دمج أربع قنوات 1080p في إخراج 4K: دفتر حساب عرض النطاق
دمج أربع كاميرات 1080p في صورة 4K واحدة لا يعني مجرد وضع أربع صور بجانب بعضها، بل هو دفتر حساب لعرض النطاق: عرض الإدخال، عرض مخزن الإطارات DDR، عرض محول التحجيم، وعرض الإخراج — أربع طبقات متراكبة. إن أخطأت في الحساب تحصل على تقطيع أو تمزيق أو تجاوز سعة DDR. نحسب في هذا المقال كل طبقة بدءاً من تردد البكسل.
1. عرض الإدخال: كم بيانات في أربع قنوات 1080p60
أربع كاميرات 1080p60، كل قناة بتنسيق 8-bit RGB:
| البند | الصيغة | النتيجة |
|---|---|---|
| البكسل لكل قناة | 1920 × 1080 | 2,073,600 بكسل/إطار |
| معدل الإطارات | 60 fps | — |
| معدل البيانات لكل قناة (8-bit RGB) | 1920 × 1080 × 3 × 8 × 60 | ≈ 2.99 Gb/s ≈ 374 MB/s |
| إجمالي إدخال الأربع قنوات | 2.99 Gb/s × 4 | ≈ 11.96 Gb/s ≈ 1.5 GB/s |
في تنسيق YCbCr 4:2:2 (شائع في الكاميرات الصناعية)، 16 بت لكل بكسل:
1920 × 1080 × 16bit × 60fps ≈ 1.99 Gb/s ≈ 249 MB/s؛ أربع قنوات ≈ 7.97 Gb/s ≈ 996 MB/s.
يحدد هذا الرقم عدد أجهزة الإرسال والاستقبال GTP/GTX وشرائح فك ترميز HDMI التي يحتاجها مستقبل FPGA.
2. مخزن الإطارات DDR: القراءة + الكتابة = ضعف عرض النطاق
يجب تخزين تدفقات الفيديو الأربعة في DDR قبل الدمج. فالمدخلات الأربع غير متزامنة، ومخرج 4K60 يعمل بتردد موحد — DDR تقوم بمهمة عبور المجال الترددي.
حجم DDR الذي تشغله مخازن الإطارات
أربع قنوات 1080p، تخزين مزدوج (إطاران لكل قناة لمنع التمزق):
| البند | الحساب | النتيجة |
|---|---|---|
| حجم إطار واحد (1080p60 8-bit RGB) | 1920 × 1080 × 3 بايت | ≈ 6.2 MB |
| أربع قنوات × تخزين مزدوج | 6.2 MB × 4 × 2 | ≈ 49.6 MB |
| مخزن إخراج 4K (3840×2160) | 3840 × 2160 × 3 بايت | ≈ 24.9 MB |
| إجمالي مساحة DDR | — | ≈ 75 MB |
ميزانية عرض نطاق DDR: القراءة + الكتابة تضاعف
تدفق البيانات: أربع مدخلات → كتابة DDR (حفظ الإطارات) → قراءة محول التحجيم → قراءة DDR (جلب الإطارات) → دمج → إخراج.
في كل ثانية يجب أن يعالج DDR:
| الاتجاه | البيانات/ثانية | التوضيح |
|---|---|---|
| كتابة DDR (أربع مدخلات) | ≈ 1.5 GB/s | كتابة أربع إطارات 1080p |
| قراءة DDR (للتحجيم) | ≈ 1.5 GB/s | قراءة أربع إطارات للتحجيم |
| كتابة DDR (4K المدمج) | ≈ 1.5 GB/s | كتابة إطار 4K60 في مخزن الإخراج |
| قراءة DDR (إخراج 4K) | ≈ 1.5 GB/s | قراءة إطار 4K60 لـ HDMI |
| إجمالي عرض نطاق DDR المطلوب | ≈ 6 GB/s | القراءة+الكتابة معاً |
3. عرض الإخراج: ما حجم 4K60
المخرج المدمج 3840×2160@60Hz، 8-bit RGB:
| البند | الصيغة | النتيجة |
|---|---|---|
| معدل بيانات 4K60 | 3840 × 2160 × 3 × 8 × 60 | ≈ 11.94 Gb/s ≈ 1.49 GB/s |
| عرض نطاق HDMI 2.0 | — | 18 Gb/s (كافٍ) |
| عرض نطاق DP 1.2 | — | ≈ 17.3 Gb/s (بالكاد) |
مخرج 4K60 نفسه 12 Gb/s؛ كل من HDMI 2.0 و DP 1.2 قادر على حمله. لكن لاحظ: تردد الإخراج وتردد قراءة DDR غير متزامنين — يلزم FIFO لعبور المجال الترددي.
