FPGA-платы / SoM / Индивидуальный дизайн / Интеграция IP
info@profpga.net +86 18621324348
Главная/Блог/Прикладная практика/Склейка четырёх каналов 1080p в вывод 4K: учёт полосы пропускания
Прикладная практика

Склейка четырёх каналов 1080p в вывод 4K: учёт полосы пропускания

2026-10-12 Время чтения: ~ 9 мин. Команда разработки Дуюань Электроникс

Склейка четырёх каналов 1080p в один выход 4K — это не просто «четыре картинки рядом», а учёт полосы: входная полоса, полоса кадрового буфера DDR, полоса масштабирования и выходная полоса — четыре слоя друг на друге. Ошиблись в расчёте — получаете подтормаживание, разрыв кадров или перегрузку DDR. В этой статье посчитаем каждый слой, начиная с тактовой частоты пикселей.

1. Входная полоса: сколько данных в четырёх каналах 1080p60

Четыре камеры 1080p60, каждый канал в 8-bit RGB:

Параметр Формула Результат
Пикселей на канал 1920 × 1080 2 073 600 пикселей/кадр
Частота кадров 60 fps —
Скорость данных на канал (8-bit RGB) 1920 × 1080 × 3 × 8 × 60 ≈ 2,99 Gb/s ≈ 374 MB/s
Суммарный вход четырёх каналов 2,99 Gb/s × 4 ≈ 11,96 Gb/s ≈ 1,5 GB/s

При YCbCr 4:2:2 (типично для промышленных камер), 16 бит на пиксель:

1920 × 1080 × 16bit × 60fps ≈ 1,99 Gb/s ≈ 249 MB/s; четыре канала ≈ 7,97 Gb/s ≈ 996 MB/s.

Эта входная величина определяет, сколько GTP/GTX-трансиверов и HDMI-декодеров нужно приёмнику FPGA.

2. Кадровый буфер DDR: чтение + запись = удвоенная полоса

Четыре видеопотока должны быть буферизованы в DDR перед склейкой. Входы асинхронны, а выход 4K60 работает на единой тактовой частоте — DDR выполняет кросс-доменный буфер.

Сколько DDR занимают кадровые буферы

Четыре канала 1080p, двойная буферизация (по 2 кадра на канал против разрывов):

Параметр Расчёт Результат
Размер кадра (1080p60 8-bit RGB) 1920 × 1080 × 3 байта ≈ 6,2 MB
4 канала × двойной буфер 6,2 MB × 4 × 2 ≈ 49,6 MB
Буфер выхода 4K (3840×2160) 3840 × 2160 × 3 байта ≈ 24,9 MB
Суммарный объём DDR — ≈ 75 MB

Бюджет полосы DDR: чтение + запись удваивает

Поток данных: четыре входа → запись в DDR (сохранение кадров) → масштабирующее устройство читает → чтение из DDR (выборка кадров) → склейка → вывод.

За секунду DDR должна обработать:

Направление Данные/сек Пояснение
Запись в DDR (4 входа) ≈ 1,5 GB/s Запись четырёх кадров 1080p
Чтение из DDR (масштабирование) ≈ 1,5 GB/s Чтение четырёх кадров для масштабирования
Запись в DDR (склеенный 4K) ≈ 1,5 GB/s Запись кадра 4K60 в выходной буфер
Чтение из DDR (вывод 4K) ≈ 1,5 GB/s Чтение кадра 4K60 для HDMI
Суммарная полоса DDR ≈ 6 GB/s Чтение+запись вместе

3. Выходная полоса: какой объём у 4K60

Склеенный выход 3840×2160@60Hz, 8-bit RGB:

Параметр Формула Результат
Скорость данных 4K60 3840 × 2160 × 3 × 8 × 60 ≈ 11,94 Gb/s ≈ 1,49 GB/s
Полоса HDMI 2.0 — 18 Gb/s (достаточно)
Полоса DP 1.2 — ≈ 17,3 Gb/s (впритык)

Вывод 4K60 — это 12 Gb/s; и HDMI 2.0, и DP 1.2 справятся. Но обратите внимание: тактовая частота выхода и тактовая частота чтения DDR асинхронны — требуется FIFO для кросс-доменного перехода.

4. Полный учёт полосы по всей цепочке

Этап Полоса Устройство
Вход четырёх 1080p ≈ 1,5 GB/s HDMI-декодер + FMC/параллельный IO
Запись в DDR (входной буфер) ≈ 1,5 GB/s Контроллер DDR
Чтение из DDR (масштабирование) ≈ 1,5 GB/s Контроллер DDR
Масштабирующее устройство ≈ 1,5 GB/s DSP / логика
Запись в DDR (буфер 4K) ≈ 1,5 GB/s Контроллер DDR
Чтение из DDR (вывод 4K) ≈ 1,5 GB/s Контроллер DDR
Выход HDMI 4K60 ≈ 1,5 GB/s HDMI 2.0 TX
Пиковая полоса DDR ≈ 6 GB/s —

Почему DDR — узкое место

Полоса DDR типовых плат Duyuan:

  • DUK7410T (4GB DDR3 64-bit 1866Mbps): ≈ 14,9 GB/s — с запасом на 6 GB/s
  • DUF7690T (4GB DDR3 64-bit 1866Mbps): ≈ 14,9 GB/s — аналогично
  • XCKU15P (8GB DDR4 ECC 64-bit 2400Mbps): ≈ 19,2 GB/s — больше запаса для многоканального 4K

Четырёхканальная склейка 1080p в 4K работает на DDR3. Но для восьми каналов 1080p или двух входов 4K требуется DDR4.

5. Какую плату выбрать

DUK7410T (¥9 999) — старт четырёхканальной склейки

FMSH JFM7K410T. Логических ресурсов достаточно, полоса DDR3 14,9 GB/s даёт запас. С FMC HPC-платой для четырёх HDMI-входов, встроенным HDMI-выходом для 4K-дисплея. Идеально для небольших видеостен 2×2 и промышленного наблюдения.

DUF7690T (¥24 999) — рабочая лошадка многоканальной склейки

FMSH JFM7VX690T. В несколько раз больше логики и DSP, сложные масштабирующие фильтры и цветокоррекция. Встроенный QSFP 40G может передавать склеенный 4K-поток по оптоволокну на удалённый дисплей. Для многоэкранной склейки + волоконного backhaul.

XCKU15P (¥15 999) — высокополосный 4K-оверлей

AMD Kintex UltraScale+ XCKU15P. Полоса DDR4 ECC 19,2 GB/s, совместно с трансиверами UltraScale+. Для восьмиканальной склейки 1080p или двойного входного оверлея 4K. Выбирайте эту плату, если планируется масштабирование до 8 каналов или мультивходов 4K60.

Склейка четырёх каналов — это не сложно; сложно правильно посчитать полосу каждого канала. DDR — самое недооцениваемое узкое место в системах склейки: 1,5 GB/s входа выглядят небольшими, но удвоенные чтение+запись дают 6 GB/s. Посчитайте до выбора платы.

>

— Инженерная команда Duyuan

4KDDRFPGAHDMIВидеосклейка
Дуюань Электроникс · Оригинальная техническая статья
‹ Предыдущая статья

Реальная стоимость миграции на китайские FPGA: TCO-фреймворк от Xilinx к FMSH/Pango

Статья не ответила на ваш вопрос?

Свяжитесь с нами, описав ваши задачи, для персональной технической поддержки.

Контакты · +86 18621324348