基于SOCFPGA的图传系统

1. 简介

无线数字视频传输系统(图传)广泛应用于利用无人机进行视频/图像拍摄，以及视频监控领域。一般说来，图传由视频压缩模块(MPEG2/H.264/H.265)、无线信道编码调制模块(WIFI/3G/4G/COFDM)和射频模块(数模转换/捷变频/功率放大)构成，如下图所示。

2. 通常实现方法

一般说来，视频压缩和信道编码调制是两个不同的功能模块，由不同的方案和芯片组成。

视频压缩模块的实现主要有四类解决方案:

ARM平台方案;

DSP平台方案，如TI的DM642;

ASIC平台方案，如海思Hi3516/3517;

FPGA方案。

信道编码调制的实现主要有两类解决方案:

ASIC平台方案，如各种WIFI/3G/4G芯片;

FPGA方案，特别当使用COFDM技术时。

3. SOCFPGA系统

为了融合通用CPU和FPGA各自的优势， 两大FPGA厂商分别推出了嵌入ARM CPU的FPGA产品，如Xilinx的Zynq-7000All Programmable SoC和Altera的Cyclone V SoC。

以Altera的SoC为例， 简单的说，该产品(芯片)由CPU，FPGA，以及连接他们的互联部分(高速/轻量级)组成，如下图所示，这样的结构给开发需要同时用到CPU和FPGA产品提供了很大的便利。

4. 基于SOCFPGA的图传

根据Cyclone V SoC的特点，我们在一个芯片内实现了视频压缩和信道编码调制两个的功能模块，如下图所示。

视频压缩

在HPS侧(即ARM)上改进的FFMpeg，实现MPEG2/MPEG4/H.264等协议的视频压缩编码，并将压缩后的码流通过H2F桥送给信道编码调制模块。

信道编码调制

在FPGA侧使用COFDM技术完成信道编码调制模块。具体实现的功能参数如下：

编码率: 1/2， 2/3， 3/4， 5/6， 7/8

调制方式: QPSK/16QAM/64QAM

IFFT模式: 2/4/8K

保护间隔: 1/4， 1/8， 1/16， 1/32

带宽: 5/6/7/8 MHz

根据设定的各种参数，信道编码调制模块对从HPS输入的视频码流进行各种变换，输出IQ两路正交的数字基带信号，由下列子模块组成。

5. 系统测试结果

按照上述方案，采用不同的压缩标准，对来自摄像头的视频分别进行了视频压缩编码和信道编码调制。

使用h.264编码时CPU资源占用率高，能实现320*240分辨率的实时编码，但主观感觉不流畅;使用MPEG4，能实现800*600分辨率的实时编码，主观感觉较流畅。

由此可以看出，使用MPEG4，能满足视频拍摄和监控的一般要求，但要使用h.264，还需做很多优化工作。