方案概述

      此方案设计可用于72路高清图像输入/输出拼墙图像处理器,通过芯片参数及面板程序的设定实现屏幕拼接,跨屏幕开图像窗口,可进行多路图像叠加、漫游等图像处理功能。

拼墙矩阵处理器

  • 方案说明
  • 设计特点
  • 实例展示
  • 1.FPGA功能设计

          图1所示的是FPGA图像处理基板的逻辑功能框图,图中左侧是背板接头,FPGA与背板接头相连的信号主要包括8路3.125G高速数据通道、1路1.3G高速双向数据通道、2路时钟信号和图像同步H/V输入与输出信号。
          FPGA的右侧是2个PCIe x8接头,用于与图像子板对连,可以连接2块图像接口子板。每个图像接口子板上有2路图像接口,可以将2路24位RGB图像数据输入或输出到FPGA内。
          FPGA图像处理基板上包括MCU,此MCU用于初始化和配置FPGA和2块图像子板上的图像接口芯片,同时MCU也与背板连接,向主控板报告图像接口板的工作状态或接收主控板发来的控制指令。

    2.电路板结构与功能

          系统中电路板包括如下几种:
    (1) 图像输入板
    (2) 图像输出板
    (3) 72x72背板
    (4) 主控板
    (5) 面板
    (1)图像输入板
          图像输入板是由FPGA图像处理基板与2块双口图像子板组成,如图1所示。FPGA图像处理基板是将4路RGB 24位并行图像数据采集到FPGA中,经过FPGA处理后,通过8路3.125G高速差分信号传输给背板。4路RGB 24位图像数据分成2组,每组连接一个双口图像子板。双口图像子板的主要功能是将不同格式的输入图像信号,例如CVBS、VGA、DVI等信号,通过图像接口芯片,转换成RGB并行数据。
          每块图像输入板上可以装配2片双口图像子板,即支持4路图像输入。不同的双口图像子板可以任意搭配安装,因此可以灵活配置不同的输入信号。
          双口图像子板包括CVBS、VGA、DVI、HDMI、DP、HD-BaseT、LAN等多种图像信号输入子板。每路输入图像采用2路3.125G高速差分信号传输,可以支持到6.25G带宽的图像数据。6.25G的数据带宽可支持4K2K的图像传输与交换。
    (2)图像输出板
          图像输出板采用与图像输入板相同的结构,即如图1所示,所不同的是FPGA图像处理基板上的FPGA是采用8路3.125G高速差分对信号输入图像数据。这些图像数据信号经过FPGA处理后,再连接2片双口图像输出子板。
    (3)72x72背板
          如图2所示,72x72背板中接头J1 – J18为输入板接口,接头P1 – P18为输出板接口,接头J19与J20、接头P19与P20是2组主控板接头,可分别插入1块主控板,共计2块主控板。
    拼墙矩阵处理器
          接头J1 – J18中分别包含8路3.125G高速数据输入通道,接头P1 – P18中分别包含8路3.125G高速数据输出通道。J1 – J18与P1 – P18这36个接头中还包含了一组1.3G给双向高速数据通道,这组数据通道既可以双向传输操作控制命令,也可以传输图像数据,主要可用于传输高清图片、OSD图像等图像数据。
          接头J1 – J18中的1.3G高速双向数据通道均连接到主控板接头J20上,接头P1 – P18中的1.3G高速双向数据通道均连接到主控板接头P20上。
          主控板接头J19与P19内均有4路3.125G高速双向数据通道,这4路3.125G高速数据通道交叉对连,实现2块主控板之间的高速数据的连接与交换。
    (4)主控板
          主控板逻辑结构如图3所示。主控板的核心是一颗FPGA与一片MCU,图5中左侧是背板接头,FPGA上有4路3.125G高速数据通道与背板接头相连,通过18路1.3G PHY实现FPGA与背板之间的18路1.3G高速双向数据通道。
          另外,FPGA还产生图像同步H/V的信号源,并通过背板接头传递给其他所有图像输入输出板。FPGA的右侧是对外连接接口,主要包括2路千兆网络接口和一路10G光纤接口,这3路接口可以和上位机连接,或与其他图像转换盒连接,实现主控操作或图像输入输出。
          MCU的I2C、UART、GPIO等信号也与背板接头连接,用于初始化或配置背板、及背板上的输入输出板。MCU也可以将RS232或RS485等接口连接到外部主控设备上,实现对处理器的操作与控制。
          主控板上还有一片256Gb的Flash芯片,可以用来保存图片数据或其他数据,另外还包括一个SD卡插座,可以插入SD内存卡,用来保存图片等数据,这里的图片数据可以用于背景图像显示,这些图片可以通过1.3G的高速数据通道传输给图像输入输出板。
    拼墙矩阵处理器
    (5)面板
          面板需要根据拼墙处理器所需功能设计。

                             本设计方案,实例请访问>>>>>>图像记录系统设计框图
  •       此系统构架设计用于72路高清图像输72路图像输出拼墙图像处理器,其功能特点如下:
          ✭   图像输入板和图像输出板均采用FPGA处理,支持对图像的缓存、缩放、叠加等功能
          ✭   输入/输出板采用FPGA处理基板与图像接口子板设计,图像接口子板采用2路图像接口设计,可以灵活搭配组合
          ✭   图像输入板或输出板采用标准化接口设计
          ✭   图像输入接口子板和图像输出接口子板,均可支持CVBS、VGA、DVI、HDMI、SDI、DP、HD-BaseT、
                LAN等接口模式
          ✭   图像格式既支持640x480至1920x1200等各种计算机图像模式,亦可支持1280x720、1920x1080等各种高清
                视频图像格式
          ✭   CPU主控板上采用一颗FPGA设计,支持2路千兆网络、1路10G光纤、串口等接口设计,既可以支持高速控制,
                亦可传输实时图像,可是在上位机上实现实时图像监视与控制;
          ✭   CPU主控板与每路图像输入板或输出板之间都有1路1.3G高速双向数据通道,此数据通道既能传输控制指令,
                亦可传输图像数据;
          ✭   CPU主控板上有一片Flash芯片和一个SD卡插座,可以存储超大高清静态图像,用于拼墙背景图像显示输出;
          ✭   利用1.3G高速数据通道,可以实现OSD、台标、信号标识等图像高速叠加显示;
          ✭   可以实现图像窗口叠加、透明图像叠加、色键叠加、淡入淡出等特殊图像处理功能;
          ✭   可自动识别输入图像的格式、分辨率等参数;
          ✭   可任意设置输出图像格式、分辨率等图像模式;

                             本设计方案,实例请访问>>>>>>图像记录系统设计框图
  •                         图像记录系统设计框图