4. دفتر حساب العرض الترددي للسلسلة الكاملة
| المرحلة | عرض النطاق | الجهاز |
|---|---|---|
| أربع مدخلات 1080p | ≈ 1.5 GB/s | مفكك HDMI + FMC/IO متوازٍ |
| كتابة DDR (مخزن الإدخال) | ≈ 1.5 GB/s | متحكم DDR |
| قراءة DDR (للتحجيم) | ≈ 1.5 GB/s | متحكم DDR |
| محول التحجيم | ≈ 1.5 GB/s | DSP / منطق |
| كتابة DDR (مخزن 4K) | ≈ 1.5 GB/s | متحكم DDR |
| قراءة DDR (إخراج 4K) | ≈ 1.5 GB/s | متحكم DDR |
| إخراج HDMI 4K60 | ≈ 1.5 GB/s | HDMI 2.0 TX |
| الذروة الإجمالية لـ DDR | ≈ 6 GB/s | — |
لماذا DDR هي عنق الزجاجة
عرض نطاق DDR للوحات Duyuan الشائعة:
- DUK7410T (4GB DDR3 64-bit 1866Mbps): ≈ 14.9 GB/s — متسع لـ 6 GB/s
- DUF7690T (4GB DDR3 64-bit 1866Mbps): ≈ 14.9 GB/s — نفس الشيء
- XCKU15P (8GB DDR4 ECC 64-bit 2400Mbps): ≈ 19.2 GB/s — هامش أكبر لـ 4K متعدد القنوات
دمج أربع قنوات 1080p في 4K يعمل على DDR3. لكن لثماني قنوات 1080p أو مدخلين 4K يلزم DDR4.
5. أي لوحة تختار؟
DUK7410T (¥9,999) — البداية لدمج أربع قنوات
FMSH JFM7K410T. موارد المنطق كافية، وعرض نطاق DDR3 14.9 GB/s يعطي هامشاً وافراً. مع بطاقة FMC HPC لأربع مدخلات HDMI، ومخرج HDMI مدمج لعرض 4K. مثالي لجدران العرض الصغيرة 2×2 والمراقبة الصناعية.
DUF7690T (¥24,999) — لوحة العمل لدمج متعدد القنوات
FMSH JFM7VX690T. منطق و DSP أكثر بعدة أضعاف، للتعامل مع مرشحات التحجيم المعقدة وتصحيح الألوان. QSFP 40G المدمج يمكنه بث تدفق 4K المدمج عبر الألياف إلى شاشة بعيدة. لجدران عرض متعددة + إعادة إرسال عبر الألياف.
XCKU15P (¥15,999) — تراكب 4K عالي العرض
AMD Kintex UltraScale+ XCKU15P. عرض نطاق DDR4 ECC 19.2 GB/s، مع أجهزة الإرسال UltraScale+. لدمج ثماني قنوات 1080p أو تراكب مدخلين 4K. اختر هذه اللوحة عند التخطيط للتوسع إلى 8 قنوات أو مدخلات 4K60 متعددة.
دمج أربع قنوات ليس صعباً؛ الصعب هو حساب عرض النطاق لكل قناة بدقة. DDR هي عنق الزجاجة الأكثر تقليلاً في أنظمة الدمج: 1.5 GB/s إدخال تبدو صغيرة، لكنها تتحول بالقراءة+الكتابة إلى 6 GB/s. احسب قبل اختيار اللوحة.
>
— فريق هندسة Duyuan
