基于PH1A90器件的4K摄像头图像采集与实时显示典型应用

安路科技专注于研发通用可编程逻辑芯片技术及系统解决方案，公司正在不断向更多应用场景的产品矩阵拓展，以顺应下游市场蓬勃发展。安路科技基于PH1A90器件开发了4K摄像头图像采集与实时显示的典型应用，充分利用了PH1A系列FPGA内部的高速MIPIIO、DDR以及SerDes，在摄像头图像采集、图像存储和视频显示领域可以做到游刃有余。

PH1A系列FPGA新品解决方案

PH1A系列FPGA是安路科技推出的“凤凰”系列产品，定位高性价比可编程逻辑市场，具有高带宽、高性能、低功耗、多封装等优势。

主要器件特性包括：

SerDes支持4到8Lane线速率，支持3.25Gbps~12.5Gbps，支持多种协议

集成 PCI Express 硬核，支持GEN1/2/3，支持X1、X2和X4模式

支持DDR3和DDR4存储接口，部分型号的最大速率达到1866Mbps

部分型号支持硬核MIPIIO，线速率最高达到2.5 Gbps

PH1A系列FPGA包含了PH1A60、PH1A90、PH1A180多种型号，其中PH1A180最大用户IO数量达到395个，能够充分满足用户在工业控制、通信、视频图像处理等领域的应用。

PH1A90和PH1A180系列器件IO支持丰富的电平标准，其中HRIO支持1.5~3.3V电平，支持热插拔，HPIO支持1.2~1.8V电平，同时还是支持DDR3、DDR4 SDRAM。专用的MIPIIO支持MIPI电平标准，接收线速率最高达到2.5Gbps，最高支持8Lane输入。PH1A90和PH1A180系列器件内置了最高8Lane的高速SerDes，线速率最高达到12.5Gbps，满足用户在高速串行收发应用中的需求。

图1：PH1A架构图

4K摄像头图像采集方案

安路科技基于PH1A90器件开发了4K摄像头图像采集与实时显示的典型应用，用于演示PH1A系列FPGA在摄像头采集、图像存储以及视频显示领域的优越性能，整个演示环境包括PH1A90开发板，4K显示器以及4k摄像头，摄像头输出的视频分辨率为4K60帧，数据格式为10bit raw数据，输出接口为MIPI CSI-2 4Lane。

下图展示了整个例程的工作框图，其中HDMI显示部分采用了安路科技开发的基于SerDes的HDMI Transmitter，输出分辨率最高支持4K60帧。

图2：基于PH1A系列FPGA芯片的4K摄像头图像采集框图

此方案中，对于摄像头数据采集和处理部分，摄像头输出的数据经过MIPIIO转换为并行数据，之后通过MIPI DPHY Receiver进行MIPI物理层的数据解包，然后通过CSI-2解包模块提取出有效的图像数据，注意此时的图像数据为raw数据，还需要经过颜色插值模块还原出每个像素点RGB通道的颜色值，再经过白平衡模块对白平衡进行校准，最后通过video_in_ddr模块将处理好的摄像头数据写入到DDR中。然后是摄像头数据显示部分，视频源生成模块会生成4K60帧的视频数据，video_out_ddr模块会从DDR中取出之前写入的摄像头数据，经过叠加模块将摄像头数据映射到视频源上，最后通过HDMI Transmitter将视频数据送到显示器显示。

依托于PH1A90内置的高速MIPIIO、DDR3、SerDes以及丰富的逻辑资源，面对4K高分辨率的图像采集和显示也能够做到游刃有余。

编辑：黄飞