基于Zynq-7000的圖像拼接技術的系統(tǒng)設計構架與實現(xiàn)效果

摘要：針對安防監(jiān)控與智慧交通領域無盲區(qū)視頻攝錄的需求，基于Zynq-7000平臺優(yōu)勢進行寬幅視頻處理軟硬件系統(tǒng)的設計。通過研究基于嵌入式系統(tǒng)的多路視頻實時拼接技術，設計并實現(xiàn)了以XC7Z020芯片為核心的視頻處理板卡，在雙核ARM Cotex-A9硬核處理器端服務程序協(xié)同調(diào)度下，基于片內(nèi)FPGA硬件加速能力實現(xiàn)多通道視頻實時采集與預處理、投影變換、圖像融合，進而形成完整寬幅視頻畫面，通過遠程客戶端實現(xiàn)定制化的視頻攝錄功能。測試結果表明，該系統(tǒng)是兼具穩(wěn)定的性能和靈活區(qū)域部署能力的便攜式解決方案。

引言

寬幅視頻拼接是基于計算機視覺和圖形處理技術的整合，其本質就是圖像拼接技術，必然與圖像傳感器技術及圖像算法研究密切相關[1]，但其對于實時性的較高要求，使得在該領域的技術實踐同樣需要關注平臺的處理性能。目前市面上普遍采用的主要有通過單目魚眼鏡頭捕獲全景圖像的嵌入式平臺方案，以及多通道圖像采集拼接形成全景的通用計算機平臺方案。前者對于鏡頭工藝要求高且存在較大的畸變，而后者憑借性能優(yōu)勢獲得好的效果，但設備體積龐大且價格昂貴[2]。

針對以上情況，本文提出了一種基于AP SoC（All Programmable System on Chip，全可編程的片上系統(tǒng)）多通道視頻無縫拼接的寬幅視頻處理解決方案。結合用戶場景分析，提出具有擴展能力的寬幅視頻處理技術，預置多路擴展接口隨時增減攝像頭以調(diào)整視野寬度，滿足多種現(xiàn)場寬視角攝錄需求。

1 系統(tǒng)總體構架

寬幅視頻處理系統(tǒng)由本地視頻處理系統(tǒng)端和遠程攝錄客戶端兩部分組成，系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。便攜式視頻處理系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)控需求進行配置與部署，遠程客戶端進行實時定制視野區(qū)域攝錄。

基于Zynq-7000的寬幅視頻處理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

本地視頻處理系統(tǒng)作為設計的主體部分，由視頻采集、圖像處理、核心調(diào)度、用戶交互、本地顯示、網(wǎng)絡通信六個模塊組成。多通道視頻流采集模塊采用DMA方式將圖像數(shù)據(jù)送入內(nèi)存緩沖隊列；圖像處理模塊包含視頻處理的若干流程，在核心調(diào)度模塊控制下，借助可編程邏輯并行加速完成寬幅圖像的處理與存儲；用戶交互模塊和本地顯示模塊協(xié)同完成設備配置與寬幅畫面預覽；網(wǎng)絡通信模塊作為視頻傳輸?shù)闹匾涌冢糜诒O(jiān)聽網(wǎng)絡請求與寬幅視頻分發(fā)服務。

2 系統(tǒng)硬件設計

視頻處理核心板卡硬件系統(tǒng)結構框圖如圖2所示。系統(tǒng)主要由存儲器模塊、網(wǎng)絡通信模塊、視頻采集接口模塊、本地顯示模塊、串行終端模塊、用戶交互模塊、時鐘模塊、電源模塊和JTAG調(diào)試模塊組成。

基于Zynq-7000的寬幅視頻處理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

2.1 XC7Z020片上系統(tǒng)

XC7Z020芯片是Xilinx公司Zynq-7000系列AP SoC，在FPGA架構中集成了雙核ARM Cotex-A9硬核處理器系統(tǒng)，包含USB、SPI、SDIO等豐富的外設控制器，實現(xiàn)了PS（Processing System）硬核知識產(chǎn)權的性能和低功耗特性以及PL（Programmable Logic）可編程邏輯的靈活性[3]。借助AXI（Advanced eXtensible Interface，高級擴展總線）互聯(lián)技術實現(xiàn)PS與PL之間的高性能的數(shù)據(jù)交換，為工程技術人員在圖像處理領域實踐提供了全新的實現(xiàn)途徑。

2.2 存儲器模塊

存儲器模塊分為內(nèi)存和掉電存儲兩個部分。XC7Z020芯片內(nèi)置支持多協(xié)議標準的硬核內(nèi)存控制器，掛載兩片DDR3內(nèi)存芯片MT41K128M16，構建起容量為512 MB、時鐘頻率為533 MHz的內(nèi)存儲器。選用飛索公司的32 MB QSPI Flash芯片S25FL256SAG以及SD閃存卡兩種掉電存儲方式，用于FPGA上電配置以及軟件系統(tǒng)的引導。

