
视频处理一直是FPGA的经典应用领域之一。从早期的视频格式转换,到如今的多路视频实时拼接、AI辅助分析,FPGA在视频处理领域的角色越来越重要。本文将回顾视频处理FPGA方案的技术演进,并分享一些实际项目中的设计经验。
视频处理是一个典型的"高带宽、低延迟"应用场景。以1080p60fps视频为例:
如此高的数据吞吐量,如果通过CPU软件处理,不仅需要强大的处理器,还会带来不可接受的延迟。而FPGA可以通过硬件流水线实现真正的实时处理:数据从输入端口进入,经过各级处理模块,从输出端口输出,整个过程的延迟可以控制在几行甚至几个像素以内。
最基础也是最常见的需求。包括:
FPGA实现格式转换的核心优势是"零延迟"——输入一帧图像,输出一帧图像,中间不缓存整帧数据(仅需要行缓存或窗口缓存)。这对于实时监控、医疗影像等低延迟要求高的场景尤为关键。
将多个摄像头的画面拼接成一个完整的全景视图,是近年来随着自动驾驶、安防监控等应用兴起而增长的需求。FPGA拼接方案的典型架构:
CAM1 → 采集 → 畸变校正 ─┐
CAM2 → 采集 → 畸变校正 ─┤
CAM3 → 采集 → 畸变校正 ─┼→ 图像拼接 → 边缘融合 → 输出
CAM4 → 采集 → 畸变校正 ─┘
关键技术点:
旗耘智迅已交付多款视频拼接处理板卡,支持2~8路视频输入拼接,广泛应用于车载环视、工业检测和安防监控场景。
在直播、远程教育、视频会议等场景中,需要将视频实时编码并通过网络传输。FPGA可以承担编码前的预处理和部分编码加速:
实际方案中,通常采用"FPGA预处理 + SoC编码"的异构架构,充分发挥两者的优势。
随着AI技术的发展,视频处理从"信号处理"向"内容理解"演进。FPGA在这一领域的定位是:
视频处理FPGA设计的核心是时序预算。每一个处理模块的延迟都会累加,必须在设计之初就做好规划:
视频处理中的帧缓存、查找表、中间结果都需要片外存储(DDR)。多路视频同时工作时,存储带宽可能成为瓶颈:
视频处理的调试比纯数字逻辑更复杂,因为最终效果是"看"出来的:
旗耘智迅在视频处理FPGA领域积累了丰富的项目经验,产品覆盖: