全集成設(shè)計環(huán)境下的視頻處理系統(tǒng)開發(fā)簡介

通常，視頻處理系統(tǒng)的實現(xiàn)需要支持各種視頻和音頻標準，并負責(zé)把信號從一種標準轉(zhuǎn)換到另一種標準。多媒體應(yīng)用要求以視頻速率處理信號，這意味著在開發(fā)過程中仿真必須實時運行。

　　典型的視頻處理系統(tǒng)使用一個微處理器來控制一個視頻流水線，該視頻流水線包括一個視頻源和宿，一個用于存儲視頻數(shù)據(jù)的大型存儲器，和一個視頻處理系統(tǒng)(圖 1)。

　　在實現(xiàn)和調(diào)試各種視頻算法時，您需要通過軟件和硬件仿真來驗證其功能性。視頻流的實時特性和每幀所需的大量視頻數(shù)據(jù)，令視頻處理應(yīng)用的仿真產(chǎn)生了特別的挑戰(zhàn)。

　　設(shè)計環(huán)境

　　視頻基本套件(VSK) 支持廣泛視頻應(yīng)用領(lǐng)域的高性能視頻處理系統(tǒng)的快速開發(fā)與調(diào)試。VSK 采用賽靈思?Virtex-4 XC4VSX35 器件，該器件通過結(jié)構(gòu)中高比例的乘法累加塊(也稱為 DSP48)而針對 DSP 處理進行了優(yōu)化，并具有豐富的視頻接口特性集支持，如 DVI、VGA、分量(HD)、復(fù)合、S視頻和 SDI等。

　　通常，開發(fā)視頻算法需要使用硬件對實時數(shù)據(jù)流進行視頻操作驗證，需要仿真環(huán)境來開發(fā)和測試視頻處理組件。VSK 為視頻系統(tǒng)的每個組件同時提供了軟件仿真和實時操作，可讓您開發(fā)視頻 IP(包括濾波器、視頻塊集、加速器和視頻接口轉(zhuǎn)換)或最終應(yīng)用程序，如編解碼器、圖像增強、動態(tài)伽馬校正和運動估計等。與工具套件的集成和 I/O 多樣性使能快捷而容易地把視頻引入板上和優(yōu)化其運行算法。

　　與 VSK 一起提供的還有參考設(shè)計，其中一些使用 HDL 編寫，其他的則用Xilinx System Generator for DSP 設(shè)計環(huán)境構(gòu)建。為了去除通過各種視頻接口引入數(shù)據(jù)并把它們發(fā)送到 Virtex-4 器件的復(fù)雜性，所以我們附帶了一個視頻接口塊集庫，使所有接口塊集均可通過一個 MicroBlaze控制器來進行控制。

　　為了突出顯示 VSK 的部分能力，我將對 MPEG-4 第 2 部分解碼器演示設(shè)計進行說明。

　　MPEG-4 第 2 部分

　　該 MPEG-4 解碼器演示系統(tǒng)由 FPGA 硬件評估平臺、賽靈思 IP 核和嵌入式軟件組成，并一起對工業(yè)標準編碼視頻位流執(zhí)行解壓操作。

　　對于此設(shè)計，F(xiàn)PGA 被編程為執(zhí)行解壓和驅(qū)動視頻顯示之用。一個 Compact Flash 卡用于保存多個壓縮視頻流和 FPGA 配置位流。一個位于 FPGA 內(nèi)的嵌入式處理器從 Compact Flash 卡讀取位流，將其寫入一個外部 DDR 存儲器中，然后將其發(fā)送到 MPEG-4 第 2 部分解碼器。然后通過視頻 I/O 子卡，將解碼器的輸出重新格式化為要在外部監(jiān)視器上顯示的視頻標準。

　　系統(tǒng)概覽如圖 2 所示。MPEG-4 解碼器核、DDR 存儲器控制器、顏色空間轉(zhuǎn)換器、VGA 接口、宏塊格式轉(zhuǎn)換器、以及 MicroBlaze 軟核處理器及相關(guān)外圍電路，在 XC4VSX35 FPGA 中實現(xiàn)。而ZBT 存儲器、DDR 存儲器、System ACE技術(shù)、Compact Flash 連接器、兩線式 LCD 顯示器，和一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器，都是位于硬件平臺上。