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(hào)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(guò)來(lái)驅(qū)使CCD、機(jī)械快門(mén)控制并觸發(fā)控制。

　　一些視頻制作中心開(kāi)始使用以太網(wǎng)(Ethernet)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸水晶般剔透清晰的HD流。圖像經(jīng)過(guò)預(yù)處理和后處理，從而低延遲、實(shí)時(shí)地提高畫(huà)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?？欤詳?shù)據(jù)必須經(jīng)過(guò)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(duì)應(yīng)用優(yōu)化的FPGA具有嵌入式DSP模塊、片上和片外存儲(chǔ)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(duì)于創(chuàng)建上述系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，無(wú)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(duì)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(huà)面質(zhì)量監(jiān)視器

　　以前，消費(fèi)者只能通過(guò)DVD訪問(wèn)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(jiàn)慣，人們自然會(huì)將其與DVD相比。結(jié)果，電視觀眾對(duì)畫(huà)面質(zhì)量更加在意，尤其是HD。畫(huà)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)。現(xiàn)在人們急需的是能針對(duì)畫(huà)面質(zhì)量進(jìn)行主觀和客觀測(cè)試，并可以測(cè)量可見(jiàn)誤差的畫(huà)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(huà)面質(zhì)量監(jiān)視器?？陀^測(cè)試使用了SMPTE RP 198中規(guī)定的常用的測(cè)試模式格式，而主觀測(cè)試將廣播饋送(broadcast feed)與本地測(cè)試視頻源進(jìn)行對(duì)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(huà)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(jí)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(duì)于HD服務(wù)商們，其吸引力更為巨大。AVC對(duì)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)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(cè)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(duì)象)，并且擁有更多的參考幀供搜索良好的運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)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(guò)使用計(jì)算絕對(duì)差而得出的重復(fù)總和而完成。數(shù)據(jù)對(duì)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(jí)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(guò)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(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出，同時(shí)降低更改標(biāo)準(zhǔn)所帶來(lái)的固有風(fēng)險(xiǎn)。