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Anwendungspraxis

Vierkanalige 1080p-Bildschirmaufteilung auf 4K-Ausgabe: Ein Bandkostenbuch

2026-10-12 Lesezeit: ca. 9 Min. F&E-Team von Duyuan Electronics

Vier 1080p-Kamerabilder zu einem 4K-Bild zusammenzuführen scheint nur aus “vier Bilder nebeneinander legen” zu bestehen, doch dahinter verbirgt sich ein Bandkostenbuch: Eingangsbandbreite, DDR-Frame-Puffer-Bandbreite, Skalierungs-Engine-Bandbreite und Ausgangsbandbreite — vier Ebenen übereinander. Wer die Rechnung falsch macht, bekommt Ruckler, Bildreißer oder einen DDR-Überlauf. Dieser Artikel rechnet jede Ebene vom Pixeltakt an auf.

1. Eingangsbandbreite: Wie viel Daten liefern vier 1080p60-Kanäle?

Vier 1080p60-Kameras, jeweils in 8-bit RGB:

Posten Formel Ergebnis
Pixel pro Kanal 1920 × 1080 2.073.600 Pixel/Bild
Bildrate 60 fps —
Datenrate pro Kanal (8-bit RGB) 1920 × 1080 × 3 × 8 × 60 ≈ 2,99 Gb/s ≈ 374 MB/s
Vierkanalige Gesamteingabe 2,99 Gb/s × 4 ≈ 11,96 Gb/s ≈ 1,5 GB/s

Bei YCbCr 4:2:2 (üblich für Industriekameras), 16 Bit pro Pixel:

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

Dieser Eingangswert bestimmt, wie viele GTP/GTX-Transceiver und HDMI-Decoder-Chips der FPGA-Empfänger benötigt.

2. DDR-Frame-Puffer: Lesen + Schreiben = doppelte Bandbreite

Vier Videokanäle müssen vor der Zusammenführung in DDR gepuffert werden. Die vier Eingänge sind asynchron und der 4K60-Ausgang läuft auf einer einheitlichen Taktung — DDR übernimmt das clock-domain crossing.

Wie viel DDR die Frame-Puffer belegen

Vier 1080p-Kanäle, doppelt gepuffert (2 Bilder je Kanal gegen Tearing):

Posten Berechnung Ergebnis
Einzelbildgröße (1080p60 8-bit RGB) 1920 × 1080 × 3 Byte ≈ 6,2 MB
Vier Kanäle × Doppelpuffer 6,2 MB × 4 × 2 ≈ 49,6 MB
4K-Ausgabe-Frame-Puffer (3840×2160) 3840 × 2160 × 3 Byte ≈ 24,9 MB
DDR-Gesamtbelegung — ≈ 75 MB

DDR-Bandbreitenbudget: Lesen + Schreiben verdoppelt

Datenfluss: vier Eingänge → DDR-Schreiben (Frames speichern) → Skalierer liest → DDR-Lesen (Frames holen) → zusammenführen → ausgeben.

Pro Sekunde muss DDR verarbeiten:

Richtung Daten/Sek. Erläuterung
DDR-Schreiben (vier Eingänge) ≈ 1,5 GB/s Vier 1080p-Frames schreiben
DDR-Lesen (Skalierung) ≈ 1,5 GB/s Vier Frames für Skalierung lesen
DDR-Schreiben (zusammengeführtes 4K) ≈ 1,5 GB/s 4K60-Frame in Ausgangspuffer schreiben
DDR-Lesen (4K-Ausgabe) ≈ 1,5 GB/s 4K60-Frame für HDMI lesen
DDR-Gesamtbandbreite ≈ 6 GB/s Lesen+Schreiben kombiniert

3. Ausgangsbandbreite: Wie groß ist 4K60?

Der zusammengeführte Ausgang ist 3840×2160@60Hz, 8-bit RGB:

Posten Formel Ergebnis
4K60-Datenrate 3840 × 2160 × 3 × 8 × 60 ≈ 11,94 Gb/s ≈ 1,49 GB/s
HDMI-2.0-Bandbreite — 18 Gb/s (ausreichend)
DP-1.2-Bandbreite — ≈ 17,3 Gb/s (gerade so)

4K60-Ausgang selbst beträgt 12 Gb/s; sowohl HDMI 2.0 als auch DP 1.2 reichen. Beachten Sie: Ausgangstakt und DDR-Lesetakt sind asynchron — ein FIFO ist für das clock-domain crossing nötig.

