利用Zynq SoC简化4K电视开发

可编程优势

赛灵思对基于FPGA和SoC的4K视频系统设计人员从三方面做了进一步支持。

第一大优势在于Zynq SoC，其为高性能视频或图像处理提供了强大的软硬件组合处理能力。Zynq SoC在单个器件中集成了功能丰富的双核ARM Cortex™-A9处理系统以及7系列(28nm) FPGA可编程逻辑。用户既可在ARM处理器上运行处理算法，也可在需要加速时将处理任务转给FPGA硬件，实现实时运行。

Kintex-7 FPGA和Zynq SoC的可编程逻辑提供的300MHz可持续视频处理速度，结合1,600 Mbps的64位DDR3存储器性能，对于操作4K视频处理和4K帧缓冲非常重要。Zynq SoC中具备丰富DSP功能的可编程逻辑架构为DSP设计人员提供了一个用以实现信号处理算法的高度灵活的平台，同时，处理器与可编程逻辑之间的紧密耦合 有助于开发跨越两个领域的编解码算法。以Zynq SoC作为设计的基础可以将组件集成到单个器件中，而无需使用多个ASSP，因此能够节省功耗和成本。

赛灵思还为4K视频系统开发提供强大的连接支持，包括FPGA和SoC中的多个内置收发器，以及众多自己开发的连接IP。例如，Zynq 7045 SoC 提供多达16个12.5Gbps收发器，并符合12G-SDI、6-GbpsHDMI 2.0、5.4-Gbps DisplayPort 1.2以及10-Gbps以太网标准。

赛灵思所做的第三个重要贡献是与Vivado®设计套件有关的IP Integrator (IPI)工具。如图2所示，有了IPI工具，连接IP模块的任务就变得类似于在印刷电路板上连接芯片。符合AMBA AXI4互连协议(赛灵思已经采用为接口标准)的IP块接口处理将相当简单(如连接OmniTek OSVP和DMA模块)。


图2 – 在Vivado IPI中布局的RTVE 3.1视频设计以及配置窗口

赛灵思最新UltraScale™ (16-nm/20-nm)技术的推出还将提供更强大的功能。该技术支持的时钟速度高达数百Gb/s，并被称为“ASIC级”。

(如需了解更多信息，敬请访问：china.xilinx.com/products/technology/ultrascale. html)。UltraScale架构不仅支持4K视频系统的开发，还将支持更高的8K系统。

可供修改的现成系统

尽管IP核所提供的构建块在简化视频系统设计的创建方面发挥了很大作用，然而，如果对现成的系统进行修改，则能获得更高起点。较长时间以来，赛灵思 一直提供包含赛灵思视频与连接IP以及来自OmniTek的IP模块的实时视频引擎(RTVE)参考设计。这些参考设计提供针对广泛视频应用领域的高清晰 度广播级视频处理功能。RTVE参考设计不仅展现出这些IP模块的功能性，还能展示出方便的互操作性，因为这些模块都根据AXI4互联标准而设计。

RTVE的每个新版本都会加入最新的IP模块，以扩展参考设计功能。最新版本RTVE 3.1增加了对4K视频标准的支持，包括SMPTE 425-5:2014、DisplayPort 1.2、6G-SDI和12G-SDI。图3给出了该设计的方框图。


图3 - RTVE3.1参考设计的方框图

RTVE 3.1设计增加了以上介绍的OmniTek内核，以及OmniTek隔行扫描器、合并器和专用交叉点，以及赛灵思的一些关键组件。它还提供API和应用， 从而可通过从基于网络的接口驱动RTVE引擎。RTVE 3.1参考设计固件和应用软件都以源文件的形式提供给客户，既可用来演示如何使用这些工具设计系统，也可作为开发类似系统的起点。

另外，还为客户提供RTVE 3.1的硬件平台。该平台包含OmniTek OZ745开发套件(基于赛灵思Zynq 7045 SoC)和FMC扩展卡。FMC增加了符合DisplayPort 1.2标准的输入和输出端口，以及两个SD/HD/3G/6G-SDI输入和输出。凭借这些I/O端口可将所支持的视频标准进行扩展，包括6G 4K和12G 4K;3G等级A和3G等级B Square Division/ Quad 4K;以及3G等级A和3G等级B双采样交错4K。

OmniTek的Ultra 4K Tool Box(图4)能够证明这些组件紧密结合加在一起能够构建出可行的商用系统。该4K Tool Box在基本架构中包含了Omni- Tek的OZ745开发套件、FMC卡以及RTVE 3.1的固件及相关应用软件。该4K Tool Box不仅提供对所有视频标准(最高4K60)的上/下和交叉转换以及相关图像校正功能，而且提供多种显示功能，包括为构成4K图像的所有数据流生成的眼 图和抖动视图、色域视图和像素数据显示。


图4 – 打开后的OmniTek最新Ultra 4K Tool Box，展示里面的组成部分

Ultra 4K Tool Box是市场上的新产品，但已吸引所有4K处理领域中的广大客户购买，例如芯片组制造、测试测量以及广播领域的客户。这表明整个视频行业对最新4K标准的兴趣所在。

终极辅助

除了这些工具和IP以外，OmniTek还提供咨询服务，以帮助客户建立和运行4K设计。赛灵思的领先芯片技术和软件工具，与OmniTek在视频 处理和制造方面的专业知识的强强结合意味着视频系统设计人员可以在完整开发框架的基础上着手进行设计，并获得超过预期的更简便的集成功能和更强有力的支 持。其结果就是可以将创新的高竞争力产品更加快速地推向市场。

来源：赛灵思中国通讯54期