CN115086578A - 一种基于ZYNQ Ultrascale+SOC的高速视频处理平台 - Google Patents

一种基于ZYNQ Ultrascale+SOC的高速视频处理平台 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于ZYNQ Ultrascale+SOC的高速视频处理平台，包括以ZYNQ Ultrascale+SOC为架构的核心板、HDMI音视频接入模块、SDI音视频接入模块、SDI音视频输出模块、MIPI视频输出模块、四段耳机接口音频输入输出模块，可实现对于多种不同类型的高速视频和音频输入输出数据的处理。本发明以ZYNQ Ultrascale+SOC为核心，可灵活选择高速视频和音频的输入输出类型，对原始音视频数据可以进行实时的采集，处理并通过平台上的接口进行输出展示。多输入多输出的兼容性减少了多个不同类型视频转换器的需求，灵活且实时的音视频处理方式使得用户更方便处理与调整数据（滤波、升降采样等），处理后的结果通过多个输出接口可以很直观的在耳机、显示屏等产品上直观地进行展示。

Description

一种基于ZYNQ Ultrascale+SOC的高速视频处理平台
技术领域
本发明涉及电子技术与视频处理技术，尤其涉及一种基于xlink公司的集成处理系统与可编程逻辑的处理器（ZYNQ Ultrascale+SOC）的高速视频处理平台，通过ZYNQUltrascale+SOC实现不同类型的高速视频的采集，转化以及实时处理。用于电子信息类专业的图像与视频处理领域。
背景技术
市面上各类使用视频接口的产品如显示屏、投影仪、摄影仪等，这些产品的视频输入输出接口一般都固定为1到2种，通常仅能满足在特定条件下的使用，一旦出现需要将一种接口获得的数据传输到另一种接口的情况，往往需要对应的转换器才能实现，同时由于高清视频传输的速率等要求，对于接口存在各种限制，如某专业摄影机仅有高速的SDI输出接口，而一般的显示屏仅带有HDMI输入接口，若想要把摄影得到的高清视频通过显示屏播放需要使用SDI到HDMI的转换器且要保证速率，较为麻烦。另一方面，在两个使用不同视频接口的产品间传输视频的过程中，对于视频数据仅限于点对点的传输，并不能对视频数据进行处理，功能较为单一，如果想要处理获得的视频数据还要进行额外的导出存储等等，流程十分的复杂麻烦。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于ZYNQ Ultrascale+SOC的高速视频处理平台，ZYNQUltrascale+SOC是Xilinx公司提供的一种集成可编程逻辑和处理系统的一种处理器，可以提供强大的AI计算能力，适用于人工智能、云计算、有线/无线通信的等技术领域。ZYNQUltrascale+SOC可以处理不同类型的音视频输入输出数据，实现对多种高速音视频输入输出接口之间的任意转换，以此摆脱市面上各类产品的接口限制，使得在产品接口不兼容的情况下也能得到需要的视频数据。
实现本发明目的的具体技术方案是：
一种基于ZYNQ Ultrascale+SOC的高速视频处理平台，该平台包括核心处理模块、SDI音视频输入模块、SDI音视频输出模块、HDMI音视频输入模块、MIPI视频输出模块、四段耳机音频输入输出模块和电源模块；
所述核心处理模块分别与SDI音视频输入模块、SDI视音频输出模块、HDMI音视频输入模块、MIPI视频输出模块、四段耳机音频输入输出模块和电源模块连接；
所述SDI音视频输入模块与核心处理模块和电源模块连接；
所述SDI音视频输出模块与核心处理模块和电源模块连接；
所述HDMI音视频输入模块与核心处理模块和电源模块连接；
所述MIPI视频输出模块与核心处理模块和电源模块连接；
所述四段耳机音频输入输出模块与核心处理模块和电源模块连接；
所述电源模块分别与核心处理模块、SDI音视频输入模块、SDI视音频输出模块、HDMI音视频输入模块、MIPI视频输出模块和四段耳机音频输入输出模块连接；其中：