4. Das gesamte Bandkostenbuch der Kette

Stufe Bandbreite Bauteil
Vier 1080p-Eingang ≈ 1,5 GB/s HDMI-Decoder + FMC/Parallel-IO
DDR-Schreiben (Eingangspuffer) ≈ 1,5 GB/s DDR-Controller
DDR-Lesen (Skalierung) ≈ 1,5 GB/s DDR-Controller
Skalierungs-Engine ≈ 1,5 GB/s DSP / Logik
DDR-Schreiben (4K-Puffer) ≈ 1,5 GB/s DDR-Controller
DDR-Lesen (4K-Ausgabe) ≈ 1,5 GB/s DDR-Controller
4K60-HDMI-Ausgang ≈ 1,5 GB/s HDMI-2.0-TX
DDR-Spitzenbandbreite ≈ 6 GB/s —

Warum DDR der Engpass ist

DDR-Bandbreiten gängiger Duyuan-Boards:

  • DUK7410T (4GB DDR3 64-bit 1866Mbps): ≈ 14,9 GB/s — reichlich für 6 GB/s
  • DUF7690T (4GB DDR3 64-bit 1866Mbps): ≈ 14,9 GB/s — ebenfalls
  • XCKU15P (8GB DDR4 ECC 64-bit 2400Mbps): ≈ 19,2 GB/s — mehr Puffer für Mehrkanal-4K

Vierkanalige 1080p-Zusammenführung auf 4K funktioniert mit DDR3. Für acht 1080p-Kanäle oder zwei 4K-Eingänge ist jedoch DDR4 erforderlich.

5. Welches Board wählen?

DUK7410T (¥9.999) — Einstieg in die Vierkanal-Zusammenführung

FMSH JFM7K410T. Logikressourcen ausreichend, DDR3-Bandbreite von 14,9 GB/s bietet großzügigen Puffer. Mit FMC-HPC-To-Karte für vier HDMI-Eingänge, Onboard-HDMI-Ausgang für 4K-Display. Ideal für kleine 2×2-Videowände und industrielle Überwachung.

DUF7690T (¥24.999) — Mehrkanal-Zusammenführung

FMSH JFM7VX690T. Mehrere Male mehr Logik und DSP, für komplexere Skalierungsfilter und Farbkorrektur. Onboard-QSFP-40G kann den zusammengeführten 4K-Stream per Glasfaser an eine Remote-Anzeige senden. Für Mehrbildschirm-Zusammenführung + Fiber-Backhaul.

XCKU15P (¥15.999) — Hochbandbreiten-4K-Overlay

AMD Kintex UltraScale+ XCKU15P. DDR4-ECC-Bandbreite 19,2 GB/s, paired mit UltraScale+-Transceivern. Für Achtkanal-1080p-Zusammenführung oder dualen 4K-Eingangs-Overlay. Wählen Sie dieses Board bei geplanter Skalierung auf 8 Kanäle oder Multi-4K60-Eingänge.

Vierkanalige Zusammenführung ist nicht schwer — schwer ist es, jeden Kanal richtig zu berechnen. DDR ist der am meisten unterschätzte Engpass in Zusammenführungssystemen: 1,5 GB/s Eingang wirkt klein, doch verdoppelt ergelesen+schreiben 6 GB/s. Rechnen Sie nach, bevor Sie ein Board wählen.

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— Duyuan Engineering Team

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