網視云通16x16拼墻圖像處理器設計方案

　　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。

　　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。

　　(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。

　　(5)面板

　　面板需要根據拼墻處理器所需功能設計。

　　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;