所述核心处理模块由ZYNQ Ultrascale+SOC处理模块、MCU控制模块、时钟发生器模块和DDR4存储模块构成，所述处理模块分别与MCU控制模块、时钟发生器模块和DDR4存储模块相连；MCU控制模块分别与时钟发生器模块和电源模块相连；DDR4存储模块与所述处理模块相连。
所述SDI音视频输入模块由SDI音视频输入接口和SDI音视频输入驱动模块构成，SDI音视频输入接口与SDI音视频输入驱动模块相连；SDI音视频输入驱动模块与所述处理模块相连。
所述SDI音视频输出模块由SDI音视频输出接口和SDI音视频输出驱动模块构成，SDI音视频输出接口与SDI音视频输出驱动模块相连；SDI音视频输出驱动模块与所述处理模块相连。
所述HDMI音视频输入模块由HDMI直接输入模块、HDMI解码模块和HDMI输入接口构成，HDMI直接输入模块与HDMI输入接口和所述处理模块相连；HDMI解码模块与HDMI输入接口和所述处理模块相连；HDMI输入接口与HDMI直接输入模块和HDMI解码模块相连。
所述四段耳机音频输入输出模块由四段耳机接口和音频编解码模块构成，四段耳机接口与音频编解码模块相连；音频编解码模块与所述处理模块相连。
本发明的有益效果
以一块简洁小巧的核心板实现多种不同接口的高速视频、音频数据之间相互转换，使得用户不需要购买很多转换器用以匹配需要导入导出音视频数据的产品。同时对于获得的音视频数据可以进行实时的处理，通过ZYNQ Ultrascale+SOC实现高速视频数据的实时采集、处理与显示，由于以ZYNQ Ultrascale+SOC为核心，处理方式灵活处理速度快，减少了用户以往需要通过将音视频数据导入到PC端后才能处理的不便。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为核心处理模块结构示意图；
图3为SDI音视频输入模块结构示意图；
图4 为SDI音视频输出模块结构示意图；
图5为HDMI音视频输入模块结构示意图；
图6为四段耳机音频输入输出模块结构示意图；
图7 为本发明各模块连接示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作详细描述。
参阅图1，本发明由核心处理模块1、SDI音视频输入模块2、SDI视音频输出模块3、HDMI音视频输入模块4、MIPI视频输出模块5、四段耳机音频输入输出模块6和电源模块7连接而成。所述SDI音视频输入模块2与核心处理模块1和电源模块7连接。所述SDI视音频输出模块3与核心处理模块1和电源模块7连接。所述HDMI音视频输入模块与核心处理模块1和电源模块7连接。所述MIPI视频输出模块与核心处理模块1和电源模块7连接。所述四段耳机音频输入输出模块与核心处理模块1和电源模块7连接。
参阅图2、图7，所述核心处理模块1由ZYNQ Ultrascale+SOC处理模块11、MCU控制模块12、时钟发生器模块13、DDR4存储模块14构成。所述处理模块11分别与MCU控制模块12、时钟发生器模块13和DDR4存储模块14相连；所述MCU控制模块12分别与所述处理模块11、时钟发生器模块13和电源模块7相连；所述时钟发生器模块13分别与所述处理模块11和MCU控制模块12相连；DDR4存储模块14与所述处理模块11相连。所述处理模块11采用ZYNQUltrascale+ 系列的SOC，所述MCU控制模块12采用STM32F031单片机。
参阅图3、图7，所述SDI音视频输入模块2由SDI音视频输入接口21和SDI音视频输入驱动模块22构成。所述SDI音视频输入接口21和SDI音视频输入驱动模块22相连。所述SDI音视频输入驱动模块22与SDI音视频输入接口21和所述处理模块11相连。
参阅图4、图7，所述SDI音视频输出模块3由SDI音视频输出接口31和SDI音视频输出驱动模块32构成。所述SDI音视频输出接口31和SDI音视频输出驱动模块32相连。所述SDI音视频输出驱动模块32与SDI音视频输出接口31和所述处理模块11相连。
