2026 年 8 月 28 日
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Zynq™ UltraScale+™ MPSoC ZU5は、 1ミリ秒たりとも無駄にできない低遅延のリアルタイムビデオ処理を実現します。ビデオ信号の受信から対応する出力の配信までの時間遅延であるレイテンシーは、ビデオ処理システムの応答性とパフォーマンスを決定する上で重要な役割を果たします。レイテンシーが過剰になると、ビデオのフィードバックの遅延、同期の問題、リアルタイム動作を必要とするアプリケーションのパフォーマンス低下につながる可能性があります。
エンドツーエンドのビデオ遅延は、ビデオインターフェースの受信、FPGA処理、フレームバッファリング、DDRメモリへのアクセス、出力伝送など、処理パイプラインの複数の段階で発生する可能性があります。そのため、高性能ビデオシステムを設計する際には、これらの遅延を理解し、測定することが不可欠です。
プラットフォームのリアルタイムビデオ性能を評価するため、iWave社のiG-G36S® Zynq™ UltraScale+™ MPSoC ZU5/ZU4/ZU3/ZU2 SBC上でレイテンシー検証を実施しました。この検証では、さまざまなビデオ入力から出力までの経路を調べ、ビデオ処理パイプライン全体におけるエンドツーエンドの遅延を測定します。
SDI-INからSDI-OUTへのテストは、SDI入力インターフェースを介してビデオ信号を受信し、対応するビデオをSDI出力インターフェースを介して送信するまでのエンドツーエンドの遅延を測定します。
SDI入力信号は、まずUHD SDI GTインターフェースを介して受信されます。SDI受信サブシステムは、受信したビデオストリームを処理し、ビデオデータをフレームバッファに転送します。フレームバッファは、処理システムに接続されたDDRメモリにビデオデータを保存します。保存されたビデオデータは、DDRメモリから読み出され、出力伝送のためにSDI送信サブシステムに転送されます。
SDI-INからSDI-OUTへのパスでは、1080p/60fpsにおいてわずか14msの低遅延を実現しています。60fpsでは、各ビデオフレームは約16.67msとなるため、測定された遅延はわずか0.84フレーム分に相当します。これは、1フレーム未満の遅延で低遅延の信号パスを実現していることを示しており、リアルタイムビデオモニタリング、ライブプロダクション、プロフェッショナル放送用途に最適なソリューションと言えます。
図1:G36S ZU5/ZU4/ZU3T/ZU3/ZU2/ZU1 SBCにおけるSDI-INからSDI-OUTへのデータフロー
SDI-INからDP-OUTへのレイテンシーとは、SDIビデオ入力を受信してから、処理済みのビデオをDisplayPort出力で配信するまでの時間を指します。カメラやスイッチャーなどのSDIソースからの入力ビデオは、FPGAベースのビデオ処理パイプラインを通過し、そこで受信、バッファリング、処理され、DisplayPort出力用に変換されます。
1080p、60FPSの場合、測定されたエンドツーエンドの遅延は約8msです。60FPSにおける理論上のフレーム周期は16.67msであるため、これは約0.48フレームの遅延に相当します。
測定結果は、サブフレームかつ低遅延のビデオパスを実現し、応答性の高いリアルタイムビデオ表示と処理をサポートすることを示しています。このため、本アーキテクチャは、プロフェッショナルなビデオ監視、ライブ制作、放送、リアルタイムビデオ処理などのアプリケーションに最適です。
図2:G36S ZU5/ZU4/ZU3T/ZU3/ZU2/ZU1 SBCにおけるSDI-INからDP-OUTへのデータフロー
HDMI入力からDisplayPort出力までの遅延とは、HDMIビデオ信号を受信し、FPGAベースのビデオパイプラインで処理し、DisplayPort出力から最終的なビデオを出力するまでの時間を指します。HDMI入力は、カメラ、コンピューター、メディアプレーヤーなどのソースからデジタルビデオとオーディオを受信できます。信号はその後処理され、バッファリングされ、DisplayPort出力に適した形式に変換されます。
1080p、60FPSの場合、測定されたエンドツーエンドの遅延は約41msです。60FPSにおける理論上のフレーム周期は16.67msであるため、これは約2.46フレームの遅延に相当します。
測定されたレイテンシは、ビデオ処理、フレームバッファリング、スケーリング、メモリアクセス、およびHDMI-DisplayPort信号変換の複合的な影響を反映しています。この評価は、システムのリアルタイムビデオパフォーマンスを実用的に示し、HDMI-DisplayPort処理パイプライン全体の妥当性を検証するのに役立ちます。
図3:G36S ZU5/ZU4/ZU3T/ZU3/ZU2/ZU1 SBCにおけるHDMI-INからDP-OUTへのデータフロー
| ビデオパス | 解像度 | フレームレート | 測定された遅延時間 | フレーム相当品 |
|---|---|---|---|---|
| SDI入力からSDI出力へ | 1080p | 60のFPS | 14ミリ秒 | 0.84フレーム |
| SDI入力からDP出力へ | 1080p | 60のFPS | 8ミリ秒 | 0.48フレーム |
| HDMI入力からDP出力へ | 1080p | 60のFPS | 41ミリ秒 | 2.46フレーム |
結果によると、レイテンシはビデオ処理パイプラインのアーキテクチャと、処理およびバッファリング段階の数によって変化することがわかった。
SDIビデオパスでは、1080p@60FPSでサブフレーム遅延が発生します。HDMI-INからDisplayPortへのパスでは、パイプラインに含まれる処理段階のために、追加の遅延が発生します。
低遅延のビデオ伝送は、ライブ放送、ビデオモニタリング、ゲーム、ビデオ会議、プロフェッショナルなビデオ制作など、あらゆる場面で応答性と信頼性の高いパフォーマンスを実現するために不可欠です。ビデオ入力と出力の遅延を最小限に抑えることで、よりスムーズなリアルタイムインタラクションと、より正確なモニタリングが可能になります。測定されたSDIおよびHDMIの遅延は、ビデオ処理パス全体の効率を明確に示し、信号変換、バッファリング、処理段階を最適化することで、遅延をさらに低減し、システムパフォーマンスを向上させることができます。最終的に、最適化された低遅延ビデオパイプラインは、要求の厳しいプロフェッショナルおよびインタラクティブなアプリケーション向けに、シームレスなリアルタイムビデオ配信を保証します。
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