1、前言

MJPEG、MPEG2、MPEG4、H264 是流行且兼容性很高的 4 種視頻編碼格式。其中 MJPEG 對每幀獨立進(jìn)行 JPEG 圖象壓縮，而不利用幀間相關(guān)性，因此壓縮效果較差。 MPEG2、MPEG4 和 H264 會進(jìn)行幀間壓縮，但后兩者更復(fù)雜，效果也更好。MPEG2 雖然比較老 (1994年)，但在低壓縮率的條件下與 MPEG4 和 H264 沒有明顯劣勢，因此 MPEG2 在高質(zhì)量、低壓縮率要求的應(yīng)用場合仍然可堪一用。。。

PCIE（PCI Express）采用了目前業(yè)內(nèi)流行的點對點串行連接，比起 PCI 以及更早期的計算機(jī)總線的共享并行架構(gòu)，每個設(shè)備都有自己的專用連接，不需要向整個總線請求帶寬，而且可以把數(shù)據(jù)傳輸率提高到一個很高的頻率，達(dá)到 PCI 所不能提供的高帶寬，是目前各行業(yè)高速接口的優(yōu)先選擇方向，具有很高的實用價值和學(xué)習(xí)價值；

本設(shè)計使用Xilinx官方的XDMA方案搭建基于Xilinx系列FPGA的PCIE通信平臺，該方案只適用于Xilinx系列FPGA，一并提供了XDMA的安裝驅(qū)動和QT上位機(jī)源代碼，省去了使用XDMA繁瑣的驅(qū)動尋找和上位機(jī)軟件開發(fā)的不知所措，并以搭建好vivado工程，省去了不知道如何使用XDMA的尷尬，使得PCIE的使用變得簡單易上手，而不用關(guān)心其復(fù)雜的PCIE協(xié)議；由于我的開發(fā)板只支持PCIE X1，所以提供的代碼是PCIE X1架構(gòu)，若需要PCIE X1、 X2、 X8、 X16、 X32的朋友，可自行修改本工程，也可關(guān)注我，我會實時發(fā)布新的工程。

本文詳細(xì)描述了FPGA基于XDMA搭建PCIE通信平臺的設(shè)計方案，利用開發(fā)板邏輯資源大的特點，實現(xiàn)了MPEG2視頻壓縮后通過PCIe傳輸?shù)墓δ茉囼灒还こ檀a可綜合編譯上板調(diào)試，可直接項目移植，適用于在校學(xué)生、研究生項目開發(fā)，也適用于在職工程師做項目開發(fā)，可應(yīng)用于醫(yī)療、軍工等行業(yè)的高速接口領(lǐng)域；
提供完整的、跑通的工程源碼和技術(shù)支持；
工程源碼和技術(shù)支持的獲取方式放在了文章末尾，請耐心看到最后；

本設(shè)計與我之前寫的PCIE工程區(qū)別在于，此XDMA的PCIE工程硬件和軟件都運行于Linux系統(tǒng)，XDMA的驅(qū)動安裝、API調(diào)用和應(yīng)用軟件都與運行于Windows系統(tǒng)的工程不一樣，適用于運行在Linux系統(tǒng)的PCIE應(yīng)用，當(dāng)然，Windows系統(tǒng)的用戶也可以參考，因為XDMA都是一樣的，僅僅驅(qū)動安裝不一樣；

免責(zé)聲明

本工程及其源碼即有自己寫的一部分，也有網(wǎng)絡(luò)公開渠道獲取的一部分(包括CSDN、Xilinx官網(wǎng)、Altera官網(wǎng)等等)，若大佬們覺得有所冒犯，請私信批評教育；基于此，本工程及其源碼僅限于讀者或粉絲個人學(xué)習(xí)和研究，禁止用于商業(yè)用途，若由于讀者或粉絲自身原因用于商業(yè)用途所導(dǎo)致的法律問題，與本博客及博主無關(guān)，請謹(jǐn)慎使用。。。

2、MPEG2視頻壓縮實現(xiàn)

關(guān)于MPEG2視頻壓縮實現(xiàn)，我之前已經(jīng)專門寫過一篇文章，建議回頭看看，一遍了解MPEG2視頻壓縮的實現(xiàn)原理和方法，文章鏈接：https://blog.csdn.net/qq_41667729/article/details/129998492

3、我已有的FPGA圖像視頻編解碼方案

我的主頁有FPGA圖像視頻編解碼專欄，既有例如MPEG2、H264、H265等主流的視頻編解碼，也有JPEG、JPEG-LS、PNG等主流的圖片編解碼；全部采用FPGA硬件實現(xiàn)編解碼加速；以下是專欄地址：https://blog.csdn.net/qq_41667729/category_12277772.html?spm=1001.2014.3001.5482

4、我已有的PCIE方案

我的主頁有PCIE通信專欄，既有基于RIFFA實現(xiàn)的PCIE方案，也有基于XDMA實現(xiàn)的PCIE方案；既有簡單的數(shù)據(jù)交互、測速，也有應(yīng)用級別的圖像采集傳輸，既有基于純FPGA的PCIE工程，也有基于zynq架構(gòu)的PCIE工程，以下是專欄地址：https://blog.csdn.net/qq_41667729/category_12252265.html?spm=1001.2014.3001.5482

