1.為什么說DSP+FPGA架構更適合視頻采集處理？

高性能的算法處理，使用硬件描述語言去編寫算法的話，復雜程度高，工作量大，不易調試，產品的開發周期將非常長。這時，如果為系統添加專為算法而生的DSP的話，將會事半功倍。

眾所周知，DSP有專門為數字信號處理所設計的指令集和流水線，可 以方便高效的執行浮點數和復數運算等，這樣我們的理論算法就可以很方便的移植到實際的工程中，可以有效的縮短產品的開發周期。

DSP+FPGA的架構，可以把FPGA的高速采集和DSP的高性能算法處理完美結合。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用場合，如：

■ 視頻追蹤

■ 圖像處理

■ 軟件無線電

■ 雷達探測

■ 光電探測

■ 水下探測

■ 定位導航

2. DSP+FPGA經典組合——C6678+Kintex-7

在高速圖像處理領域，TMS320C6678與Kintex-7進行搭配的DSP+FPGA架構堪稱經典中經典，C6678擁有8核C66x，每核主頻高達1.25GHz，同時擁有高達320 GMAC和160 GFLOP的運算能力，可輕松駕馭圖像的復雜算法。配合Kintex-7的高速采集，完美契合各種視頻采集場景。

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，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

圖 3 TL6678F-EasyEVM評估板

TL6678F-EasyEVM評估板通過FMC高速接口，可接入CameraLink、SDI、PAL、HDMI等視頻采集模塊，并基于各個模塊提供了DSP+FPGA視頻采集處理綜合案例，同時提供免費技術支持服務。

4. 視頻采集處理方案

4.1 CameraLink視頻采集處理

FPGA端通過FMC視頻模塊TLCameraLinkF的CameraLink接口進行分辨率為2560 x 2048的視頻采集，再經過SRIO總線將視頻數據傳輸至DSP端進行Sobel（邊緣檢測）算法處理，然后將經處理后的圖像通過網頁進行顯示。

FPGA端作為SRIO Initiator，DSP端作為SRIO Target。FPGA端通過SRIO SWRITE和乒乓方式，將數據傳輸至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RS-A5241-CM107-S00，分辨率為2560 x 2048，幀率為107，灰度輸出，每個像素8bit，則數據量為2560 x 2048 x 107 x 8 = 4487905280 ≈ 4.5Gbps。案例使用SRIO的兩個Lanes，每個Lane傳輸速率為5Gbps，總數據有效帶寬為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 測試效果圖

4.2 SDI視頻采集處理

Kintex-7 FPGA通過使用Video In to AXI4-Stream IP核，將SDI視頻模塊TL2971A/2972F的SDI IN接口輸入的1080P60的視頻采集進來，并通過VDMA緩存到DDR，最后通過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Microblaze配置。

圖像數據亦可通過SRIO高速總線傳輸到TMS320C6678 DSP進行算法處理，并返回處理結果。

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時分復用的復合視頻，拆分成4路獨立的BT656嵌入式同步視頻，再將4路視頻進行BT656解碼分離出同步信號和像素數據。使用VDMA IP緩存到內存設備上，通過VPSS IP將4路圖像進行去交錯，然后由Mixer IP將四路圖像拼接起來，通過rgb2dvi邏輯模塊，將RGB視頻信號轉換為DVI視頻信號，最后通過模塊的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。

圖像數據亦可通過SRIO高速總線傳輸到TMS320C6678 DSP進行算法處理，并返回處理結果。

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HDMI視頻采集模塊TL7611/9022F的HDMI IN接口將1080P60視頻采集進來，并通過VDMA緩存到DDR，最后通過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MicroBlaze運行裸機程序進行配置。

圖像數據亦可通過SRIO高速總線傳輸到TMS320C6678 DSP進行算法處理，并返回處理結果。

圖 15

圖 16 硬件連接