ZYNQ + OV5640 视频系统开发(三):AXI VDMA 帧缓存原理

文章目录

    • [一、为什么视频系统需要 FrameBuffer](#一、为什么视频系统需要 FrameBuffer)
    • [二、AXI VDMA 的作用](#二、AXI VDMA 的作用)
    • [四、FrameBuffer 的工作流程](#四、FrameBuffer 的工作流程)
    • [五、为什么使用 Triple FrameBuffer](#五、为什么使用 Triple FrameBuffer)
    • [六、VDMA 关键参数](#六、VDMA 关键参数)
    • [七、VDMA 的优势](#七、VDMA 的优势)
    • 八、小结

一、为什么视频系统需要 FrameBuffer

在 FPGA 视频系统中,摄像头和显示器的工作方式完全不同。

摄像头输出是:

bash 复制代码
连续视频流

也就是:

bash 复制代码
Camera → 按像素连续输出

而显示设备需要的是:

bash 复制代码
稳定帧数据

也就是说:

bash 复制代码
Display → 按固定时序读取整帧

如果直接把摄像头连接到显示器,很容易出现:

bash 复制代码
撕裂
丢帧
时序错乱

因此必须在中间加入:

bash 复制代码
FrameBuffer(帧缓存)

通常使用 DDR 存储器 来实现。

二、AXI VDMA 的作用

在 ZYNQ 视频系统中,最常用的帧缓存 IP 是:AXI VDMA

VDMA 的作用是:

bash 复制代码
在 AXI Stream 和 DDR 之间搬运视频数据

VDMA 具有两个方向的数据通道:

三、视频数据流结构

典型的视频系统结构如下:

bash 复制代码
Camera
   ↓
Video In to AXI4-Stream
   ↓
VDMA (S2MM)
   ↓
DDR FrameBuffer
   ↓
VDMA (MM2S)
   ↓
AXI4S to Video Out
   ↓
Display

数据流可以理解为:

bash 复制代码
摄像头写DDR
显示器读DDR

四、FrameBuffer 的工作流程

假设系统分辨率为:800 × 600

VDMA 的工作流程如下。

第一步

摄像头数据进入 AXI Stream:

bash 复制代码
AXIS_TDATA
AXIS_TVALID
AXIS_TREADY

第二步

VDMA S2MM 将数据写入 DDR:

bash 复制代码
DDR Address + FrameOffset

例如:

bash 复制代码
Frame0 → 0x10000000
Frame1 → 0x10100000
Frame2 → 0x10200000

第三步

VDMA MM2S 从 DDR 读取数据:

bash 复制代码
DDR → AXI Stream

再送到显示模块。

五、为什么使用 Triple FrameBuffer

很多视频系统都会使用:

bash 复制代码
Triple FrameBuffer

也就是:

bash 复制代码
3 帧缓存

结构如下:

bash 复制代码
Frame0
Frame1
Frame2

这样做的好处是:避免读写冲突

当系统运行时:

bash 复制代码
Frame0 → 正在显示
Frame1 → 正在写入
Frame2 → 空闲

下一帧再循环。

这样可以避免:读写同一帧

导致画面撕裂。

六、VDMA 关键参数

在配置 VDMA 时,需要设置几个关键参数。

Horizontal Size

bash 复制代码
hsize = width × bytes_per_pixel

例如:

RGB565:800 × 2 = 1600

RGB888:800 × 3 = 2400

Vertical Size

bash 复制代码
vsize = height

例如:600

Stride

Stride 表示:

bash 复制代码
每一行占用多少字节

通常:stride = hsize

七、VDMA 的优势

使用 AXI VDMA 作为 FrameBuffer 有几个优势:

1 、支持高带宽视频

VDMA 可以支持:

bash 复制代码
1080p
4K

级别的视频流。

2 、自动帧管理

VDMA 内部可以自动管理:

bash 复制代码
Frame Buffer

不需要 CPU 参与。

3 与 AXI4-Stream 完美配合

视频 IP 核普遍使用:

bash 复制代码
AXI4-Stream

VDMA 可以直接连接这些模块。

八、小结

AXI VDMA 是 FPGA 视频系统中最核心的 IP 之一。

它的作用可以总结为:

bash 复制代码
视频流 → DDR → 视频流

通过 FrameBuffer,可以实现:

bash 复制代码
摄像头与显示器解耦
稳定视频输出
高带宽视频处理
相关推荐
EasyGBS13 小时前
摄像头还在线,画面已经不能用了?国标GB28181视频平台EasyGBS视频质量诊断怎么用
服务器·安全·音视频
2601_9556624613 小时前
情感解说视频如何提升感染力?配音细节很关键
人工智能·音视频·语音识别·视频
硅基手札14 小时前
【串口技术系列文档 10】低功耗与唤醒机制
驱动开发·stm32·单片机·嵌入式硬件·mcu·计算机外设
摸鱼 特供版14 小时前
一款边录边标注的轻量截图录屏工具
windows·学习·电脑·音视频·软件需求
yuehuaxin0115 小时前
上海贝岭 BL6523GX(D78) 单相计量芯片开发笔记:引脚定义、寄存器配置与校表流程
嵌入式硬件·智能家居·适配器模式·智能硬件
Kuakewei88815 小时前
可调OVP/OCP USB限流保护芯片IC的50μs过流响应测试
嵌入式硬件
雨田言炎16 小时前
STM32之SysTick--系统定时器(内容简单但重要,附件有程序源码)
stm32·单片机·嵌入式硬件
技灵AI16 小时前
AI 带货视频会被限流吗?AIGC 标识、功效演示、同质化量产与画质四项判定对照
人工智能·aigc·音视频·ai电商·seedance
ccbw1617 小时前
CH32M007K8U7:集成48V三相预驱的RISC-V电机MCU
单片机·嵌入式硬件
Black蜡笔小新17 小时前
老旧小区改造难题:新旧摄像头如何统一接入?EasyCVR一招融合
网络·音视频·easycvr