel(边缘检测)算法处理,然后将经处理后的图像通过网页进行显示。
fpga端作为srio initiator,dsp端作为srio target。fpga端通过srio swrite和乒乓方式,将数据传输至dsp端的0x90000000和0x90500000的ddr地址空间。
案例使用北京微视的黑白cameralink相机rs-a5241-cm107-s00,分辨率为2560 x 2048,帧率为107,灰度输出,每个像素8bit,则数据量为2560 x 2048 x 107 x 8 = 4487905280 ≈ 4.5gbps。案例使用srio的两个lanes,每个lane传输速率为5gbps,总数据有效带宽为5gbps x 2 x 80% = 8gbps。
图 4 案例功能框图
图 5 fpga端程序功能框图
图 6 cameralink模块
图 7 硬件连接
图 8 测试效果图
4.2 sdi视频采集处理kintex-7 fpga通过使用video in to axi4-stream ip核,将sdi视频模块tl2971a/2972f的sdi in接口输入的1080p60的视频采集进来,并通过vdma缓存到ddr,最后通过axi4-stream to video out ip核将视频从模块的sdi out接口输出显示。其中vdma通过microblaze配置。
图像数据亦可通过srio高速总线传输到tms320c6678 dsp进行算法处理,并返回处理结果。
图 9
图 10 硬件连接
4.3 pal视频采集处理(4路d1)
在kintex-7 fpga上搭建microblaze软核,并由microblaze配置pal视频模块tl2867f和各ip核,将模块输出的一路4通道d1时分复用的复合视频,拆分成4路独立的bt656嵌入式同步视频,再将4路视频进行bt656解码分离出同步信号和像素数据。使用vdma ip缓存到内存设备上,通过vpss ip将4路图像进行去交错,然后由mixer ip将四路图像拼接起来,通过rgb2dvi逻辑模块,将rgb视频信号转换为dvi视频信号,最后通过模块的hdmi1接口输出显示到显示器。支持pal制式(分辨率为720x576)视频输入,输出显示分辨率为1280x1024。
图像数据亦可通过srio高速总线传输到tms320c6678 dsp进行算法处理,并返回处理结果。
图 11
图 12
图 13 硬件连接
图 14
4.4 hdmi视频采集处理kintex-7 fpga使用video in to axi4-stream ip核,通过hdmi视频采集模块tl7611/9022f的hdmi in接口将1080p60视频采集进来,并通过vdma缓存到ddr,最后通过axi4-stream to video out ip核将视频从模块的hdmi out接口输出显示。其中vdma ip核,hdmi out芯片(sil9022)和hdmi in芯片(adv7611)通过microblaze运行裸机程序进行配置。
图像数据亦可通过srio高速总线传输到tms320c6678 dsp进行算法处理,并返回处理结果。
图 15
图 16 硬件连接
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