一、關(guān)鍵技術(shù)特性與參數(shù)配置

1. 視頻格式支持

Video In to AXI-Stream IP 核需具備靈活的格式適配能力，典型支持范圍包括：

分辨率：從 QVGA（320×240）到 4K UHD（3840×2160），部分高端型號支持 8K

幀率：15/30/60/120fps，支持可變幀率輸入

色彩格式：RGB（RGB565/RGB888/RGB101010）、YUV（YUV444/YUV422/YUV420）、單色（8/16 位灰度）

掃描方式：逐行掃描（Progressive）和隔行掃描（Interlaced）

2. AXI-Stream 信號映射

IP 核需嚴(yán)格遵循 AXI-Stream 協(xié)議規(guī)范，典型的信號映射關(guān)系如下：

TDATA：承載像素數(shù)據(jù)，寬度與輸入像素位寬一致（如 24 位 RGB 對應(yīng) TDATA [23:0]）

TUSER：攜帶控制信息，通常 [0] 位表示 DE，[1] 位表示 HSYNC，[2] 位表示 VSYNC

TLAST：行結(jié)束時置位，標(biāo)識一行像素傳輸完成

TVALID/TREADY：標(biāo)準(zhǔn) AXI-Stream 握手機(jī)制，控制數(shù)據(jù)傳輸節(jié)奏

3. 時序適配機(jī)制

為應(yīng)對不同視頻源的時序差異，IP 核通常提供多種時序處理模式：

固定模式：按預(yù)設(shè)的時序參數(shù)（如 VESA 標(biāo)準(zhǔn)）解析輸入信號

自適應(yīng)模式：自動檢測輸入視頻的行 / 場周期，動態(tài)調(diào)整內(nèi)部參數(shù)

同步鎖定模式：通過 PLL 或延遲鎖定環(huán)（DLL）使內(nèi)部時鐘與輸入像素時鐘同步

4. 配置示例（基于 Xilinx Vivado）

通過 AXI4-Lite 接口配置 IP 核的典型流程：

// 初始化視頻輸入IP核

void video_in_init(XVideoIn *dev) {

// 配置像素格式為24位RGB

XVideoIn_WriteReg(dev->BaseAddr, XVIO_FORMAT_REG,

XVIO_PIXEL_WIDTH_24 | XVIO_COLORSPACE_RGB);

// 設(shè)置同步模式為分離同步

XVideoIn_WriteReg(dev->BaseAddr, XVIO_SYNC_REG,

XVIO_SYNC_MODE_SEPARATE | XVIO_HSYNC_ACTIVE_LOW);

// 使能自動時序檢測

XVideoIn_WriteReg(dev->BaseAddr, XVIO_CTRL_REG,

XVIO_CTRL_AUTO_DETECT | XVIO_CTRL_ENABLE);

// 等待同步鎖定

while(!(XVideoIn_ReadReg(dev->BaseAddr, XVIO_STATUS_REG) & XVIO_STATUS_LOCKED));

}

二、與上下游模塊的接口設(shè)計

1. 上游接口（視頻輸入側(cè)）

需根據(jù)視頻源類型設(shè)計物理接口電路：

并行 CMOS 接口：通常包含 D [23:0]（像素數(shù)據(jù)）、PCLK（像素時鐘）、HSYNC、VSYNC、DE 信號

BT.656 接口：8 位數(shù)據(jù)總線攜帶嵌入同步信號的 YUV422 數(shù)據(jù)，無需單獨(dú)同步線

LVDS 接口：通過 SERDES 將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為低壓差分信號，適合高速視頻傳輸

2. 下游接口（AXI-Stream 輸出側(cè)）

需考慮與后續(xù)處理模塊的協(xié)議兼容性：

數(shù)據(jù)寬度匹配：當(dāng) IP 核輸出寬度與下游模塊不一致時，需插入 AXI-Stream 寬度轉(zhuǎn)換器

時鐘域處理：若上下游時鐘不同步，應(yīng)添加異步 FIFO（如 Xilinx 的 AXI-Stream Data FIFO）

流量控制：確保下游模塊的 TREADY 信號能及時響應(yīng)，避免數(shù)據(jù)溢出

3. 典型系統(tǒng)集成框圖

[CMOS攝像頭] → [Video In to AXI-Stream IP] → [AXI-Stream Switch]

↓

[DDR存儲器] ← [Video Frame Buffer IP] ← [圖像處理IP]

↓

[HDMI輸出] ← [AXI-Stream to Video Out IP]

在該架構(gòu)中，Video In to AXI-Stream IP 核將攝像頭數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)流格式，經(jīng)交換機(jī)分配到幀緩沖和處理鏈路，實現(xiàn)視頻的采集、存儲、處理和顯示閉環(huán)。