本文主要介紹如何基于FPGA實現視頻的90度/270度無裁剪旋轉，旋轉效果示意圖如下：

為了實時對比旋轉效果，采用分屏顯示進行處理，左邊代表旋轉前的視頻在屏幕中的位置，右邊代表旋轉后的視頻在屏幕中的位置。 分屏顯示的實現方式見本專欄前面的文章詳解。

本旋轉方案不僅僅適用于國產安路FPGA，只有板卡上帶有支持AXI4總線操作DDR的IP核，均可以進行方案移植

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一、前言

• 后續文章的工程代碼不在免費上傳至Github，方案是開源的，工程代碼可以私信我或者是評論區留言，有償提供（價格不貴，此文章對應的工程文件為 ￥50）。前面已經發布的文章方案和代碼均是開源的，可以直接去github下載。

• 免費內容太容易被剽竊了，付費是某種意義上的版權保護

• 付費即意味著責任，有利于提高文章質量、同時也能提高更新動力。

二、設計概述

除去DDR3控制器、FIFO等常用IP，本設計所用到的主要的IP模塊如下。

IP	功能	來源
uidbuf	基于FDMA信號時序的緩存控制器 適合用于基于RGB時序的視頻數據或者數據流傳輸	米聯客
uiFDMA	基于AXI總線的自定義內存控制器 簡化AXI總線的控制，完成數據的搬運	米聯客
uidbuf_w_active_rotate	在uidbuf的基礎上進行更改 用于視頻90度/270度旋轉	個人開發
uivtc_video_rotate_90	在uivtc的基礎上進行更改 讀取兩路視頻，一路是旋轉之前的視頻，一路是旋轉之后的視頻	個人開發

三、系統實現方案

3.1 理論分析

在實現視頻90/270度旋轉時，我們無法像前面的文章那樣，在使用AXI4總線讀寫DDR時，把突發長度設置為一整行的像素量。

由于原始視頻在經過旋轉后，對應的像素點位置不在是連續的，因此我們不得不考慮把突發長度設置為1進行像素點的寫入/讀取。

根據現在可以找到的有關FPGA實現視頻任意角度旋轉的文章可以得知，在進行視頻旋轉時，我們可以采用正向映射/逆向映射兩種方式進行視頻旋轉的處理。

在進行視頻任意角度旋轉時（比如31度），為了保證旋轉后的視頻無空洞，需要采用逆向映射的旋轉方案進行處理（下一篇文章介紹任意角度旋轉實現方案）。

在視頻處理中，對于 90 度或 270 度的旋轉操作較為常見。由于視頻像素點在完成這類旋轉后，其排列呈現出明顯的規律性，因此針對這類旋轉的處理方式，我們可以采用正向映射的方案進行處理，把輸入進的待旋轉視頻數據依次寫入旋轉后對應的像素點位置。

3.2 數據流框圖

為了處理輸入進的60hz的待旋轉視頻，視頻像素點的數據流如上圖所示，其經歷了三進三出DDR3，最終輸出至顯示器進行顯示。

• 第一次讀寫DDR3：由于輸入進來的視頻為60幀的幀率，如果直接對視頻進行逐像素點寫入，是處理不過來的。（具體我們的板卡能實現多高的處理速率，取決于我們使用的DDR控制器IP從發起寫請求到一個像素點完全寫入需要的時間，這個需要自行計算一下）因此，第一次緩存的目的是把輸入進來的視頻數據先存進DDR3，以一個較低的幀率讀出像素數據至旋轉處理模塊。
• 第二次讀寫DDR3：把剛剛讀出的經過降幀的數據，進行90度/270度旋轉處理，然后存進DDR,并以較低的幀率讀出
• 第三次讀寫DDR3：把剛剛讀出的經過降幀的并且是旋轉后數據，再次存進DDR,然后就可以以正常的60幀讀出進行顯示。

上述處理的核心在于旋轉模塊的實現。

3.3 uidbuf_w_active_rotate模塊

此模塊采用正向映射的方法進行90度/270度旋轉，把待旋轉的數據依次寫入到像素點旋轉后對應的位置
模塊接口如下，相比于uibuf模塊，不同的部分用紅框圈出。

此方案中，使用AXI4總線讀寫DDR時，AXI4總線的數據寬度為128，像素點的數據位寬為16，因為DDR3采用的是8-bit預取，DDR3的位寬配置為16bit，所以在突發長度為1的情況下，一次可以讀出8個16bit數據（128bit），在常規情況下，一次能讀出8個像素點數據。

然而，在進行旋轉時，為了保證每一次只傳輸一個像素數據，我們把這128bit全部設置為某一個像素點的數據即可。

該模塊中核心的部分在于地址計算，詳見源代碼。

四、移植注意事項

1、本工程視頻源輸入的視頻分辨率為1280×720@60hz

2、使用串口命令發送16進制 00 視頻進行順時針90度旋轉， 01 視頻進行順時針270度旋轉，波特率為115200。

五、上板驗證

視頻旋轉效果圖如下，下圖分別為旋轉90度和270度的結果