Xilinx ZCU104实现视频处理和传输系统方案

作者：Hello,Panda

做事情讲究个“谋定而后动”，做研发尤其如此，准备工作一定要做得充分了，需求一定要理解明确了，方可开始吭哧吭哧继续往下干。

楼主先准备以ZCU104为平台，实现一个视频处理和传输系统，算是熟悉ZYNQ UltraScale+ MPSoC器件。

总体要求是：设计一个图像采集、处理和传输系统，实时视频分辨率不小于4000×3000，帧率不小于30fps，视频可通过HDMI2.0(或DP)接口本地实时显示。JPEG压缩的图片和H.265压缩后的视频存储在本地SATA盘中，实时码流可通过GigE Vision传输到主机。系统总体框架如下图1所示。

图1 系统总体框架

一、硬件平台
本阶段先使用ZCU104平台进行验证，Camera和SFP接口通过FMC扩展板实现。

二、软件需求
软件包括PL和PS两个部分，其中PL部分实现Camera IF、ISP、Encoder、GigE Vision和HDMI2.0接口；PL部分运行Linux操作系统，使用QT图形界面，驱动DP显示和SSD存储。

1. PL部分
PL部分主要实现接口和算法。

（1）相机接口（Camera IF）

Camera IF硬件上通过FMC接口板接入，支持LVDS（LVDS通道数不大于15对）、MIPI D-PHY、MIPI C-PHY接入。Camera 分辨率不低于4000×3000，帧率不低于30fps，8bit、10bit或12bit Raw（Bayer）数据输入。

（2）图像信号处理（ISP）

本阶段ISP实现基本功能,主要包括：Demosaic、CCM、3A、Dpc、Gamma、Denoise、Enhance等基本内容，ISP需保证对输入图像实时处理。

（3）Encoder

Encoder主要有两部分，一个H.265视频流压缩，一个是JPEG静态图片压缩。H.265使用芯片内置的硬核，JPEG压缩通过逻辑实现。H.265至少保证4000×3000分辨率30fps实时压缩。

（4）GigE Vision网络传输

GigE Vision采用10G光口传输，硬件在FMC扩展板上实现。GigE Vision可实时传输原始图像、ISP处理后的图像、H.265码流和JPEG静态图片，通过xml配置文件指定支持的源和格式。

（5）HDMI2.0接口

基于GTH，符合HDMI2.0标准，显示原图或ISP后的图像，可叠加OSD。

2. PS部分
PS部分运行Linux操作系统，运行QT叠加生成OSD。

（1）调度功能

PS需配置PL工作的各项参数，获取系统状态，运行3A算法的C部分。PS部分还需处理PL的各中断，以协同处理存储、显示等工作。

（2）存储和显示

实现DP和SATA驱动，存储和读出PL生成的视频流文件请求。运行QT，生成人机交互界面。

三、总结
整个系统基于AXI4总线架构，SoC软件硬件协同处理，需要保证良好的可扩展性，以便扩展下一步的图像检测和识别算法、AI算法等。

编辑：hfy