1.為什么說(shuō)DSP+FPGA架構(gòu)更適合視頻采集處理？

高性能的算法處理，使用硬件描述語(yǔ)言去編寫(xiě)算法的話，復(fù)雜程度高，工作量大，不易調(diào)試，產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期將非常長(zhǎng)。這時(shí)，如果為系統(tǒng)添加專(zhuān)為算法而生的DSP的話，將會(huì)事半功倍。

眾所周知，DSP有專(zhuān)門(mén)為數(shù)字信號(hào)處理所設(shè)計(jì)的指令集和流水線，可 以方便高效的執(zhí)行浮點(diǎn)數(shù)和復(fù)數(shù)運(yùn)算等，這樣我們的理論算法就可以很方便的移植到實(shí)際的工程中，可以有效的縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期。

DSP+FPGA的架構(gòu)，可以把FPGA的高速采集和DSP的高性能算法處理完美結(jié)合。這種高度平衡的特性集合使其非常適合各種高性能嵌入式應(yīng)用場(chǎng)合，如：

■ 視頻追蹤

■ 圖像處理

■ 軟件無(wú)線電

■ 雷達(dá)探測(cè)

■ 光電探測(cè)

■ 水下探測(cè)

■ 定位導(dǎo)航

2. DSP+FPGA經(jīng)典組合——C6678+Kintex-7

在高速圖像處理領(lǐng)域，TMS320C6678與Kintex-7進(jìn)行搭配的DSP+FPGA架構(gòu)堪稱經(jīng)典中經(jīng)典，C6678擁有8核C66x，每核主頻高達(dá)1.25GHz，同時(shí)擁有高達(dá)320 GMAC和160 GFLOP的運(yùn)算能力，可輕松駕馭圖像的復(fù)雜算法。配合Kintex-7的高速采集，完美契合各種視頻采集場(chǎng)景。

圖 1 TMS320C6678處理器功能框圖

圖 2 Kintex-7特性

本文基于C6678+Kintex-7平臺(tái)，為大家介紹CameraLink、SDI、PAL、HDMI的視頻采集處理綜合案例。

3. 硬件平臺(tái)

圖 3 TL6678F-EasyEVM評(píng)估板

TL6678F-EasyEVM評(píng)估板通過(guò)FMC高速接口，可接入CameraLink、SDI、PAL、HDMI等視頻采集模塊，并基于各個(gè)模塊提供了DSP+FPGA視頻采集處理綜合案例，同時(shí)提供免費(fèi)技術(shù)支持服務(wù)。

4. 視頻采集處理方案

4.1 CameraLink視頻采集處理

FPGA端通過(guò)FMC視頻模塊TLCameraLinkF的CameraLink接口進(jìn)行分辨率為2560 x 2048的視頻采集，再經(jīng)過(guò)SRIO總線將視頻數(shù)據(jù)傳輸至DSP端進(jìn)行Sobel（邊緣檢測(cè)）算法處理，然后將經(jīng)處理后的圖像通過(guò)網(wǎng)頁(yè)進(jìn)行顯示。

FPGA端作為SRIO Initiator，DSP端作為SRIO Target。FPGA端通過(guò)SRIO SWRITE和乒乓方式，將數(shù)據(jù)傳輸至DSP端的0x90000000和0x90500000的DDR地址空間。

案例使用北京微視的黑白CameraLink相機(jī)RS-A5241-CM107-S00，分辨率為2560 x 2048，幀率為107，灰度輸出，每個(gè)像素8bit，則數(shù)據(jù)量為2560 x 2048 x 107 x 8 = 4487905280 ≈ 4.5Gbps。案例使用SRIO的兩個(gè)Lanes，每個(gè)Lane傳輸速率為5Gbps，總數(shù)據(jù)有效帶寬為5Gbps x 2 x 80% = 8Gbps。

圖 4 案例功能框圖

圖 5 FPGA端程序功能框圖

圖 6 CameraLink模塊

圖 7 硬件連接

圖 8 測(cè)試效果圖

4.2 SDI視頻采集處理

Kintex-7 FPGA通過(guò)使用Video In to AXI4-Stream IP核，將SDI視頻模塊TL2971A/2972F的SDI IN接口輸入的1080P60的視頻采集進(jìn)來(lái)，并通過(guò)VDMA緩存到DDR，最后通過(guò)AXI4-Stream to Video Out IP核將視頻從模塊的SDI OUT接口輸出顯示。其中VDMA通過(guò)Microblaze配置。

圖像數(shù)據(jù)亦可通過(guò)SRIO高速總線傳輸?shù)絋MS320C6678 DSP進(jìn)行算法處理，并返回處理結(jié)果。

圖 9

圖 10 硬件連接

4.3 PAL視頻采集處理（4路D1）

在Kintex-7 FPGA上搭建MicroBlaze軟核，并由MicroBlaze配置PAL視頻模塊TL2867F和各IP核，將模塊輸出的一路4通道D1時(shí)分復(fù)用的復(fù)合視頻，拆分成4路獨(dú)立的BT656嵌入式同步視頻，再將4路視頻進(jìn)行BT656解碼分離出同步信號(hào)和像素?cái)?shù)據(jù)。使用VDMA IP緩存到內(nèi)存設(shè)備上，通過(guò)VPSS IP將4路圖像進(jìn)行去交錯(cuò)，然后由Mixer IP將四路圖像拼接起來(lái)，通過(guò)rgb2dvi邏輯模塊，將RGB視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為DVI視頻信號(hào)，最后通過(guò)模塊的HDMI1接口輸出顯示到顯示器。支持PAL制式（分辨率為720x576）視頻輸入，輸出顯示分辨率為1280x1024。

圖像數(shù)據(jù)亦可通過(guò)SRIO高速總線傳輸?shù)絋MS320C6678 DSP進(jìn)行算法處理，并返回處理結(jié)果。

圖 11

圖 12

圖 13 硬件連接

圖 14

4.4 HDMI視頻采集處理

Kintex-7 FPGA使用Video In to AXI4-Stream IP核，通過(guò)HDMI視頻采集模塊TL7611/9022F的HDMI IN接口將1080P60視頻采集進(jìn)來(lái)，并通過(guò)VDMA緩存到DDR，最后通過(guò)AXI4-Stream to Video Out IP核將視頻從模塊的HDMI OUT接口輸出顯示。其中VDMA IP核，HDMI OUT芯片(SIL9022)和HDMI IN芯片（ADV7611）通過(guò)MicroBlaze運(yùn)行裸機(jī)程序進(jìn)行配置。

圖像數(shù)據(jù)亦可通過(guò)SRIO高速總線傳輸?shù)絋MS320C6678 DSP進(jìn)行算法處理，并返回處理結(jié)果。

圖 15

圖 16 硬件連接