Medizinische Videomatrix

Die FPGA-Firmware bestand aus Komponenten, die mehrere nützliche Videofunktionen bereitstellten.

Für unseren bedeutenden Kunden im medizinischen Bereich haben wir ein FPGA für ein Videosystem entwickelt, das mehrere Videoquellen auf mehrere Videobildschirme konvertiert.

Der wichtigste Beitrag war die Implementierung der PCIe-Schnittstelle, die die Verarbeitung und Speicherung von Videoströmen zu und von einem Linux-basierten PC ermöglicht.

Medizinische Videomatrix

Unsere Aufgabe und Herausforderung

Entwicklung eines Echtzeit-Videomoduls für die Chirurgie

Jede moderne chirurgische Abteilung eines Krankenhauses ist stets mit vielen wichtigen Instrumenten ausgestattet.

Heute werden Operationen bevorzugt in Form der Laparoskopie durchgeführt, da sie den Patienten weniger belasten. Daher werden spezielle Kameras benötigt, um das Innere des Körpers des Patienten darzustellen. Mehrere Videoströme werden verwendet, um die gesamte Situation in der Körperhöhle darzustellen, insbesondere bei komplexen medizinischen Eingriffen.

Ein Chirurg braucht eine einfache und schnelle Möglichkeit, die Videostreams zu konfigurieren, um jedes Detail zu sehen, das den weiteren Erfolg der medizinischen Operation beeinflussen kann.

Lösung

Videomatrix und Formatwandler in FPGA

Das bestehende System war eine komplexe Schaltmatrix aus Ein- und Ausgängen, die jeden HDMI- und SDI-Eingang an jeden HDMI- oder SDI-Ausgang weiterleiten konnte.

Unser Team verbesserte das System durch die Implementierung einer PCIe-Schnittstelle mit hohem Durchsatz und niedriger Latenz zu einem PC, die es ermöglicht, Eingabeströme in einem PC zu verarbeiten und die verarbeiteten Ströme zurück zum System zu streamen. 

Das Team entwickelte sowohl die PCIe-Cores als auch die Linux-Treiber mit niedriger Latenz. Teil der Lieferung war auch die in FPGA implementierte Picture-in-Picture-Funktionalität, die das Einfügen von Streams in andere, im Hintergrund laufende Streams ermöglicht.

Das Team implementierte auch verschiedene unterstützende Funktionen für die Videoverarbeitung, wie HDMI DDC (Display Data Channel), mit dem das Streaming-System herausfinden kann, welche Formate von HDMI-Monitoren unterstützt werden. Die gleiche Funktion wurde auch auf SDI-Streaming-Ports portiert, d. h. Codierung und Decodierung von Zusatzkanälen.

Kundennutzen

Kompakter Videokonverter als Teil eines medizinischen Gesamtsystems 

Im medizinischen Bereich ist es von entscheidender Bedeutung, dass die elektronischen Geräte kompakt, einfach zu bedienen und äußerst zuverlässig sind. Unser in den FPGA-Chip eingepasstes Design lässt sich leicht in ein multifunktionales medizinisches Gerät integrieren, da alle Komponenten als wiederverwendbare IP-Cores konzipiert wurden.

Die Möglichkeit der Aufzeichnung und detaillierten Momentaufnahme stellt ein nützliches Instrument für die Nachbereitung der Operation dar und dient als Grundlage für eine Entscheidung über die nächsten Behandlungsschritte.

Wie es hergestellt wird

Die Hardware-Beschreibungssprache ist unsere erste Wahl für die digitale Verarbeitung 

Unser FPGA-Team hat Komponenten entwickelt, bei denen jede ihre spezifische Funktionalität in einem wiederverwendbaren IP-Kern gekapselt hat. Jede FPGA-Komponente wurde in System Verilog geschrieben - einer leistungsstarken Hardware-Beschreibungssprache (HDL).

Kunde

Eines der weltweit führenden Unternehmen in der medizinischen Instrumentierung.

Durchführungszeitraum: 2019-2020

In den Jahren 2019-2020 haben wir das HDL-Design erstellt, sehr eng mit unserem Kunden zusammengearbeitet und bei der Integration unseres FPGA-Designs in das komplette Gerät geholfen.

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