随着车载、机器人、工业视觉、医疗设备等系统不断采用多摄像头方案，前端图像传感器数量越来越多。不同摄像头可能承担前视、后视、左视、右视，或者不同区域和不同类型图像的采集任务。

多路摄像头同时工作时，系统通常会遇到主控 MIPI CSI 接口数量有限、多路图像需要同步、输入数据速率不一致、主控处理压力较大以及研发现场难以定位异常等问题。

明德扬围绕多路 MIPI 视频接入与主控互联，提供基于 FPGA 的多路视频聚合方案。通过 FPGA 对多路摄像头数据进行接收、解析、同步、缓存和整理，再将处理后的数据通过 MIPI 接口输出至主控芯片或后端处理平台。

一.方案概览

这套方案可以概括为：把多路 MIPI 摄像头接入 FPGA，由 FPGA 完成接收、解析、同步、缓存、聚合和输出，再将整理后的统一视频流交给主控芯片。

MIPI 多路视频聚合架构图

除视频数据通路外，系统还包括配置控制和调试监控通道。主控可以通过 FPGA 对摄像头进行配置、触发和工作模式控制，FPGA 也可以通过串口等调试接口输出通道状态、同步状态和错误信息。

二.系统架构与核心节点

1 多路 SENSOR 输入

系统前端可以接入多路 MIPI 摄像头或图像传感器。每一路 SENSOR 都可以对应一套独立的 MIPI CSI 接收逻辑。

在实际项目中，不同摄像头可能承担不同任务，例如前视、后视、左视、右视等不同位置的图像采集，也可能用于多方向环境感知、多摄像头同步采集或不同功能区域的数据采集。

根据项目结构，不同摄像头还可以划分为不同的输入组。FPGA 可以根据客户的系统架构，对不同输入组进行独立处理或统一聚合。

2 MIPI CSI 接收

每一路 SENSOR 对应一路 MIPI CSI 接收逻辑。接收模块主要负责完成 MIPI 数据接收、Lane 对齐、数据包解析和图像数据恢复，并对输入视频流状态进行监控。

对于多路摄像头系统来说，接收端不仅要关注是否有数据，还要关注每一路数据是否稳定、格式是否正确、通道是否正常工作。FPGA 可以在前端对各路 MIPI 数据进行独立接收和管理，为后续同步、聚合和输出提供统一的数据基础。

3 同步聚合

完成多路 MIPI 数据接收后，FPGA 进入同步和聚合处理环节。同步聚合模块可以根据项目要求完成多路摄像头数据同步、多路图像的帧级配合、多画面排列、多画面组合、图像拼接、多路视频统一输出以及多组摄像头分别独立聚合。

不同项目对聚合的理解可能不同。有些项目只需要把多路输入整理成一路或少数几路稳定的视频流；有些项目需要将多个画面按照固定布局排列；还有一些项目需要完成多画面拼接或组合输出。因此，聚合方式需要结合客户的摄像头数量、图像格式、分辨率、帧率、主控接口和后端处理方式进行设计。

4 缓存与数据整理

多路摄像头同时接入时，各路数据可能存在输入节奏不同、数据突发或主控读取速度不一致等情况。FPGA 可以通过内部缓存或外部存储资源，对数据进行阶段性缓存和整理，使输入端和输出端之间形成更稳定的数据衔接。

• 缓解多路输入同时到达带来的数据压力

• 解决输入与输出之间的速率差异

• 为同步和聚合提供稳定的数据基础

• 减少因数据节奏不匹配造成的丢帧或异常

• 让主控芯片接收更加规整的视频数据流

5 MIPI CSI 发送

经过 FPGA 接收、同步、缓存和聚合后，处理完成的视频数据会通过 MIPI CSI 发送模块输出至主控芯片。主控芯片接收到的是经过 FPGA 整理后的统一视频流，可以继续完成图像显示、视频存储、AI 识别、视频编码和后续图像算法处理。

通过 FPGA 先完成前端数据整理，可以减少主控芯片直接面对多路原始 MIPI 数据的压力。对于主控 MIPI 接口数量有限的项目，FPGA 还可以将多路输入整理后通过一路或少数几路输出，提升主控接口的利用效率。

6 主控控制与 DEBUG 监控

FPGA 不仅负责接收和输出图像，也可以配合主控完成摄像头配置、触发和工作模式控制。主控可以向 FPGA 下发相关配置和控制命令，FPGA 再根据系统要求完成相应的控制转发。

• 摄像头工作配置和触发控制

• 工作模式、输入组和聚合方式配置

• 输出方式和状态读取

在研发和现场使用过程中，多路视频系统可能出现丢帧、不同步、单路异常或接口不稳定等问题。FPGA 内部的 DEBUG 信息监控模块可以对通道状态、同步状态、丢帧状态、错误计数和当前工作模式进行监测，并通过串口等方式输出调试信息。

