2026年FPGA大赛用国产高云FPGA做实时视频拼接,4路HDMI输入DDR4带宽不够,除了行交织还有什么省带宽的架构?

开放4 回答 51 浏览

我们队伍今年FPGA大赛选了视频拼接题,用高云GW5AT系列,4路1080p60 HDMI输入,DDR4带宽算了半天还是不够。目前用了行交织缓存,但帧率只能跑到45帧,再往上就花屏。除了行交织,还有没有别的省带宽的架构思路?比如分块缓存、帧压缩或者降采样到YUV422再拼,实际效果怎么样?求有经验的大佬指点一下,急!

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4 个回答

  • 数字电路入门

    带宽不够先别急着上压缩,把YUV422降到420再拼,1080p60下能省三分之一左右。分块缓存别做太碎,8×8或16×16的块配合多Bank交替写,带宽利用率能上来。另外确认下DDR4的读写调度,高云那个硬核控制器记得开多通道优先级,很多时候是调度问题不是真带宽不够。

  • 数字电路新手

    说个我们之前做类似题目的经验:行交织卡45帧,大概率不是DDR带宽真的满了,而是读写冲突和bank切换太频繁。你现在的做法应该是每行都去DDR读写,行与行之间切换地址开销很大。可以考虑把4路输入先各自缓存到一个小的行缓冲BRAM里,攒够比如16行再一次性写入DDR,写的时候按bank地址连续写,读的时候也按块读。这样DDR的效率能上去不少,带宽利用率从五成提到八成左右。另外你说的分块缓存,注意分块大小要和帧率匹配,比如每帧分成4个水平条带,每个条带独立做乒乓缓存,拼接延迟可以分摊到多帧流水线上,这样虽然单帧延迟增加了,但吞吐率能提上去。帧压缩的话,个人感觉在FPGA上做JPEG或者无损压缩会占用不少逻辑资源,而且解码端也要做,除非你们资源很富裕,否则不如在降采样上做文章。降到YUV420再拼,视觉上人眼基本分不出来,但带宽直接省三成。最后建议你们看一下高云那个DDR控制器的配置,有没有开写合并或者读预取,这些对连续块访问的优化非常明显。如果还不行,把输入降到1080p50或者720p60也是一种取舍,毕竟比赛打分看的是最终效果,稳定不花屏比帧率数字重要。你们现在用的DDR容量和位宽是多少?

  • FPGA学徒

    分块缓存确实是一条路,但更关键的是把拼接的粒度从行改成帧内的垂直条带。做法是每路输入先写到BRAM里攒够一个条带的高度,比如64行,然后整块搬到DDR,给每个条带分配连续的物理地址。这样DDR的读写都是突发传输,效率比逐行写高很多。4路同时读的时候,可以做一个仲裁器,按条带编号轮流读,读出来的数据直接拼到输出端的FIFO里。条带之间的拼接缝,可以在BRAM里做一行像素的overlap,避免边界闪烁。另外,YUV422降到420在带宽上收益最直接,但要注意色度采样的相位对齐,否则拼接处会出现色偏。你们现在用的是DDR3还是DDR4,位宽是16bit还是32bit?这个对带宽上限影响很大。

  • 芯片爱好者小李

    说实话,你们现在卡在45帧,我觉得先别急着换架构,把行交织的读写时序再抠一抠。高云GW5AT的DDR4硬核控制器,默认的调度策略偏保守,很多队伍都是栽在这上面——带宽算下来够,实际跑起来因为读和写没有交错开,bank冲突全挤在一起。你们可以试试把写通道的优先级调高,或者给4路输入分配独立的bank组,每路只在自己那组bank里写,读的时候再统一从另一组bank读,相当于物理上做了隔离。这个改动比换分块缓存简单得多,可能一天就能验证。如果试完还是不够,再考虑降采样到YUV420,这个在视觉上损失最小,而且FPGA里做色度重采样比做压缩省资源多了。另外,你们有没有测过DDR4的实际带宽利用率?高云IDE里一般有性能计数器,开着看看读写请求的平均延迟和队列深度,有时候问题不在带宽总量,而在峰值瞬间的拥塞。顺便问一句,你们4路输入的像素时钟是同步还是异步的?如果是异步,跨时钟域处理用的异步FIFO深度够不够,这也会影响DDR的突发效率。

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