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技术领域文章合辑(视频采集 高速串并转换)

工作的日报是个小宝藏,我干完一个活之后重新看,就能发现之前没注意的问题,并且有全局的感受。所以今日的文章是把工作日报重新整理编写,留下记录。

这一部分是做一个视频采集老项目的现场调试,没有什么新东西,就是把调通的功能调完备,即和应用软件联调,我向我的内部客户讲明白自己的设计思路,顺便测试硬件有没有问题。还有一个我自己想做的视频采集项目加检测的功能,属于自我的探索,技术储备。两个活属于同一个技术领域,相似度很高。

Day1

调试项目时发现的问题:视频无法关闭后重开。最终定位的问题是逻辑版本不对,逻辑重烧之后,就解决了。并调试成功了1路视频(算是打好了基础,1路通了其他的路数就不远了)。

纠正措施是项目管理的人没有规定板卡编号,无法核对烧录版本,我以后交付前均重新烧录,确保版本对。


Day2-4

从调通1路到调通所有路,这是个艰难的过程,我在其中起的作用是一遍遍地配合,接线、输入指令、看怎么样的环境运行结果是最好。

主要用到脑子的活是说服别人不要瞎改,方案中有一些固有的连接方式、使用方式没法改,他们不知道,我就整理好语言、画上图、标上123的顺序给他们讲明白,这样别人就不会要求我做我做不到事情。我做出了不少让步,不能光我这边调着方便,别人的方便也要照顾到,总之是为了共同的目标,大家各让一步。问题的核心修改不在我这,看着别人去查和定位问题就可以了,最终的解决方案都不是那么完美,规避了最易故障的情形,让性能在可以接受的情况即可。


Day5-6

我抽了一些时间把调试记录整理出来了,抄送给了负责人。这里面有每一次我测或者调的详细记录,如实地记了当时的测试环境,记下了工作量,也是好的一手资料,以后用来写写案例文档,有思路和依据。

之后的时间我回到自己的拓展性的项目,因为需要自己去要活干,而不是只被动地接受任务。和领导聊过感受了领导的需要,加上我自己的感受,新的项目不是那么多,难的活领导也不放心给我们这样的新手干,自己去琢磨和演示个实实在在的功能,就变得尤为重要。

我记录的一个有趣的调试现象:在板卡上用监视功能ila实测抓取信号,加电运行的过程中,拔掉相机Cameralink线,看监视结果的界面报错,就不能运行了。

[Xicom 50-38] xicom: Unable to connect todebug core(s) on the target device. Check cable connectivity and that thetarget board is powered up then use the disconnect_hw_server andconnect_hw_server to re-initialize the hardware target. Use open_hw_target tore-register the hardware device.

我自己分析:可能的原因是我ila用的是CL1_CLK,拔掉cameralink线后时钟就没有了;

但Ila用的时钟改成clk_sys之后,拔掉cameralink线后,还是有同样的问题。

解决的方法是拔掉相机的电源线,ila可以正常运行,不报错。

拔这个线的目的是让相机的数据源没了,因为这是要调试的功能。我通过这样的尝试,达到了结果,就是原因不知道到底是什么。


Day7-9

修改cameralink检测工程代码,生成bit文件2个版本:(1)只看CAMERALINK第一路的场有效、行有效、数据有效,(2)28bit的CAMERALINK接口的每一位都抓取。

上板子调试,观察目前的逻辑采集摄像机视频,不是符合理想视频的场行信号,场有效在数据有效的时候还有不定期的低电平,行有效、数据有效在所以我的短线检测去读取场有效为0的时候就不准。从显示的效果来看,分成了上下两屏,场行信号都在叠加。决定先增加Bayer的功能,把视频显示正确,再去调试检测功能。

这个是个难点,我尝试了很多修改的地方,都没能解决。后来找到了同事以前做过的工程,找到了两个版本,第二个版本里面的下载文件,用同样的相机同样的连线方式,视频显示就是正常的,但我的怎么都不行。

我按第一个版本改过,后来发现第一个版本的下载文件有问题,发现第二个版本下载文件好用,又按照第二个版本改的。其中还穿插别人来参观,我被要求一会儿测一个什么结果,记录一些表格,被打断得比较厉害,只能断断续续地能做我的调试。

