使用Xilinx FPGA適應(yīng)不斷變化的廣播視頻潮流

　　圖1：電荷耦合器件(CCD)攝像機(jī)使用FPGA實(shí)現(xiàn)信號綜合處理和顏色處理，并連接到CCD驅(qū)動(dòng)器。CCD驅(qū)動(dòng)器反過來驅(qū)使CCD、機(jī)械快門控制并觸發(fā)控制。

　　一些視頻制作中心開始使用以太網(wǎng)(Ethernet)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸水晶般剔透清晰的HD流。圖像經(jīng)過預(yù)處理和后處理，從而低延遲、實(shí)時(shí)地提高畫面質(zhì)量，然后使用各種編碼和解碼標(biāo)準(zhǔn)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)中。由于流量很大且速率也非常快，所以數(shù)據(jù)必須經(jīng)過壓縮。例如，以30fps的速度傳輸1920x1080像素一次，在非壓縮情況下所需數(shù)據(jù)速率達(dá)1.5Gbps。再添上多通道，所需速率就更高了。

　　針對應(yīng)用優(yōu)化的FPGA具有嵌入式DSP模塊、片上和片外存儲器、豐富的邏輯應(yīng)用，可構(gòu)筑橋接功能，加上以太網(wǎng)和HD-SDI連接功能，對于創(chuàng)建上述系統(tǒng)來說，無疑是理想的解決方案。FPGA讀取HD-SDI連接上顯示的數(shù)據(jù)，然后對其進(jìn)處理。編解碼器(如H.264)可用于壓縮數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)然后轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)包，并包含在接收端進(jìn)行解碼所需的適當(dāng)頭(header)信息，最后使用MAC發(fā)送到以太網(wǎng)鏈路。

　　HDTV畫面質(zhì)量監(jiān)視器

　　以前，消費(fèi)者只能通過DVD訪問高質(zhì)量的視頻和多通道音頻內(nèi)容。隨著HD廣播變得司空見慣，人們自然會(huì)將其與DVD相比。結(jié)果，電視觀眾對畫面質(zhì)量更加在意，尤其是HD。畫面質(zhì)量可能成為區(qū)分服務(wù)提供商高下的主要指標(biāo)?，F(xiàn)在人們急需的是能針對畫面質(zhì)量進(jìn)行主觀和客觀測試，并可以測量可見誤差的畫面質(zhì)量監(jiān)視器。

　　圖2所示為在Xilinx Virtex-5 FPGA中實(shí)現(xiàn)的一個(gè)畫面質(zhì)量監(jiān)視器?？陀^測試使用了SMPTE RP 198中規(guī)定的常用的測試模式格式，而主觀測試將廣播饋送(broadcast feed)與本地測試視頻源進(jìn)行對比。FPGA從不同的源收集數(shù)據(jù)，進(jìn)行預(yù)處理，然后將其發(fā)送到外部處理器進(jìn)行分析。

　 該圖為在Xilinx Virtex-5 FPGA中實(shí)現(xiàn)的一個(gè)畫面質(zhì)量監(jiān)視器。FPGA從不同的源收集數(shù)據(jù)，進(jìn)行預(yù)處理，然后將其發(fā)送到外部處理器進(jìn)行分析。

　　實(shí)時(shí)HD AVC

　　高級視頻編碼(AVC)是一種視頻壓縮技術(shù)，此技術(shù)只需使用所需比特率的一半就可傳輸視頻內(nèi)容。AVC首次亮相是用于標(biāo)準(zhǔn)清晰度視頻，但是對于HD服務(wù)商們，其吸引力更為巨大。AVC對運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測處理進(jìn)行了大幅度的改進(jìn)，從而使其領(lǐng)先MPEG-2一大截。AVC將運(yùn)動(dòng)預(yù)測精度增加了一倍，使用的模塊尺寸更小(因其能更準(zhǔn)確地跟蹤對象)，并且擁有更多的參考幀供搜索良好的運(yùn)動(dòng)預(yù)測匹配之用。這樣，實(shí)時(shí)高清晰度AVC視頻編碼器只需MPEG-2一半的帶寬就能以廣播圖像質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行傳輸。

　　FPGA執(zhí)行計(jì)算密集的運(yùn)動(dòng)估計(jì)任務(wù)的情況。運(yùn)動(dòng)估計(jì)通過使用計(jì)算絕對差而得出的重復(fù)總和而完成。數(shù)據(jù)對比是高度重復(fù)的，并且許多計(jì)算都重復(fù)使用?；贑PU的實(shí)現(xiàn)常常為從緩存向算術(shù)邏輯單元饋送數(shù)據(jù)而苦苦掙扎，而FPGA設(shè)計(jì)可以定制，從而在自定義寄存器流水線中保留所有值。

　　如Xilinx Virtex-5 FPGA這樣的最新器件擁有大量的邏輯應(yīng)用，能提供類似于ASIC級的性能。FPGA囊括了廣播設(shè)備設(shè)計(jì)人員想要的所有功能：嵌入式低功耗3.2Gbps收發(fā)器;支持多種標(biāo)準(zhǔn)(如SDI、HD-SDI、雙連接HD-SDI、3G-SDI、DVB-ASI、AES數(shù)字音頻)、以太網(wǎng)和PCI Express接口、高速DSP模塊、嵌入式處理器、以太網(wǎng)MAC、PCI Express核、多個(gè)視頻IP核。

　　通過使用Xilinx芯片產(chǎn)品和廣播設(shè)備進(jìn)行視頻連接應(yīng)用設(shè)計(jì)，制造商可減少成本，在競爭中脫穎而出，同時(shí)降低更改標(biāo)準(zhǔn)所帶來的固有風(fēng)險(xiǎn)。