Multiplexage 4 canaux 1080p vers sortie 4K : une facture de bande passante
Multiplexer quatre flux caméra 1080p en une sortie 4K ressemble à « juste mettre quatre images ensemble », mais derrière se cache une facture de bande passante : bande passante d’entrée, bande passante frame buffer DDR, bande passante du moteur de scaling, et bande passante de sortie — quatre couches empilées les unes sur les autres. Trompez-vous sur le calcul et vous obtenez du saccade, du déchirement ou une surcharge DDR. Cet article déroule chaque couche depuis l’horloge pixel.
1. Bande passante d’entrée : combien de données font quatre flux 1080p60 ?
Quatre caméras 1080p60, chacune en RGB 8 bits :
| Poste | Formule | Résultat |
|---|---|---|
| Pixels par canal | 1920 × 1080 | 2 073 600 pixels/trame |
| Fréquence d’images | 60 i/s | — |
| Débit par canal (RGB 8 bits) | 1920 × 1080 × 3 × 8 × 60 | ≈ 2,99 Gb/s ≈ 374 Mo/s |
| Entrée totale 4 canaux | 2,99 Gb/s × 4 | ≈ 11,96 Gb/s ≈ 1,5 Go/s |
Si on utilise YCbCr 4:2:2 (courant pour caméras industrielles), 16 bits par pixel :
1920 × 1080 × 16 bit × 60 i/s ≈ 1,99 Gb/s ≈ 249 Mo/s ; quatre canaux ≈ 7,97 Gb/s ≈ 996 Mo/s.
Ce chiffre d’entrée détermine combien de transceivers GTP/GTX et de décodeurs HDMI le récepteur FPGA doit avoir.
2. Frame buffer DDR : lecture + écriture = double bande passante
Quatre flux vidéo doivent être bufferisés en DDR avant le multiplexage. Les quatre entrées sont asynchrones, et la sortie 4K60 tourne sur une horloge unifiée — la DDR est le buffer inter-domaines d’horloge.
Combien de DDR occupent les frame buffers
Quatre canaux 1080p, double buffer (2 trames chacun pour éviter le déchirement) :
| Poste | Calcul | Résultat |
|---|---|---|
| Taille trame simple (1080p60 RGB 8 bits) | 1920 × 1080 × 3 octets | ≈ 6,2 Mo |
| Quatre canaux × double buffer | 6,2 Mo × 4 × 2 | ≈ 49,6 Mo |
| Frame buffer sortie 4K (3840×2160) | 3840 × 2160 × 3 octets | ≈ 24,9 Mo |
| Empreinte DDR totale | — | ≈ 75 Mo |
Budget bande passante DDR : lecture + écriture double
Le flux de données : quatre entrées → écriture DDR (stocke les trames) → moteur de scaling lit → lecture DDR (récupère les trames) → multiplexage → sortie.
Par seconde, la DDR doit gérer :
| Direction | Données/s | Notes |
|---|---|---|
| Écriture DDR (quatre entrées) | ≈ 1,5 Go/s | Quatre trames 1080p écrites |
| Lecture DDR (récupération scaling) | ≈ 1,5 Go/s | Quatre trames lues pour le scaling |
| Écriture DDR (4K multiplexé) | ≈ 1,5 Go/s | Trame 4K60 écrite dans le buffer de sortie |
| Lecture DDR (sortie 4K) | ≈ 1,5 Go/s | Trame 4K60 lue pour HDMI |
| Bande passante DDR totale nécessaire | ≈ 6 Go/s | Lecture+écriture combinées |
3. Bande passante de sortie : quelle taille fait le 4K60 ?
La sortie multiplexée est 3840×2160@60 Hz, RGB 8 bits :
| Poste | Formule | Résultat |
|---|---|---|
| Débit 4K60 | 3840 × 2160 × 3 × 8 × 60 | ≈ 11,94 Gb/s ≈ 1,49 Go/s |
| Bande passante HDMI 2.0 | — | 18 Gb/s (suffisant) |
| Bande passante DP 1.2 | — | ≈ 17,3 Gb/s (juste assez) |
La sortie 4K60 elle-même fait 12 Gb/s ; HDMI 2.0 et DP 1.2 peuvent toutes deux la porter. Mais notez : l’horloge de sortie et l’horloge de lecture DDR sont asynchrones — un FIFO est nécessaire pour le franchissement de domaine d’horloge.
4. La facture de bande passante de la chaîne complète
| Étape | Bande passante | Périphérique |
|---|---|---|
| Quatre entrées 1080p | ≈ 1,5 Go/s | Décodeur HDMI + FMC/IO parallèle |
| Écriture DDR (buffer entrée) | ≈ 1,5 Go/s | Contrôleur DDR |
| Lecture DDR (récup scaling) | ≈ 1,5 Go/s | Contrôleur DDR |
| Moteur de scaling | ≈ 1,5 Go/s | DSP / logique |
| Écriture DDR (frame buffer 4K) | ≈ 1,5 Go/s | Contrôleur DDR |
| Lecture DDR (sortie 4K) | ≈ 1,5 Go/s | Contrôleur DDR |
| Sortie HDMI 4K60 | ≈ 1,5 Go/s | HDMI 2.0 TX |
| Pic DDR total | ≈ 6 Go/s | — |
Pourquoi la DDR est le goulot
Bande passante DDR des cartes courantes de Duyuan :
- DUK7410T (4 Go DDR3 64 bits 1866 Mbps) : ≈ 14,9 Go/s — largement assez pour 6 Go/s
- DUF7690T (4 Go DDR3 64 bits 1866 Mbps) : ≈ 14,9 Go/s — identique
- XCKU15P (8 Go DDR4 ECC 64 bits 2400 Mbps) : ≈ 19,2 Go/s — plus de marge pour 4K multi-canal
Le multiplexage quatre canaux 1080p vers 4K fonctionne sur DDR3. Mais pour huit canaux 1080p ou deux entrées 4K, DDR4 est requis.
5. Quelle carte choisir
DUK7410T (9 999 ¥) — entrée de gamme multiplexage quatre canaux
FMSH JFM7K410T. Les ressources logiques sont suffisantes, la bande passante DDR3 de 14,9 Go/s donne une marge ample pour le multiplexage quatre canaux. À associer à une carte FMC HPC pour quatre entrées HDMI, utilisez la sortie HDMI embarquée pour l’affichage 4K. Idéal pour petits murs vidéo 2×2 et surveillance industrielle.
DUF7690T (24 999 ¥) — bête de somme multiplexage multi-canal
FMSH JFM7VX690T. Plusieurs fois plus de logique et de DSP, gérant des filtres de scaling plus complexes et la correction colorimétrique. Le QSFP 40G embarqué peut transmettre le flux 4K multiplexé sur fibre vers un affichage distant. Adapté au multiplexage multi-écrans + backhaul fibre.
XCKU15P (15 999 ¥) — overlay 4K haute bande passante
AMD Kintex UltraScale+ XCKU15P. Bande passante DDR4 ECC 19,2 Go/s, associé aux transceivers UltraScale+. Adapté au multiplexage huit canaux 1080p ou overlay double entrée 4K. Choisissez ceci si vous prévoyez de passer à 8 canaux ou à plusieurs entrées 4K60.
Le multiplexage quatre canaux n’est pas difficile — le difficile est d’avoir la bonne bande passante sur chaque canal. La DDR est le goulot le plus sous-estimé dans les systèmes de multiplexage : 1,5 Go/s d’entrée semble petit, mais doublé en lecture+écriture cela devient 6 Go/s. Faites le calcul avant de choisir une carte.
— Équipe Ingénierie Duyuan
