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九视电子低功耗和小封装流媒体卡解读FPGA基础知识

作者:九视视频网 来源:www.xiangb.com 发表时间: 2012-5-2

虽然传统的基于ISA,PCI等总线的图像采集卡已经应用非常广泛,但速度慢、处理功能简单。而九视电子高速视频图像采集系统则不同,主要由FPGA视频A/D芯片以及PCI-Express x4系统总线

  随着视频处理设备新概念的不断发展,平衡新功能和能耗效率成为一个首要问题。在其它条件都同等的情况下,一块复杂具有更多器件的卡会比器件较少的卡耗散更多的热量。继续追求低成本、低功耗和小封装的FPGA,使FPGA能够广泛用于大批量的产品和应用,包括移动通信和消费电子产品。在这些市场中,FPGA可以取代多数ASIC和ASSP的设计解决方案。由于降低了成本和功耗,FPGA器件成为针对移动和消费电子产品的现实设计的替代品。

  以前的图像采集卡采用更多的ASIC(Applica tion-specific integrated circuits)和可编程器件以减少电子器件的数量,而达到更高的功能。目前视频处理、通信基础设施等嵌入式系统的需求主要集中在提高性能、降低功耗、减小面积、降低成本方面,FPGA提供具有安全、可靠、低功耗特性、并且采用集成技术如嵌入式微控制器、嵌入式快闪存储器以及嵌入式模拟资源的解决方案。

  虽然传统的基于ISA,PCI等总线的图像采集卡已经应用非常广泛,但速度慢、处理功能简单。而九视高速视频图像采集系统则不同,主要由FPGA视频A/D芯片以及PCI-Express x4系统总线构成,高速视频图像采集与处理系统由视频A/D芯片、FPGA控制模块、数据存储模块、接口模块和PC机应用程序组成。

  现场可编程门阵列 (FPGA) 是由通过可编程互连连接的可配置逻辑块 (CLB) 矩阵构成的可编程半导体器件。相对于专为特定设计定制构建的专用集成电路 (ASIC) 而言,FPGA 能通过编程来满足应用和功能要求。

  当今的 FPGA 已经远远超出了先前版本的基本性能,并且整合了如 RAM、时钟管理和 DSP 这些常用功能的硬(ASIC 型)块。 目前的 FPGA 可支持许多种 I/O 标准,因而为您的系统提供了理想的接口桥接。每个 bank 能独立支持不同的 I/O 标准。 目前最先进的 FPGA 提供了十多个 I/O bank,能够提供灵活的 I/O 支持。

  可配置逻辑块 CLB 是 FPGA 的基本逻辑单元。实际数量和特性会依器件的不同而改变,但是每个 CLB 都包含一个由 4 或 6 个输入、一些选择电路(多路复用器等)和触发器组成的可配置开关矩阵。开关矩阵具有高度的灵活性,经配置可以处理组合型逻辑、移位寄存器或 RAM。

  CLB 提供了逻辑性能,灵活的互连布线则负责在 CLB 和 I/O 之间传递信号。布线有几种类型,从设计用于专门实现 CLB 互连、到器件内的高速水平和垂直长线、再到时钟与其它全局信号的全局低歪斜布线。除非另行说明,否则设计软件会将互连布线任务隐藏起来,用户根本看不到,从而大幅降低了设计复杂性。

  FPGA的创新将继续把重点放在降低器件的成本和功耗上,除了降低功耗、减小面积,视频采集卡还要尽可能的降低系统CPU占用率,特别是现在的音视频流媒体采集卡,一般都是软压缩卡,采用通用视频A/D转换器实现视频图像的采集,不能完成视频图像的自动采集,整个采集过程在CPU的控制下完成,由CPU启动A/D转换,将数据存入帧存储器。其特点是数据采集占用CPU的时间,对处理器的速度要求高。九视专业音视频流媒体采集卡,耗用CPU时间的缩放和去隔行等图像处理在FPGA内完成,极大的减少了CPU的负担,同时高效率 DMA传输方式进一步解放了CPU的能力,从而让CPU专注与用户指定的工作。九视专业音视频采集卡支持标准的Directshow进行开发,可广泛应用于网络视频直播、视频会议、录播产品、医疗图像处理、雷达信号数据采集、多屏显示等各个领域。




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