网视云通16x16拼墙图像处理器设计方案

　　此方案设计可用于16路高清图像输入/输出拼墙图像处理器，通过芯片参数及面板程序的设定实现屏幕拼接，跨屏幕开图像窗口，可进行多路图像叠加、漫游等图像处理功能。

　　1.FPGA功能设计

　　图1所示的是FPGA图像处理基板的逻辑功能框图，图中左侧是背板接头，FPGA与背板接头相连的信号主要包括8路3.125G高速数据通道、1路1.3G高速双向数据通道、2路时钟信号和图像同步H/V输入与输出信号。

　　FPGA的右侧是2个PCIe x8接头，用于与图像子板对连，可以连接2块图像接口子板。每个图像接口子板上有2路图像接口，可以将2路24位RGB图像数据输入或输出到FPGA内。

　　FPGA图像处理基板上包括MCU，此MCU用于初始化和配置FPGA和2块图像子板上的图像接口芯片，同时MCU也与背板连接，向主控板报告图像接口板的工作状态或接收主控板发来的控制指令。

　　2.电路板结构与功能

　　系统中电路板包括如下几种：

　　(1) 图像输入板

　　(2) 图像输出板

　　(3) 17x17背板

　　(4) 主控板

　　(5) 面板

　　(1)图像输入板

　　图像输入板是由FPGA图像处理基板与2块双口图像子板组成，如图1所示。FPGA图像处理基板是将4路RGB 24位并行图像数据采集到FPGA中，经过FPGA处理后，通过8路3.125G高速差分信号传输给背板。4路RGB 24位图像数据分成2组，每组连接一个双口图像子板。双口图像子板的主要功能是将不同格式的输入图像信号，例如CVBS、VGA、DVI等信号，通过图像接口芯片，转换成RGB并行数据。

　　每块图像输入板上可以装配2片双口图像子板，即支持4路图像输入。不同的双口图像子板可以任意搭配安装，因此可以灵活配置不同的输入信号。

　　双口图像子板包括CVBS、VGA、DVI、HDMI、DP、HD-BaseT、LAN等多种图像信号输入子板。每路输入图像采用2路3.125G高速差分信号传输，可以支持到6.25G带宽的图像数据。6.25G的数据带宽可支持4K2K的图像传输与交换。

　　(2)图像输出板

　　图像输出板采用与图像输入板相同的结构，即如图1所示，所不同的是FPGA图像处理基板上的FPGA是采用8路3.125G高速差分对信号输入图像数据。这些图像数据信号经过FPGA处理后，再连接2片双口图像输出子板。

　　(3)17x17背板

　　17x17背板可以安装在一个3U高的标准工控机箱里，图像输入板和图像输出板、主控板采用水平安装。左侧的背板接头J1、J2、J3和J4插接图像输入板，右侧的背板接头J5、J6、J7和J8插入图像输出板。 左侧下方J9和J10插入主控板，如图2所示。右侧下方安装电源。

　　(4)主控板

　　主控板逻辑结构如图3所示。主控板的核心是一颗FPGA与一片MCU，图5中左侧是背板接头，FPGA上有4路3.125G高速数据通道与背板接头相连，通过18路1.3G PHY实现FPGA与背板之间的18路1.3G高速双向数据通道。

　　另外，FPGA还产生图像同步H/V的信号源，并通过背板接头传递给其他所有图像输入输出板。FPGA的右侧是对外连接接口，主要包括2路千兆网络接口和一路10G光纤接口，这3路接口可以和上位机连接，或与其他图像转换盒连接，实现主控操作或图像输入输出。

　　MCU的I2C、UART、GPIO等信号也与背板接头连接，用于初始化或配置背板、及背板上的输入输出板。MCU也可以将RS232或RS485等接口连接到外部主控设备上，实现对处理器的操作与控制。

　　主控板上还有一片256Gb的Flash芯片，可以用来保存图片数据或其他数据，另外还包括一个SD卡插座，可以插入SD内存卡，用来保存图片等数据，这里的图片数据可以用于背景图像显示，这些图片可以通过1.3G的高速数据通道传输给图像输入输出板。

　　(5)面板

　　面板需要根据拼墙处理器所需功能设计。

　　此系统构架设计用于16路图像输入16路图像输出拼墙图像处理器，其功能特点如下：

　　✭图像输入板和图像输出板均采用FPGA处理，支持对图像的缓存、缩放、叠加等功能

　　✭输入/输出板采用FPGA处理基板与图像接口子板设计，图像接口子板采用2路图像接口设计，可以灵活搭配组合

　　✭图像输入板或输出板采用标准化接口设计

　　✭图像输入接口子板和图像输出接口子板，均可支持CVBS、VGA、DVI、HDMI、SDI、DP、HD-BaseT、

　　LAN等接口模式

　　✭图像格式既支持640x480至1920x1200等各种计算机图像模式，亦可支持1280x720、1920x1080等各种高清

　　视频图像格式

　　✭CPU主控板上采用一颗FPGA设计，支持2路千兆网络、1路10G光纤、串口等接口设计，既可以支持高速控制，

　　亦可传输实时图像，可是在上位机上实现实时图像监视与控制;

　　✭CPU主控板与每路图像输入板或输出板之间都有1路1.3G高速双向数据通道，此数据通道既能传输控制指令，

　　亦可传输图像数据;

　　✭CPU主控板上有一片Flash芯片和一个SD卡插座，可以存储超大高清静态图像，用于拼墙背景图像显示输出;

　　✭利用1.3G高速数据通道，可以实现OSD、台标、信号标识等图像高速叠加显示;

　　✭可以实现图像窗口叠加、透明图像叠加、色键叠加、淡入淡出等特殊图像处理功能;

　　✭可自动识别输入图像的格式、分辨率等参数;

　　✭可任意设置输出图像格式、分辨率等图像模式;