【2021研电赛】多路超高清摄像头控制器设计|HDC队

本作品介绍参与极术社区的有奖征集|分享研电赛作品扩大影响力，更有重磅电子产品免费领取!

1.作品简介

超高清摄像头广泛应用于各个领域，越来越多的应用场景需要多摄像头协同工作。然而，市面上现有的摄像头往往采用单个镜头，缺少针对多摄像头协同联合驱动的解决方案。

本团队针对现有摄像头控制器存在的镜头数量少、视频有压缩损耗、本地处理能力弱、传输带宽小、接口灵活性差等不足，提出了一种集采集、处理、显示和传输于一体的硬件解决方案和软件验证平台，该系统采用SOC加大规模FPGA架构，实时采集、处理六路4K/30fps高分辨率视频流，利用HDMI 2.0接口和40G万兆以太网实现本地显示和数据传输。

2.创新点

本作品有以下创新点：

• 各项参数指标较现有技术显著提升：
  **1)**在采集方面，支持六路4K/30fps视频同时捕获和处理；
  **2)**在处理方面，双FPGA芯片配合，具有高清大流量视频实时处理能力；
  **3)**在内存方面，具有8片DDR4@2666Mbps和4片DDR3@1866Mbps高速存储芯片，共56Gb存储空间；
  **4)**在显示方面，具有HDMI 2.0接口，实现本地实时显示，支持最高视频质量4K/60fps；
  **5)**在传输方面，具有万兆以太网SFP+接口，支持最大40Gbps数据传输；
  

• 软硬件自主研发设计的全套完整系统：
  1)硬件自主设计：根据系统功能，定制化设计14层印制电路板；
  2)软件自主研发：FPGA代码、C语言代码和上位机代码均由组内成员独立研发；
  3)系统外设丰富，接口灵活，支持多功能开发；
  

• 兼具远程摄像头模式和独立仪器模式：
  **1)**远程摄像头模式下，基于40Gbps带宽的万兆以太网，一方面可将实时视频和大流量数据传给上位机，利用光纤实现远距离传输；另一方面可将多板并行复用，实现高效扩展；
  **2)**独立仪器模式下，基于Soc+FPGA架构和HDMI接口，可将大规模处理和显示的工作在本地实现，完成上位机资源的卸载。

3.系统整体方案

整套系统的架构如下图所示。以核心处理板为核心，板载ZYNQ芯片实现多路摄像头的驱动、多路超高清视频流获取、多路视频拼接和视频流的本地缓存；板载Kintex-7芯片实现本地超高清视频显示、万兆以太网驱动和与上位机的视频传输。核心处理板主要包括以下部分：六路图像传感器模块、两个核心处理器模块、数据片外存储模块、与PC机端的数据交互模块、本地显示模块以及电源模块。视频获取、处理、缓存、显示和传输的过程如下：多路摄像头采集到的实时超高清视频流在ZYNQ芯片中进行格式转换、同步率调整、视频拼接，处理后的4K/30fps视频通过GTH高速收发对，以10Gbps的速率传给Kintex-7芯片。Kintex-7芯片同样通过GTX高速收发对接收此超高清视频，一方面驱动本地HDMI接口显示，另一方面通过光口和光纤将视频流发送给上位机。

4.总结

综上，本团队独立研发的多路超高清摄像头控制器设计，本系统实现了对多路4K分辨率摄像头的精准协同控制，采集、处理、传输的各项参数优于市面产品，为现今多元化、多场景下的高清摄像头控制提供了一个高性能的可行性平台，应用场景有工业自动化领域、交通领域、物流领域的高精度视频采集，如数控机床、机器人控制、自动驾驶、包装检测设备等。

更多研电赛作品请查看2021年研电赛获奖作品合集