安路科技基于PH1A的4K攝像頭圖像采集與實(shí)時顯示方案

安路科技專注于研發(fā)通用可編程邏輯芯片技術(shù)及系統(tǒng)解決方案，公司正在不斷向更多應(yīng)用場景的產(chǎn)品矩陣拓展，以順應(yīng)下游市場蓬勃發(fā)展。安路科技基于PH1A90器件開發(fā)了4K攝像頭圖像采集與實(shí)時顯示的典型應(yīng)用，充分利用了PH1A系列FPGA內(nèi)部的高速M(fèi)IPIIO、DDR以及SerDes，在攝像頭圖像采集、圖像存儲和視頻顯示領(lǐng)域可以做到游刃有余。

PH1A90和PH1A180系列器件IO支持豐富的電平標(biāo)準(zhǔn)，其中HRIO支持1.5~3.3V電平，支持熱插拔，HPIO支持1.2~1.8V電平，同時還是支持DDR3、DDR4 SDRAM。專用的MIPIIO支持MIPI電平標(biāo)準(zhǔn)，接收線速率最高達(dá)到2.5Gbps，最高支持8Lane輸入。PH1A90和PH1A180系列器件內(nèi)置了最高8Lane的高速SerDes，線速率最高達(dá)到12.5Gbps，滿足用戶在高速串行收發(fā)應(yīng)用中的需求。

圖1：PH1A架構(gòu)圖

4K攝像頭圖像采集方案

安路科技基于PH1A90器件開發(fā)了4K攝像頭圖像采集與實(shí)時顯示的典型應(yīng)用，用于演示PH1A系列FPGA在攝像頭采集、圖像存儲以及視頻顯示領(lǐng)域的優(yōu)越性能，整個演示環(huán)境包括PH1A90開發(fā)板，4K顯示器以及4k攝像頭，攝像頭輸出的視頻分辨率為4K60幀，數(shù)據(jù)格式為10bit raw數(shù)據(jù)，輸出接口為MIPI CSI-2 4Lane。

下圖展示了整個例程的工作框圖，其中HDMI顯示部分采用了安路科技開發(fā)的基于SerDes的HDMI Transmitter，輸出分辨率最高支持4K60幀。

圖2：基于PH1A系列FPGA芯片的4K攝像頭圖像采集框圖

此方案中，對于攝像頭數(shù)據(jù)采集和處理部分，攝像頭輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)過MIPIIO轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，之后通過MIPI DPHY Receiver進(jìn)行MIPI物理層的數(shù)據(jù)解包，然后通過CSI-2解包模塊提取出有效的圖像數(shù)據(jù)，注意此時的圖像數(shù)據(jù)為raw數(shù)據(jù)，還需要經(jīng)過顏色插值模塊還原出每個像素點(diǎn)RGB通道的顏色值，再經(jīng)過白平衡模塊對白平衡進(jìn)行校準(zhǔn)，最后通過video_in_ddr模塊將處理好的攝像頭數(shù)據(jù)寫入到DDR中。然后是攝像頭數(shù)據(jù)顯示部分，視頻源生成模塊會生成4K60幀的視頻數(shù)據(jù)，video_out_ddr模塊會從DDR中取出之前寫入的攝像頭數(shù)據(jù)，經(jīng)過疊加模塊將攝像頭數(shù)據(jù)映射到視頻源上，最后通過HDMI Transmitter將視頻數(shù)據(jù)送到顯示器顯示。

依托于PH1A90內(nèi)置的高速M(fèi)IPIIO、DDR3、SerDes以及豐富的邏輯資源，面對4K高分辨率的圖像采集和顯示也能夠做到游刃有余。