2.3 視頻采集模塊

選用三組OV5640攝像頭模塊圍繞單視點相背放置。攝像頭內(nèi)置白平衡、色彩校正、降噪等預處理功能，簡化了后端FPGA系統(tǒng)的設計負擔。720P輸出模式下可達40 f/s以上幀率，其采用DVP(Digital Video Port，數(shù)字視頻接口)輸出，通過SCCB（Serial Camera Control Bus，串行攝像頭控制總線）進行初始化配置。

2.4 本地顯示模塊

選用ADI公司的高清多媒體收發(fā)器ADV7511芯片，集成HDMI 1.4發(fā)送器，最大支持1080p@60Hz視頻傳輸。芯片集成I2C控制器用于管理接入的顯示設備信息。

2.5 網(wǎng)絡通信模塊

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本文導航

第 1 頁：基于Zynq-7000的圖像拼接技術的系統(tǒng)設計構架與實現(xiàn)效果
第 2 頁：網(wǎng)絡通信模塊
第 3 頁：柱面投影

Zynq(46445) Zynq(46445)
圖像拼接技術(1131) 圖像拼接技術(1131)

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Zynq-7000 SoC生產(chǎn)勘誤項目及應對措施

Zynq-7000 生產(chǎn)勘誤項目是（Xilinx 答復 47916）中所列項目的子集，通常包括由 Xilinx 和 Linux 社區(qū)實現(xiàn)的軟件解決方法應對措施。

2018-07-05 08:38:00

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ZYNQ-7000型產(chǎn)品選擇指南詳細資料免費下載

本文檔的主要內(nèi)容詳細介紹的是ZYNQ-7000型產(chǎn)品選擇指南詳細資料免費下載。

2018-08-09 08:00:00

關于Zynq-7000 PL端HDMI的顯示控制的性能分析和應用介紹

Zynq-7000 PL端HDMI的顯示控制 Zynq-7000 PS到PL端emio的使用 Vivado 專家文章：Tcl 是什么？ Zynq-7000 ARM端MIO的使用 Zynq-7000

2019-09-15 14:57:00

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Zynq-7000可擴展處理平臺的特點及應用介紹

Xilinx處理平臺副總裁Vidya Rajagopalan和ARM物理IP部門技術副總裁Dipesh Patel介紹了Xilinx的Zynq-7000可擴展處理平臺。

2018-11-20 07:07:00

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Zynq-7000 AP SoC ZC702評估套件的特點與應用

Zynq-7000 All Programmable SoC評估套件ZC702簡介使設計人員能夠快速評估Zynq-7000技術，同時通過其可擴展性開發(fā)大多數(shù)應用。

2018-11-20 06:17:00

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Zynq-7000可擴展處理平臺的演示

觀看世界上第一個可擴展處理平臺--Zynq-7000 EPP的演示。

2019-01-02 09:31:00

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Zynq-7000全可編程SoC的性能和功能

Zynq-7000全可編程SoC提供無與倫比的性能和功能

2019-01-21 07:32:00

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Zynq-7000 AP SoC提供業(yè)經(jīng)驗證的IP及參考設計

HLS（高層次綜合）工具特別感興趣，這是一個非常強大的工具，可以幫助設計者快速地找到Zynq-7000設計架構的平衡點，并開發(fā)出高度優(yōu)化的系統(tǒng).Zynq平臺支持目前最流行的所有軟件設計環(huán)境，領先競爭對手整整一代發(fā)貨，賽靈思還提供了一整套的業(yè)經(jīng)驗證的IP，設計工具包以及參考設計，以加速客戶的設計，幫

2018-11-30 06:08:00

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適用于Zynq-7000 AP SoC的Windows Embedded Compact 7概述

了解適用于Zynq-7000 All Programmable SoC的Windows Embedded Compact 7板級支持包（BSP）。

2018-11-30 06:06:00

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Xilinx Zynq-7000最新ADAS解決方案的展示

卓越的賽靈思聯(lián)盟成員Xylon展示了他們利用Xilinx Zynq-7000的最新ADAS解決方案。他們最新的開發(fā)套件logiADAK 3.0汽車駕駛員輔助工具包可實現(xiàn)2D / 3D環(huán)繞視圖

2018-11-26 07:10:00

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使用Zynq-7000 AP SoC進行工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的演示

安富利展示了一個集成的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）系統(tǒng)，集成了Xilinx Zynq-7000 All Programmable SoC上的機器視覺，電機控制和近場通信（NFC）。

2018-11-26 07:00:00

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使用Zynq-7000 All Programmable SoC實現(xiàn)DSP功能的軟件加速

該演示展示了Zynq-7000 All Programmable SoC及其使用NEON引擎或硬件加速來加速軟件的能力。查看Zynq-7000 SoC的靈活性，以加速軟件和利用......

