Hochgeschwindigkeits-OpenGear-Karten für ein Multi-Kamera-Übertragungssystem
Projekt in Kürze: Wir haben ein Hochgeschwindigkeits-OpenGear-Kartensystem für mehrere Kameras entwickelt, mit dem detaillierte Echtzeitaufnahmen gemacht werden können. Diese Lösung wird über ein Web-Panel gesteuert und besteht aus zwei Modulen: einer OpenGear-kompatiblen Karte und einem Network-Attached-Storage (NAS), der mit mehreren SSD-Laufwerken ausgestattet ist. Das System ermöglicht ultraschnelles Streaming und Speichern von Videos, die von professionellen Kameras in schwierigen Umgebungen aufgenommen wurden.
Kunde & Herausforderung
Ein europäischer Streaming-Anbieter wandte sich an uns, um OpenGear-Hochgeschwindigkeitskarten für ein System mit mehreren Kameras herzustellen, das Videos von Sport-, Musik- und anderen Medienereignissen in Echtzeit überträgt und das Material für die spätere Analyse speichert.
Lösung
- Verarbeitung von 8 SDI 4K120 Frame Streams pro Sekunde,
- gleichzeitiges Streaming im Pocket-Format über ein Ethernet-Netzwerk,
- Pufferung auf dem Netzwerkspeicher (NAS)
- Fernzugriff auf die Kameras zum Umschalten der Ansichten und zur Steuerung des Sendevorgangs,
- Alle Vorgänge müssen reibungslos und ohne Datenverlust durchgeführt werden.
Abb. 1. SMPTE 2110 SDI -to-IP Tx/Rx Transceiver Funktionsdiagramm
Die Lösung besteht daher aus zwei Modulen:
1. Spezielle OpenGear-Karten wurden unter Verwendung von Xilinx FPGA- und IP-Cores entwickelt, um SDI-Signale nach dem SMPTE 2110-Standard in IP zu konvertieren. Die Verwendung dieses Standards in der Live-Produktion ist praktisch, wenn mehrere Signale gleichzeitig übertragen werden müssen, wie in unserem Projekt. SMPTE 2110 gewährleistet außerdem eine niedrige Latenzzeit für die Übertragung von Video und Audio.
2. Ein 10Gb/sec Network-Attached Storage (NAS) basiert auf mehreren SSD-Laufwerken, die über einen SAS-Expander auf dem Lattice CertusPro-NX FPGA verbunden sind. Dieses NAS gewährleistet eine hohe Bandbreite, die für die Verwaltung der umfangreichen Daten von Hochgeschwindigkeitskameras, die detaillierte Echtzeitvideos aufzeichnen, entscheidend ist.
Der Lattice CertusPro-NX verfügt über 8 SERDES-Lanes, die bis zu 10,3 Gbps pro Lane in kompakten 9x9 mm Gehäusen unterstützen. Diese Fähigkeit eignet sich für SAS 3.0-kompatible Speicher- und Netzwerkanwendungen mit niedriger Latenz und hoher Bandbreite.
“Während der Arbeit an diesem Projekt haben wir eine Hochgeschwindigkeitskamera für raue Umgebungen entwickelt, mit der sogar ein SpaceX-Start aufgezeichnet werden kann. Dieses System hat die Aufgabe, alle komplizierten Details der Verbrennung des Raketentriebwerks zu erfassen und den Flug in den ersten Minuten zu verfolgen”.
— Andrei Smirnov, Leiter des Referats Adaptive Сomputing Systems
Abb. 2. Funktionsschema eines für das Projekt verwendeten SAS-Expanders (Ethernet-Teil nicht gezeigt)
Beide Karten sind ОpenGear-kompatibel, hot-swappable und können in den OpenGear-kompatiblen Rahmen eingebaut werden. Die Benutzerinteraktion wird über ein Web-Dashboard eingestellt - ein benutzerfreundliches Portal zur Verwaltung und Überwachung des gesamten Systems.
Geschäftlicher Nutzen
Die Lösung eignet sich für die ultraschnelle Übertragung und Speicherung von Videos, die von professionellen Kameras in einer rauen Umgebung aufgenommen wurden. Die Hardware hat einen kompakten Formfaktor und kann von einem externen Betreiber über das Internet gesteuert werden.