参阅图5、图7，所述HDMI音视频输入模块4由HDMI直接输入模块41，HDMI解码模块42和HDMI输入接口43构成。所述HDMI直接输入模块41与HDMI输入接口43和所述处理模块11相连。所述HDMI解码模块42与HDMI输入接口43和所述处理模块11相连。所述HDMI输入接口43与HDMI直接输入模块41和HDMI解码模块42相连。
参阅图6、图7，所述四段耳机音频输入输出模块6由四段耳机接口61和音频编解码模块62构成。所述四段耳机接口61与音频编解码模块62相连。所述音频编解码模块62与四段耳机接口61和所述处理模块11相连。
参阅图7，所述MIPI视频输出模块5与核心板处理模块1中的所述处理模块11相连。
本发明是这样工作的，采用STM32F031 12进行电源模块7的控制，电源模块7提供所有其他模块的供电。外部输入的音视频数据可以通过SDI音视频输入接口21，HDMI音视频输入接口43，四段耳机接口61分别输入到本处理平台中。SDI音视频信号在送入SDI音视频输入接口21后，通过SDI音视频输入驱动模块22将单端SDI音视频信号转化为差分SDI音视频信号，差分SDI音视频信号送入核心处理模块1中的所述处理模块11中进行信号处理。HDMI音视频信号通过HDMI音视频输入接口43输入本平台，输入后分成两路，一路通过HDMI直接输入模块41送入核心处理模块1中的所述处理模块11中，另一路通过HDMI解码模块42进行解码，解码完的HDMI音视频信号送入核心处理模块1中的所述处理模块11中进行处理。语音信号通过四段耳机接口61输入音频编解码模块62中进行音频解码，后续送入核心处理模块1中的所述处理模块11中进行处理。在所述处理模块11中可以进行音视频数据的实时采样，处理并输出需要显示的数据信号。上述三路输入的音视频信号经过所述处理模块11处理后，可分为三路进行输出，一路通过MIPI视频输出模块5直接输出，一路送入音频编解码模块62进行编码后通过四段耳机接口61输出，另一路通过SDI音视频输出驱动模块32将差分信号转化为单端SDI信号后通过SDI音视频输出接口31进行输出。上述任意的音视频输入信号都可以经过ZYNQ处理模块处理后在任意音视频输出接口进行输出，通过ZYNQ进行输入输出的控制。
实施例1
本实施例以输入SDI类型的高速视频信号，经过本平台进行视频处理并通过SDI接口输出为例，使用核心处理模块1，SDI音视频输入模块2，SDI音视频输出模块核3，电源模块7。外部使用SDI音视频输出的产品，如专业摄影机等，将获取的SDI音视频数据通过SDI连接线送入SDI音视频输入模块2的SDI音视频输入接口21中，通过SDI音视频输入驱动模块22将输入的单路SDI音视频信号转化为差分SDI音视频信号，转化完成后送入核心处理模块的所述处理模块11中，所述处理模块11对获得的音视频数据进行处理后送入SDI音视频输出模块3的SDI音视频输出驱动模块32中将差分SDI音视频信号转化为单路SDI音视频信号并通过SDI音视频输出接口31输出。
实施例2
本实施例以输入SDI类型的高速音视频信号通过本平台转化为MIPI视频信号+耳机音频信号为例，使用核心处理模块1，SDI音视频输入模块2，MIPI视频输出模块5，四段耳机音频输入输出模块6，电源模块7。外部使用SDI音视频输出的产品，如专业摄影机等，将获取的SDI音视频数据通过SDI连接线送入SDI音视频输入模块2的SDI音视频输入接口21中，通过SDI音视频输入驱动模块22将输入的单路SDI音视频信号转化为差分SDI音视频信号，转化完成后送入核心处理模块的所述处理模块11中，通过所述处理模块11将获得的差分SDI音视频信号进行音频和视频信号的分离，分离的音频信号送入四段耳机输入输出模块6中通过四段耳机接口输出，分离的视频信号送入MIPI视频输出模块5中，通过MIPI接口输出。
实施例3