2018-11-26 06:56:00

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Zynq-7000可擴展處理平臺的展示介紹

Xilinx及其聯(lián)盟成員在Embedded World 2012上展示了Zynq-7000可擴展處理平臺。

2018-11-26 06:42:00

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Zynq-7000 All Programmable SoC的開發(fā)工具概述

了解可用于Zynq-7000 All Programmable SoC的各種開發(fā)工具。從愿景到部署Xilinx開發(fā)工具解決端到端開發(fā)問題，包括：系統(tǒng)設計，軟件和固件開發(fā)......

2018-11-26 06:38:00

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Zynq-7000 All Programmable SoC器件的I/O標準

了解設計人員在使用Zynq-7000 All Programmable SoC器件時可用的不同I / O，從標準I / O到串行收發(fā)器以及模擬輸入。

2018-11-26 06:36:00

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針對成像和視頻應用開發(fā)的Zynq-7000 All Programmable SoC

Zynq-7000 All Programmable SoC套件簡介，針對成像和視頻應用開發(fā)，提供相機和視頻插件。

2018-11-23 06:46:00

2398

如何使用BootGen為Zynq-7000 AP SoC構建完整的映像

了解如何使用BootGen為Zynq-7000 All Programmable SoC構建完整的映像。引導映像通常包括第一級引導加載程序，至少一個軟件應用程序和PL的比特流。

2018-11-23 06:58:00

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如何為Zynq-7000 All Programmable SoC制作可引導映像

了解如何構建FSBL，U-boot，Linux并為Zynq-7000 All Programmable SoC制作可引導映像。

2018-11-23 06:55:00

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使用Zynq-7000 All Programmable SoC進行視頻監(jiān)控攝像機演示

使用Zynq-7000 All Programmable SoC的ISD netSeries視頻監(jiān)控攝像機演示

2018-11-23 06:48:00

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Zynq-7000 All Programmable SoC的安全系統(tǒng)

該視頻演示展示了Zynq-7000 All Programmable SoC上具有PROFINET IRT的高可靠性系統(tǒng)，適用于高性能自動化應用。

2018-11-23 06:34:00

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Zynq-7000 All Programmable SoC電源管理技術的了解

通過Zynq-7000 AP SoC了解電源管理技術，并了解Zynq Power Demonstration的這些技術。

2018-11-22 06:54:00

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如何使用Zynq-7000 VI進行IP仿真驗證和調(diào)試

本視頻將向您講解如何使用Zynq-7000 VIP（驗證IP）來高效地驗證基于Zynq-7000處理系統(tǒng)的設計。另外，視頻還介紹了如何配置，以及如何使用范例項目進行仿真的實施步驟。

2018-11-22 06:48:00

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ZYNQ-7000如何生成從Flash和SD卡啟動的鏡像文件

ZYNQ-7000如何生成從Flash和SD卡啟動的鏡像文件將PL與PS部分一起使用，并且通過JTAG下載到板子運行。對于ZYNQ，有多種啟動方式

2018-12-01 08:38:18

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Zynq-7000所有可編程SOC模塊的詳細資料介紹

本文檔的主要內(nèi)容詳細介紹的是Zynq-7000所有可編程SOC模塊的詳細資料介紹。

2019-02-13 17:16:40

Zynq-7000 SOC的產(chǎn)品簡介資料免費下載

?Cortex?-A9處理器與業(yè)界領先的每瓦28nm可編程邏輯性能相集成，實現(xiàn)了超過離散處理器和FPGA系統(tǒng)的功率和性能水平。Zynq-7000系列提供了Dualcore（Zynq-7000設備

2019-02-15 11:52:14

digilent Cora Z7-10: Zynq-7000 概述

　Digilent Cora Z7是一款隨時可用，低成本且易于嵌入的開發(fā)平臺，圍繞Xilinx功能強大的Zynq-7000全可編程片上系統(tǒng)（APSoC）而設計。 Zynq-7000架構將單核

2019-11-14 15:53:23

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digilent Cora Z7-07S: Zynq-7000 概述

2019-11-14 15:50:53

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digilent Zynq-7000訓練板概述

Zybo（Zynq? Board）是一款資源豐富且易用的嵌入式軟件及數(shù)字電路入門級開發(fā)平臺，該平臺主芯片為Xilinx Zynq-7000系列中的最小型號Z-7010。

2019-11-25 11:42:27

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Zynq-7000 ZING SOM開發(fā)模塊的特點和應用

Zynq-7000 ZING SOM開發(fā)模塊演示,ZingSoM模塊是針對OEM類型和小批量試生產(chǎn)型客戶量身定制的一款Zynq最小系統(tǒng)板，集成了Zynq All Programmable SoC系統(tǒng)所需的常用組件，包括DDR3和Flash，以及千兆以太網(wǎng)卡和USB接口。

2020-07-02 10:20:00

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