5、MPEG2視頻壓縮PCIE傳輸設(shè)計方案

MPEG2視頻壓縮PCIE傳輸方案設(shè)計方案架構(gòu)如下圖：

設(shè)計共分兩部分：FPGA設(shè)計和Linux軟件設(shè)計；

FPGA硬件設(shè)計

MPEG2視頻壓縮：
采用systemverilog語言實現(xiàn)，屬于為YUV422視頻流，輸出為256位寬的MPEG2視頻流，可參考設(shè)計框圖的箭頭流向；在此基礎(chǔ)上，將MPEG2視頻壓縮模塊掛在于AXI4總線上，這里為AXI4從機(jī)，所以，MPEG2視頻壓縮最后的封裝形式為AXI4接口，該接口可直接與XDMA對接交互；
PCIe：
直接調(diào)用官方的XDMA，由于我的板子只有PCIe X1的接口，所以將XDMA配置為X1模式，亦可配置為X2 X4 X8等其他模式；具體配置如下：

MPEG2視頻壓縮掛載AXI4接口后的頂層接口和例化部分如下如：

軟件設(shè)計

直接調(diào)用XDMA官方API實現(xiàn)軟件的功能，主函數(shù)xdma_mpeg2encode.c實現(xiàn)兩個功能：
1：將.YUV格式文件發(fā)送到PCIe的發(fā)送端口，通過PCIe總線發(fā)送給FPGA板子，F(xiàn)PGA里面的XDMA接收后通過AXI4總線發(fā)送給MPEG2視頻壓縮作為視頻輸入；載入.YUV文件的功能子函數(shù)如圖：

2：FPGA里面的MPEG2視頻壓縮收到輸入視頻后，實時的將視頻壓縮為MPEG2視頻流，通過AXI4總線發(fā)送給XDMA，XDMA再通過PCIe總線發(fā)送給電腦，xdma_mpeg2encode.c的另一個功能就是接收MPEG2視頻流，并將它轉(zhuǎn)為.m2v格式的視頻文件，該文件的視頻可用VLC播放器播放；
讀取MPEG2視頻流的功能子函數(shù)如圖：

至此，一個完整的FPGA實現(xiàn)MPEG2視頻壓縮PCIe傳輸?shù)墓δ芫痛罱ㄍ瓿闪?。?！?/p>

6、Vivado工程詳解

開發(fā)板FPGA型號：Xilinx–xc7vx690tffg1761-3；
開發(fā)環(huán)境：Vivado2019.1；
輸入：軟件程序喂入.YUV格式視頻流；
輸出：MPEG2視頻流軟件轉(zhuǎn)為.m2v格式的視頻文件；
應(yīng)用：MPEG2視頻壓縮PCIe采集卡；

工程源碼架構(gòu)如下：

FPGA資源消耗和功耗預(yù)估如下：

7、Linux下的XDMA驅(qū)動安裝

資料包里提供了XDMA驅(qū)動和驅(qū)動安裝手冊，可打開手冊安裝即可，位置如圖：

8、工程移植說明

vivado版本不一致處理

1：如果你的vivado版本與本工程vivado版本一致，則直接打開工程；
2：如果你的vivado版本低于本工程vivado版本，則需要打開工程后，點擊文件–>另存為；但此方法并不保險，最保險的方法是將你的vivado版本升級到本工程vivado的版本或者更高版本；

3：如果你的vivado版本高于本工程vivado版本，解決如下：

打開工程后會發(fā)現(xiàn)IP都被鎖住了，如下：

此時需要升級IP，操作如下：

FPGA型號不一致處理

如果你的FPGA型號與我的不一致，則需要更改FPGA型號，操作如下：



更改FPGA型號后還需要升級IP，升級IP的方法前面已經(jīng)講述了；

其他注意事項

1：由于每個板子的DDR不一定完全一樣，所以MIG IP需要根據(jù)你自己的原理圖進(jìn)行配置，甚至可以直接刪掉我這里原工程的MIG并重新添加IP，重新配置；
2：根據(jù)你自己的原理圖修改引腳約束，在xdc文件中修改即可；
3：純FPGA移植到Zynq需要在工程中添加zynq軟核；

9、上板調(diào)試驗證

第一步：首先將FPGA板子插在電腦主板的PCIE插槽里，如下：

第二步：按照軟件使用手冊一步步執(zhí)行命令即可，資料包里提供了MPEG2視頻壓縮運行軟件和軟件使用手冊，按照軟件使用手冊一步步執(zhí)行命令即可，位置如圖：

第三步：執(zhí)行完軟件后，即可看到壓縮后的MPEG2視頻，然后用VLC播放器播放即可，生成的視頻文件位置如圖：

播放截圖如下：

10、福利：工程代碼的獲取

福利：工程代碼的獲取
代碼太大，無法郵箱發(fā)送，以某度網(wǎng)盤鏈接方式發(fā)送，
資料獲取方式：文章末尾的V名片。
網(wǎng)盤資料如下：

文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-477596.html

到了這里，關(guān)于FPGA實現(xiàn)MPEG2視頻壓縮PCIe傳輸 提供軟硬件工程源碼和技術(shù)支持的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！