直到调试环境被其他的任务征用,我做了做体力活往其他地方搬走设备,在其他地方做演示。我的调试暂停,等有机会,还是要继续试,看我的工程与别人的工程哪里不一样,把出现问题的地方找出来。


视频采集领域总结

视频采集领域,我做过的工作是cameralink协议和sdi协议的视频采集处理,把感受和理解总结如下。

Sdi协议是有SMPTE标准的,串行的一对线就可以传输视频信号,场、行有效和数据信号都是在一对线里面的,做处理的时候要串并转换。

Cameralink协议是定制化的,一些相机厂家联合,但标准也不愿意特别的公开,网上的资料在往下撤。

Cameralink协议是LVDS协议的子集,LVDS协议定义了线缆的电气标准,具体到相机领域,cameralink协议在此基础上增加了一些定义。商用相机基本上都是传感器输出的raw信号,要经过拜耳转换,才能成为RGB协议的像素。如果高度定制化,LVDS协议的相机,传输直接是RGB协议,就不用拜耳转换了。这是性能、价格等的综合考量。

还有一种常见,但我没做过的协议是HDMI,这个一般与SDI会对应着说。HDMI最大的应用特点是消费类的电子设备,它是可以同时传声音,在家用的电视、电视盒子、笔记本电脑等电器上最常用。而且因为和节目源有关,它还能够起到支持版权节目的用途,所以电影电视用它传,各方都愿意推进。

它最大的缺点是传输距离短,一般在家里看到的HDMI线,一两米就很可以了,一旦长了信号就不好,最大传输30米之内,而且HDMI线缆很贵,长距离传输用它质差价贵。

此时就会有SDI登场,广播电视领域几乎都是SDI,传输距离大,最大距离100米,线缆也便宜,就是普通的铜缆。SDI不能传输压缩的信号,但它的带宽不断拓展,应用前景很好。

2015年正式发布了串行数据接口的6G-SDI和12G-SDI。6G-SDI面向2160p30的应用,对应每秒30帧画面的刷新。而12G-SDI面向2160p 60(俗称真4K)的应用,对应着每秒60帧画面的刷新。

扩展屏幕显示问题和讲不清自己设计的问题


​(一)扩展屏幕显示问题

电脑硬件上解决的问题:

扩展笔记本的屏幕,笔记本是vga接口,屏幕是hdmi接口,就买了一根vga转hdmi转接线,它还是带个USB口,我发现必须USB口插在电脑上,才可以用。屏幕是一个长比宽大很多的屏,看仿真波形方便。但连上的扩展屏分辨率很奇怪。

屏幕在上电之后会有提示需要2560*1080 60hz,我就查自己的笔记本能不能支持(默认的里面是没有的),结果发现它的显卡是核显(集成到CPU里面的)型号HD Graphics 3000,虽然支持2560*1080,但只能支持DP接口,我的屏幕没有,就怎么也没办法了。我就在默认的分辨率里面选,相对最合适的分辨率是2048*1152。

(二)和不同领域的专家讨论问题,感觉自己能说一些,但无法为自己的话确认,需改进

驱动领域的专家,问我一些他对逻辑和交换测试的问题 我们原来的测试6个sdi摄像头的视频分别放在3个浏览器上,每个浏览器的每个端口接受一路,这个对于交换机来讲没有压力,是A口发C口,B口发D口,都是一一对应。这个交换机处理很轻松,只不过受到最多传输几路的物理限制。如果改为6个摄像头视频发到同一个浏览器上,一对多的端口,这样交换机估计就承担不起了。

他问如果其他部分不动,我的板卡逻辑可以改,能不能实现动态的配置,使3路视频可以通过一路的端口依次发送,这样可能就解决了刚才说的交换机压力的问题。我觉得不行,没办法我的一路视频采集接口分段地让三路视频用,我现在逻辑里没有视频的缓存空间,他的提案在我理解就是加流水级数,我得把逻辑打断,比如调用的通信IP可能就要打断,里面插入流水寄存器,需要的资源不少,且IP我也改不了。或者就是扩充逻辑资源,用三块板卡或者大容量FPGA容纳三个我的逻辑。

他又问能不能动态来复位、改逻辑的配置寄存器,我理解只能是顶层的管脚信号改变,才可以,比如逻辑代码中加开关,绑在拨码开关上,运行中拨动拨码开关,复位重启相应的部分,可以做到切换,但还是要FPGA容量大,可以同时容纳这么多的逻辑。逻辑到底是如何初始化的,这块我不太清楚 K7有多少的bank?什么资源?电路工程师设计板子的时候怎么考虑的?

