随着5G通信、人工智能等技术的蓬勃发展,超高清视频作为信息呈现和传播的主要载体,与医疗健康、辅助驾驶、安防监控等领域结合成为发展趋势。由于传统的单视频源采集与视频压缩传输的方式,难以满足诸多场景的应用需求,本文设计了一套基于CMOS图像传感器的多路超高清视频采集与传输系统。该系统以CMOS图像传感器为视频采集元件,融合万兆以太网通信技术,实现了多路超高清视频的并行采集与非压缩超高清视频的远距离实时传输。硬件系统包括传感器子板与核心处理板两块印制电路板,以集成FPGA与ARM架构的ZYNQ-7000系列片上系统为核心处理器,支持4路超高清CMOS图像传感器并行采集,搭载2路万兆以太网,最大视频传输带宽可达20Gbps。整套平台包含14路电源,818个元器件,2963个信号网络,其中包括4对传输速率为10.3125Gbps的SFP+信号,60对最高传输速率为1.5Gbps的MIPI D-PHY信号以及32根传输速率为1066Mbps的DDR3信号。因此,在硬件设计过程中,充分考虑了信号完整性、电源完整性以及电磁兼容性问题,并借助理论分析与仿真等手段,完成10层核心处理板与4层传感器子板的硬件设计。软件系统包括FPGA可编程逻辑、ARM程序以及上位机界面程序三部分,分别采用Verilog HDL、C、C#语言开发。FPGA可编程逻辑为软件系统的核心,实现了视频接收与解码、视频显示、网络通信等功能模块;ARM程序负责解析上位机指令,从而控制图像传感器的工作模式;上位机界面程序为一套基于.NET Framework框架的WPF应用程序,用于远程控制硬件平台,并实现超高清视频的实时显示以及视频帧的存储。综上,本文所述硬件与软件系统均为自主设计,具有原创性,为图像传感器测试、安防监控、远程医疗等应用场景提供了一套解决方案。