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Aplicación práctica

Composición de cuatro canales 1080p a salida 4K: un balance de ancho de banda

2026-10-12 Lectura estimada: 9 min Equipo de I+D de Duyuan Electronics

Componer cuatro señales de cámara 1080p en una sola salida 4K parece «juntar cuatro imágenes», pero detrás hay un balance de ancho de banda: ancho de banda de entrada, ancho de banda del buffer de fotogramas DDR, ancho de banda del escalador y ancho de banda de salida, cuatro capas apiladas unas sobre otras. Si los cálculos salen mal, aparecen tartamudeos, tearing o sobrecarga de la DDR. Este artículo recorre cada capa desde el reloj de píxel hacia arriba.

1. Ancho de banda de entrada: ¿cuántos datos suponen cuatro señales 1080p60?

Cuatro cámaras 1080p60, cada una en RGB de 8 bits:

Ítem Fórmula Resultado
Píxeles por canal 1920 × 1080 2 073 600 píxeles/fotograma
Velocidad de cuadro 60 fps —
Velocidad de datos por canal (RGB 8 bits) 1920 × 1080 × 3 × 8 × 60 ≈ 2,99 Gb/s ≈ 374 MB/s
Entrada total de cuatro canales 2,99 Gb/s × 4 ≈ 11,96 Gb/s ≈ 1,5 GB/s

Si se usa YCbCr 4:2:2 (común en cámaras industriales), 16 bits por píxel:

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

Esta cifra de entrada determina cuántos transceptores GTP/GTX y chips decodificadores HDMI necesita el receptor del FPGA.

2. Buffer de fotogramas DDR: lectura + escritura = el doble de ancho de banda

Cuatro señales de vídeo deben almacenarse en la DDR antes de la composición. Las cuatro entradas son asíncronas, y la salida 4K60 funciona con un reloj unificado; la DDR es el buffer de cruce entre dominios de reloj.

Cuánta DDR ocupan los buffers de fotogramas

Cuatro canales 1080p, con buffer doble (2 fotogramas cada uno para evitar tearing):

Ítem Cálculo Resultado
Tamaño de un fotograma (1080p60 RGB 8 bits) 1920 × 1080 × 3 bytes ≈ 6,2 MB
Cuatro canales × buffer doble 6,2 MB × 4 × 2 ≈ 49,6 MB
Buffer de fotograma de salida 4K (3840×2160) 3840 × 2160 × 3 bytes ≈ 24,9 MB
Huella total en DDR — ≈ 75 MB

Presupuesto de ancho de banda DDR: la lectura + escritura lo duplica

El flujo de datos: cuatro entradas → escritura DDR (almacenar fotogramas) → el escalador lee → lectura DDR (recuperar fotogramas) → composición → salida.

Por segundo, la DDR debe manejar:

Dirección Datos/seg Notas
Escritura DDR (cuatro entradas) ≈ 1,5 GB/s Se escriben cuatro fotogramas 1080p
Lectura DDR (recuperación para escalado) ≈ 1,5 GB/s Se leen cuatro fotogramas para el escalado
Escritura DDR (4K compuesto) ≈ 1,5 GB/s Se escribe el fotograma 4K60 en el buffer de salida
Lectura DDR (salida 4K) ≈ 1,5 GB/s Se lee el fotograma 4K60 para HDMI
Ancho de banda DDR total necesario ≈ 6 GB/s Lectura+escritura combinadas

3. Ancho de banda de salida: ¿cuánto ocupa el 4K60?

La salida compuesta es 3840×2160@60 Hz, RGB de 8 bits:

Ítem Fórmula Resultado
Velocidad de datos 4K60 3840 × 2160 × 3 × 8 × 60 ≈ 11,94 Gb/s ≈ 1,49 GB/s
Ancho de banda HDMI 2.0 — 18 Gb/s (suficiente)
Ancho de banda DP 1.2 — ≈ 17,3 Gb/s (justo)

La salida 4K60 en sí son 12 Gb/s; tanto HDMI 2.0 como DP 1.2 pueden transportarla. Pero ojo: el reloj de salida y el reloj de lectura DDR son asíncronos; se necesita una FIFO para el cruce de dominio de reloj.

4. El balance de ancho de banda de toda la cadena

Etapa Ancho de banda Dispositivo
Entrada de cuatro señales 1080p ≈ 1,5 GB/s Decodificador HDMI + E/S paralela FMC
Escritura DDR (buffer de entrada) ≈ 1,5 GB/s Controlador DDR
Lectura DDR (recuperación para escalado) ≈ 1,5 GB/s Controlador DDR
Motor de escalado ≈ 1,5 GB/s DSP / lógica
Escritura DDR (buffer de fotograma 4K) ≈ 1,5 GB/s Controlador DDR
Lectura DDR (salida 4K) ≈ 1,5 GB/s Controlador DDR
Salida HDMI 4K60 ≈ 1,5 GB/s HDMI 2.0 TX
Pico total DDR ≈ 6 GB/s —

Por qué la DDR es el cuello de botella

Ancho de banda DDR de las placas habituales de Duyuan:

  • DUK7410T (4 GB DDR3 64 bits 1866 Mbps): ≈ 14,9 GB/s — de sobra para 6 GB/s
  • DUF7690T (4 GB DDR3 64 bits 1866 Mbps): ≈ 14,9 GB/s — igual
  • XCKU15P (8 GB DDR4 ECC 64 bits 2400 Mbps): ≈ 19,2 GB/s — más margen para 4K multicanal

La composición de cuatro canales 1080p a 4K funciona sobre DDR3. Pero para ocho canales 1080p o dos entradas 4K, se requiere DDR4.

5. Qué placa elegir

DUK7410T (9 999 ¥): composición de cuatro canales de nivel inicial

FMSH JFM7K410T. Los recursos lógicos son suficientes; el ancho de banda de la DDR3 de 14,9 GB/s da margen amplio para la composición de cuatro canales. Combínela con una tarjeta FMC HPC para cuatro entradas HDMI, y use la salida HDMI de la placa para la visualización 4K. Ideal para pequeños videowalls 2×2 y monitorización industrial.

DUF7690T (24 999 ¥): bestia de carga para composición multicanal

FMSH JFM7VX690T. Varias veces más lógica y DSP, manejando filtros de escalado más complejos y corrección de color. El QSFP 40G de a bordo puede transmitir el flujo 4K compuesto por fibra a una pantalla remota. Adecuada para composición multipantalla + backhaul por fibra.

XCKU15P (15 999 ¥): superposición 4K de alto ancho de banda

AMD Kintex UltraScale+ XCKU15P. Ancho de banda DDR4 ECC de 19,2 GB/s, emparejado con transceptores UltraScale+. Adecuada para composición de ocho canales 1080p o superposición de dos entradas 4K. Elija esta si planea escalar a 8 canales o a múltiples entradas 4K60.

La composición de cuatro canales no es difícil; lo difícil es acertar con el ancho de banda de cada canal. La DDR es el cuello de botella más subestimado en los sistemas de composición: 1,5 GB/s de entrada parecen poco, pero duplicados en lectura+escritura se convierten en 6 GB/s. Haga los cálculos antes de elegir placa.

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— Equipo de ingeniería de Duyuan

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Duyuan Electronics · Artículo técnico original
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