本实施例以输入HDMI类型的高速音视频信号通过本平台转化为MIPI视频信号+耳机音频信号为例，使用核心处理模块1，HDMI音视频输入模块4，MIPI视频输出模块5，四段耳机音频输入输出模块6，电源模块7。外部使用HDMI音视频输出的产品，如笔记本电脑等，将获取的HDMI音视频数据通过HDMI连接线送入HDMI音视频输入模块4的HDMI输入接口43中，送入的HDMI音视频信号经过HDMI解码模块42进行解码转化，转化完成后送入核心处理模块的所述处理模块11中，通过所述处理模块11将获得HDMI音视频信号进行音频和视频信号的分离，分离的音频信号送入四段耳机输入输出模块6中通过四段耳机接口输出，分离的视频信号送入MIPI视频输出模块5中，通过MIPI接口输出。

Claims (5)

1.一种基于ZYNQ Ultrascale+SOC的高速视频处理平台，其特征在于，该平台包括核心处理模块（1）、SDI音视频输入模块（2）、SDI音视频输出模块（3）、HDMI音视频输入模块（4）、MIPI视频输出模块（5）、四段耳机音频输入输出模块（6）和电源模块（7）；
所述核心处理模块（1）分别与SDI音视频输入模块（2）、SDI视音频输出模块（3）、HDMI音视频输入模块（4）、MIPI视频输出模块（5）、四段耳机音频输入输出模块（6）和电源模块（7）连接；
所述SDI音视频输入模块（2）与核心处理模块（1）和电源模块（7）连接；
所述SDI音视频输出模块（3）与核心处理模块（1）和电源模块（7）连接；
所述HDMI音视频输入模块（4）与核心处理模块（1）和电源模块（7）连接；
所述MIPI视频输出模块（5）与核心处理模块（1）和电源模块（7）连接；
所述四段耳机音频输入输出模块（6）与核心处理模块（1）和电源模块（7）连接；
所述电源模块（7）分别与核心处理模块（1）、SDI音视频输入模块（2）、SDI视音频输出模块（3）、HDMI音视频输入模块（4）、MIPI视频输出模块（5）和四段耳机音频输入输出模块（6）连接；其中：
所述核心处理模块（1）由ZYNQ Ultrascale+SOC处理模块（11）、MCU控制模块（12）、时钟发生器模块（13）和DDR4存储模块（14）构成，所述处理模块（11）分别与MCU控制模块（12）、时钟发生器模块（13）和DDR4存储模块（14）相连；MCU控制模块（12）分别与时钟发生器模块（13）和电源模块（7）相连；DDR4存储模块（14）与所述处理模块（11）相连。
2.根据权利要求1所述的基于ZYNQ Ultrascale+SOC的高速视频处理平台，其特征在于，所述SDI音视频输入模块（2）由SDI音视频输入接口（21）和SDI音视频输入驱动模块（22）构成，SDI音视频输入接口（21）与SDI音视频输入驱动模块（22）相连；SDI音视频输入驱动模块（22）与所述处理模块（11）相连。
3.根据权利要求1所述的基于ZYNQ Ultrascale+SOC的高速视频处理平台，其特征在于，所述SDI音视频输出模块（3）由SDI音视频输出接口（31）和SDI音视频输出驱动模块（32）构成，SDI音视频输出接口（31）与SDI音视频输出驱动模块（32）相连；SDI音视频输出驱动模块（32）与所述处理模块（11）相连。
4.根据权利要求1所述的基于ZYNQ Ultrascale+SOC的高速视频处理平台，其特征在于，所述HDMI音视频输入模块（4）由HDMI直接输入模块（41）、HDMI解码模块（42）和HDMI输入接口（43）构成，HDMI直接输入模块（41）与HDMI输入接口（43）和所述处理模块（11）相连；HDMI解码模块（42）与HDMI输入接口（43）和所述处理模块（11）相连；HDMI输入接口（43）与HDMI直接输入模块（41）和HDMI解码模块（42）相连。
5.根据权利要求1所述的基于ZYNQ Ultrascale+SOC的高速视频处理平台，其特征在于，所述四段耳机音频输入输出模块（6）由四段耳机接口（61）和音频编解码模块（62）构成，四段耳机接口（61）与音频编解码模块（62）相连；音频编解码模块（62）与所述处理模块（11）相连。
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