三.方案主要解决的问题

客户痛点	FPGA 方案处理方式	带来的价值
摄像头数量多，主控 CSI 接口不足	FPGA 接收多路输入，再按主控能力聚合输出	扩展前端接入能力，减少主控接口压力
多路图像存在不同步问题	在 FPGA 内完成同步和统一调度	为拼接、组合和后续算法提供稳定输入
输入数据速率和读取节奏不一致	通过缓存和数据整理完成速率匹配	降低数据突发和链路不稳定风险
研发或现场难以定位异常	输出通道、同步、丢帧和错误状态	缩短问题定位时间
现有主控与摄像头接口不匹配	通过 FPGA 做前端接口和数据流适配	减少更换主控平台的复杂度

四.典型应用场景

1 多摄像头接入与主控接口扩展

当系统需要同时接入多路 MIPI 摄像头，而主控芯片可用的 MIPI CSI 接口数量有限时，可以通过 FPGA 扩展前端接入能力。FPGA 负责接收多路摄像头数据，再根据主控的接口能力进行聚合和输出。

2 多画面拼接与组合输出

在车载、机器人、工业设备和医疗设备中，系统可能需要将多个摄像头画面组合成一个统一的视频流，或者按照固定布局进行排列。FPGA 可以在前端完成多路画面的同步、排列、拼接或组合，主控只需要接收处理后的结果。

3 多组视频独立聚合

当系统中存在两组或多组摄像头时，可以在 FPGA 内部分别进行同步和聚合，再通过不同的 CSI 输出通道发送给主控。这种方式可以保留不同业务组之间的独立性，同时减少主控端的处理复杂度。

4 研发调试与现场状态监控

多路视频系统出现问题时，单纯观察最终画面往往难以判断具体原因。通过 FPGA 的 DEBUG 信息监控模块，可以输出通道状态、同步状态和错误信息，帮助研发和现场人员快速定位问题。

5 现有主控平台的接口扩展

如果客户已经有主控芯片或后端平台，但主控接口数量不足，或者现有接口与摄像头配置不匹配，可以通过 FPGA 方案进行前端适配，减少客户更换主控平台的成本和复杂度。

五.产品与交付方式

交付方式	内容说明	适用情况
硬件板卡	提供多路 MIPI 视频接入、聚合和验证所需的 FPGA 平台	需要快速进行接口验证或方案评估
FPGA固件	提供 MIPI 多路合一或客户指定输入、同步、聚合和输出逻辑	已有硬件平台，需要完成 FPGA 功能开发
板卡加固件	结合硬件板卡和 FPGA 固件，交付完整的视频聚合验证平台	需要软硬件一体化验证
定制开发	根据摄像头数量、Lane、速率、同步方式、输出路数和主控要求进行设计	标准板卡或固件无法直接满足项目需求

表格中列出的相关硬件平台包括高云GW5A-LV25MG121NES，莱迪思LIFCL-40-9MG121C，LIFCL-17-9MG121C, 赛灵思XCZU4EG-2SFVC784I等。具体板卡需要结合摄像头路数、每路 Lane 数、速率、输出路数和主控接口进一步选择。

固件交付形式包括 MIPI 多路合一固件和 Multi-MIPI_Merge_Solution，也可以根据客户接口、性能、结构和软件流程进行定制开发。

六.项目前期需要确认的参数

在评估多路 MIPI 视频聚合项目时，建议先确认以下信息：

确认项	需要了解的内容
摄像头数量	需要接入几路 SENSOR，是否需要分组处理
MIPI参数	每路 Lane 数、每 Lane 速率、输入格式
图像参数	分辨率、帧率、RAW/RGB/YUV 等数据格式
同步需求	是否需要多路同步、触发或帧级配合
聚合方式	简单聚合、多画面排列、拼接或多组独立输出
主控平台	主控型号、可接收的 MIPI 路数及后端处理方式
输出要求	需要几路 CSI 输出，是否需要特定输出格式
存储与调试	是否需要 DDR、缓存、串口 DEBUG、错误统计和状态回传
交付方式	现成板卡、FPGA 固件、板卡加固件或定制开发

七.结语

多路 MIPI 视频系统的核心难点，不只是把摄像头接入 FPGA，而是要在多路数据同时进入后，稳定完成接收、对齐、同步、缓存、聚合和输出。

明德扬深耕 FPGA 多路 MIPI 视频开发多年，项目落地经验丰富，可提供硬件板卡、FPGA 固件、定制开发一体化视频聚合方案，满足多摄像头接入、接口扩展、多画面拼接、视频同步调试等各类项目需求。