解锁4K，Xilinx MPSoC ARM + FPGA高清视频采集与显示方案！

陈工-创龙科技

当下，随着数字化多媒体技术以令人惊叹的速度不断演进，高清视频处理成为众多领域关注的焦点。今天为大家分享4K HDMI 高清视频方案，基于Xilinx UltraScale+ MPSoC XCZU7EV高性能平台。

方案介绍
4K@60fps视频源经过HDMI IN接口传输至TMDS181IRGZR芯片进行信号转换，转换后的高速串行信号通过GTH高速收发器输入至PL端，利用Xilinx官方的IP核执行信号的解串操作（串转并），并解码出视频流数据，随后通过VDMA IP缓存至DDR中，利用Xilinx官方的IP对视频流数据进行重新编码，并通过IP核执行串化操作（并转串）。最终，经过GTH高速收发器和SN65DP159RGZ芯片的转换后，视频信号通过HDMI OUT接口被输出至4K显示屏。

图 1 视频信号处理流程示意图

方案优势
（一）多通道支持
处理器集成了20个GTH高速串行收发器，支持最高达5路的4K HDMI 视频输入，极大地满足了多屏幕、高分辨率视频处理的复杂应用需求，为用户构建多视频源处理系统提供了坚实基础。
（二）低延时特性
只需通过逻辑资源实现，避免了额外的硬件延迟，确保了视频流的实时传输和处理，真正实现了视频数据的实时同步交互，适用于实时性要求较高的应用场景。
（三）高集成度设计
本方案具备高集成度，简化了电路设计，将众多视频处理功能模块高度整合。不仅降低了系统复杂性，还有效控制了成本，为用户在系统构建和成本控制方面提供了双重优势。

图 2

SOM-TLZU核心板优势

图 3

SOM-TLZU核心板典型应用领域

图 4

4K HDMI 高清视频开发案例
为了简化描述，本文仅摘录部分方案功能描述与测试结果。
开发环境
本文主要介绍基于Xilinx UltraScale+ MPSoC XCZU7EV的4K HDMI 高清视频开发案例，适用开发环境如下。
Windows开发环境：Windows 7 64bit、Windows 10 64bit
Linux开发环境：Ubuntu18.04.4 64bit
开发工具包：Xilinx Unified 2022.2
硬件平台：创龙科技TLZU-EVM评估板
案例说明
通过HDMI IN接口采集4K@60fps视频采集，并通过HDMI OUT接口将采集到的视频进行输出。
案例演示
首先，将小米盒子作为视频源设备、4K显示屏作为输出显示设备连接至评估板，具体硬件连接方式如下所示：

图 5 硬件连接图

硬件连接后，加载PS端裸机程序、PL端程序。完成后即可看到调试串口终端打印如下信息。

图 6

参考产品资料操作，重启4K显示屏后，调试串口终端打印如下信息。YUV_444：表示输出图像格式；3840x2160@60Hz：表示输出图像分辨率与帧率。

图 7

此时，我们可以看到4K显示屏上显示出正常的图像，画面清晰、色彩鲜艳、无卡顿现象，完美呈现出4K高清视频的魅力。

图 8

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