这一部分的工作日志是做一个高速串并转换模块的动态重配置(drp)的功能的探索,之前我的项目中有提出想用,因为可以节约资源、适配更多的环境,但同事们没有做过的,说也比较麻烦,需要仔细去看器件手册。我想挑战一下,而且高速串并转换模块在fpga领域是很常用也很关键的技术点,我想借此把它吃透。

Day1-3

搜索“如何仿真xilinx gtx”

这个测试挺有意思,gtx ip直接生成example project,生成bit,可以用连接线接上连个serdes的一收一发换回,或者设置内部环回,或者在两片FPGA上做实验。

最后,把vivado lab tools勾上,这样才可以生产example desgin工程可以参考。这个后续用的特别多,因为这是为数不多的能找到源码的资料,全靠它来一边摸索一边猜,drp功能怎么调。

做这个自我探索的项目,是因为我手上还有一个能够实测的电路板及辅助的硬件环境,可以研究drp。

看到网上介绍自适应drp,有人提到sdi gtx的三速率七速率设计,进而找到用Virtex-6 FPGA GTX 收发器实现三倍速率SDI的文档,是xilinx的官方文档ug823_v6_triple_sdi,介绍v6_triple_sdi IP核,我想我可以参考这个,在已有的sdi视频采集的逻辑里加入自适应sdi速率的内容。

在工程中加入drp信号的vio,ila没加成功,待生成好bit后在hardware manager中看波形。结果发现高速信号不能用ila,问了培训班认识的老师,才知道要用IBERT这种调试工具,而且老师强烈建议把example design看明白。我想多提问,也要有基础才行,于是就好好研究example design和gxt的官方手册ug476.

Day4-6

研究drp改变gtx ip线速率的功能,生成了xilinx example design. gtx ip optional ports 可以所有reset相关端口都勾上,这是之前sdi项目没有勾选,所以没有生成这些端口。用仿真来调试gtx ip复位的工作过程,做了四次仿真,cpllreset之后 cpllock信号可以出现,写的用户复位softreset没起到作用,还有pma部分的reset也没起到作用,查阅手册Ug476,对复位的概念和代码编写,继续学习和尝试。

从gtx ip的tx部分入手,把ug476 chapter3的内容与xilinx的example design 对应来看,时钟和复位信号的连接关系、时序、传递捋一遍,重点看gtwizard_0_TX_STARTUP_FSM的模块代码,与我的仿真对应,查找复位时状态机的正确顺序。

学习gtx的示例工程,gtx的tx部分哪些时钟和哪些复位对我想做的线速率动态配置有影响,看到示例工程中调用gtxe2_channel原语,与原来用过的sdi项目的原语(用的gtx rx部分,比tx部分略复杂)对比;看ug476中PCIE的复位例子。

Day 7

1 生成gtx rx的示例工程,因为直接跑仿真报错,因为没有tx部分的源,所以我增加了tx部分作为信号源,也改了部分drp的代码。

2 发现的问题是gtx的rx+tx的仿真特别慢,占满内存,没有跑出结果来,就换到科研网调试机中进行仿真测试,其实早期可以发现问题,直接读目录下的elabora就可以,不用等仿真的结果。

另外drp的读写有一处不明白,xilinx手册中的pcie协议线速率调整的例子,drp读或写,要操作gt0_drpaddr_in和gt0_drpdi_in,这是个引发读或写的操作,与实际每次要通过drp读写的具体数据,是否会冲突,因为也是操作gt0_drpaddr_in和gt0_drpdi_in,它们的时序关系是什么样子的,手册上没有。

Day8

从网上找到一个gtp ip的drp的状态机代码,是很好的参考,我看明白里面的读写步骤之后,写仿真文件对它进行仿真,查看drp接口的读写结果。因为xilinx ug476手册中没有详细的drp操作时序,只有定性的描述,我结合这个代码不断进行实验,看drp的读写结果是否符合预期。难点在于drprdy信号什么时候给,与外接的复位信号的关系不明,手册上没有讲,在继续试验中。

责任编辑: 鲁达

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