基于PH1A90器件的4K摄像头图像采集与实时显示典型应用
安路科技专注于研发通用可编程逻辑芯片技术及系统解决方案，公司正在不断向更多应用场景的产品矩阵拓展，以顺应下游市场蓬勃发展。安路科技基于ph1a90器件开发了4k摄像头图像采集与实时显示的典型应用，充分利用了ph1a系列fpga内部的高速mipiio、ddr以及serdes，在摄像头图像采集、图像存储和视频显示领域可以做到游刃有余。
ph1a系列fpga新品解决方案
ph1a系列fpga是安路科技推出的“凤凰”系列产品，定位高性价比可编程逻辑市场，具有高带宽、高性能、低功耗、多封装等优势。
主要器件特性包括：
serdes支持4到8lane线速率，支持3.25gbps~12.5gbps，支持多种协议
集成 pci express 硬核，支持gen1/2/3，支持x1、x2和x4模式
支持ddr3和ddr4存储接口，部分型号的最大速率达到1866mbps
部分型号支持硬核mipiio，线速率最高达到2.5 gbps
ph1a系列fpga包含了ph1a60、ph1a90、ph1a180多种型号，其中ph1a180最大用户io数量达到395个，能够充分满足用户在工业控制、通信、视频图像处理等领域的应用。
ph1a90和ph1a180系列器件io支持丰富的电平标准，其中hrio支持1.5~3.3v电平，支持热插拔，hpio支持1.2~1.8v电平，同时还是支持ddr3、ddr4 sdram。专用的mipiio支持mipi电平标准，接收线速率最高达到2.5gbps，最高支持8lane输入。ph1a90和ph1a180系列器件内置了最高8lane的高速serdes，线速率最高达到12.5gbps，满足用户在高速串行收发应用中的需求。
图1：ph1a架构图
4k摄像头图像采集方案
安路科技基于ph1a90器件开发了4k摄像头图像采集与实时显示的典型应用，用于演示ph1a系列fpga在摄像头采集、图像存储以及视频显示领域的优越性能，整个演示环境包括ph1a90开发板，4k显示器以及4k摄像头，摄像头输出的视频分辨率为4k60帧，数据格式为10bit raw数据，输出接口为mipi csi-2 4lane。
下图展示了整个例程的工作框图，其中hdmi显示部分采用了安路科技开发的基于serdes的hdmi transmitter，输出分辨率最高支持4k60帧。
图2：基于ph1a系列fpga芯片的4k摄像头图像采集框图
此方案中，对于摄像头数据采集和处理部分，摄像头输出的数据经过mipiio转换为并行数据，之后通过mipi dphy receiver进行mipi物理层的数据解包，然后通过csi-2解包模块提取出有效的图像数据，注意此时的图像数据为raw数据，还需要经过颜色插值模块还原出每个像素点rgb通道的颜色值，再经过白平衡模块对白平衡进行校准，最后通过video_in_ddr模块将处理好的摄像头数据写入到ddr中。然后是摄像头数据显示部分，视频源生成模块会生成4k60帧的视频数据，video_out_ddr模块会从ddr中取出之前写入的摄像头数据，经过叠加模块将摄像头数据映射到视频源上，最后通过hdmi transmitter将视频数据送到显示器显示。
依托于ph1a90内置的高速mipiio、ddr3、serdes以及丰富的逻辑资源，面对4k高分辨率的图像采集和显示也能够做到游刃有余。
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图1：ph1a架构图
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下图展示了整个例程的工作框图，其中hdmi显示部分采用了安路科技开发的基于serdes的hdmi transmitter，输出分辨率最高支持4k60帧。
图2：基于ph1a系列fpga芯片的4k摄像头图像采集框图
此方案中，对于摄像头数据采集和处理部分，摄像头输出的数据经过mipiio转换为并行数据，之后通过mipi dphy receiver进行mipi物理层的数据解包，然后通过csi-2解包模块提取出有效的图像数据，注意此时的图像数据为raw数据，还需要经过颜色插值模块还原出每个像素点rgb通道的颜色值，再经过白平衡模块对白平衡进行校准，最后通过video_in_ddr模块将处理好的摄像头数据写入到ddr中。然后是摄像头数据显示部分，视频源生成模块会生成4k60帧的视频数据，video_out_ddr模块会从ddr中取出之前写入的摄像头数据，经过叠加模块将摄像头数据映射到视频源上，最后通过hdmi transmitter将视频数据送到显示器显示。
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