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高手过招,玩转视频采集卡硬件设计!

关键词:存储器,视频编解码器,视频采集卡

时间:2016-03-01 15:07:19      来源:世强

目前嵌入式系统中元器件互连有许多方法,但高速总线主要还是RapidIO,以太网和PCIE。其中PCIE总线以其高带宽,高可靠性以及高稳定性而得到广泛应用,如存储器,服务器,HBA和网络设备 等。这里主要讨论PCIE总线在视频采集卡上的应用,其实视频采集卡也是HBA的一种,也是实现主机和外设之间的协议转换。

视频采集卡是将模拟摄像机,录像机,电视机等输出的视频数据输入电脑,转换成电脑可以识别的数字数据,存储以及编辑处理。按照用途可以分为广播级,专业级和民用级视频采集卡。按物理通道可以分为单通道,双通道,4通道以及八通道视频采集卡。视频采集卡硬件框图如下图。


图一:视频采集卡硬件架构

四通道HDMI视频采集卡如图二:


图二:HDMI视频采集卡

图一是目前视频采集卡非常主流的硬件架构,Vedio Engine包括视频编解码器和FPGA,协议以及算法都由FPGA来实现,后面通过FPGA的Serdes接口送出到电脑,采用X4 PCIE2.0总线协议。世强市场经理表示:PCIE总线发展到现在经历了3代,分别是GEN1 2.5GT/S, GEN2 5GT/S, GEN3 8GT/S,如果设置成X4,GEN2就可以满足20GT/S的带宽,基本可以满足目前主流高清带宽需求,所以主流的视频采集卡都采用PCIE2.0。

如果是四通道视频采集卡,视频编解码器当然是四路,但FPGA将会有多种方案,如1个FPGA,2个FGPA或4个FPGA方案,2个FGPA方案使用率很低,性价比无任何优势。采用1个FPGA方案,FPGA就需要4条Serdes,目前FPGA在集成多个Serdes核方案的器件价格昂贵,不光是 Serdes核的增加,IO资源也会相应增加,但视频采集卡由于成本压力,不可能采用这么高端的FPGA,所以采用另一种方案比较多,也是目前主流方案, 具体如图三:



图三:四通道视频采集卡硬件架构

图三方案中加上了PLX PCIE Switch,有哪些优势:

 • PLX高兼容性可以满足所有客户需求,客户如果使用FPGA开发,会存在一个风险就是不同处理器的兼容性问题,使用PLX Switch方案后,完全不用考虑这样的风险。

 • 使用PLX Switch,同样可以实现FPGA之间数据交互,而不需要经过CPU,减少延迟,提高整体性能。

 • 可以大大减少成本。

 • PLX Switch在视频采集卡上工作在透明桥模式,不需要任何驱动。

 • 加入PCIE Switch后,可以解决FPGA的逻辑代码移植问题。2通道,4通道以及8通道,如果采用图二方案,这个时候逻辑代码会有大的改动,工作量增大,如果采用图三方案,将不存在该问题,不管是高端还低端采集卡,FPGA每一路的逻辑代码都完全一致,增加一路只需要在Switch选择上有差异,而软件无任何差 异,可移植性高,减少开发难度,加速板卡上市时间。

针对图三中主流的四通道架构,PLX Switch可以选择PEX8608,客户如果有更多通道需求,如八通道,建议选择PEX8618,但具体要根据客户数据量来决定,系统架构完全一致,对 项目来说,只需要更换PCIE Switch就可以满足不同应用需求,软件方面无需改动,加速上市时间,抢占市场。

 

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