高手过招，玩转视频采集卡硬件设计！

关键词： PCIe Switch PCIe 交换芯片 视频采集卡 

目前嵌入式系统中元器件互连有许多方法，但高速总线主要还是RapidIO，以太网和PCIE。其中PCIE总线以其高带宽，高可靠性以及高稳定性而得到广泛应用，如存储器，服务器，HBA和网络设备 等。这里主要讨论PCIE总线在视频采集卡上的应用，其实视频采集卡也是HBA的一种，也是实现主机和外设之间的协议转换。

视频采集卡是将模拟摄像机，录像机，电视机等输出的视频数据输入电脑，转换成电脑可以识别的数字数据，存储以及编辑处理。按照用途可以分为广播级，专业级和民用级视频采集卡。按物理通道可以分为单通道，双通道，4通道以及八通道视频采集卡。视频采集卡硬件框图如下图。

图一：视频采集卡硬件架构

四通道HDMI视频采集卡如图二：

图二：HDMI视频采集卡

图一是目前视频采集卡非常主流的硬件架构，Vedio Engine包括视频编解码器和FPGA，协议以及算法都由FPGA来实现，后面通过FPGA的Serdes接口送出到电脑，采用X4 PCIE2.0总线协议。世强市场经理表示：PCIE总线发展到现在经历了3代，分别是GEN1 2.5GT/S, GEN2 5GT/S, GEN3 8GT/S，如果设置成X4，GEN2就可以满足20GT/S的带宽，基本可以满足目前主流高清带宽需求，所以主流的视频采集卡都采用PCIE2.0。

如果是四通道视频采集卡，视频编解码器当然是四路，但FPGA将会有多种方案，如1个FPGA，2个FGPA或4个FPGA方案，2个FGPA方案使用率 很低，性价比无任何优势。采用1个FPGA方案，FPGA就需要4条Serdes，目前FPGA在集成多个Serdes核方案的器件价格昂贵，不光是 Serdes核的增加，IO资源也会相应增加，但视频采集卡由于成本压力，不可能采用这么高端的FPGA，所以采用另一种方案比较多，也是目前主流方案， 具体如图三：

图三：四通道视频采集卡硬件架构

图三方案中加上了PLX PCIE Switch，有哪些优势：

• PLX高兼容性可以满足所有客户需求，客户如果使用FPGA开发，会存在一个风险就是不同处理器的兼容性问题，使用PLX Switch方案后，完全不用考虑这样的风险。

• 使用PLX Switch，同样可以实现FPGA之间数据交互，而不需要经过CPU，减少延迟，提高整体性能。

• 可以大大减少成本。

• PLX Switch在视频采集卡上工作在透明桥模式，不需要任何驱动。

• 加入PCIE Switch后，可以解决FPGA的逻辑代码移植问题。2通道，4通道以及8通道，如果采用图二方案，这个时候逻辑代码会有大的改动，工作量增大，如果采 用图三方案，将不存在该问题，不管是高端还低端采集卡，FPGA每一路的逻辑代码都完全一致，增加一路只需要在Switch选择上有差异，而软件无任何差 异，可移植性高，减少开发难度，加速板卡上市时间。

针对图三中主流的四通道架构，PLX Switch可以选择PEX8608，客户如果有更多通道需求，如八通道，建议选择PEX8618，但具体要根据客户数据量来决定，系统架构完全一致，对 项目来说，只需要更换PCIE Switch就可以满足不同应用需求，软件方面无需改动，加速上市时间，抢占市场。

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