基于FH8735的多路H．264高清視頻編碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 前言

視頻監(jiān)控產(chǎn)品經(jīng)歷了模擬時(shí)代、數(shù)字時(shí)代、網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的發(fā)展后，現(xiàn)在已經(jīng)逐步走入了高清時(shí)代。高清視頻和傳統(tǒng)標(biāo)清視頻相比在視頻質(zhì)量上有了質(zhì)的飛躍。以往由于芯片編碼能力、網(wǎng)絡(luò)帶寬和存儲技術(shù)等眾多因素限制，高清視頻一直沒能得到廣泛應(yīng)用，但隨著視頻編碼、IC設(shè)計(jì)、寬帶網(wǎng)絡(luò)及大容量存儲等技術(shù)的飛速發(fā)展，高清視頻應(yīng)用的主要障礙都已被掃清。H.264/AVC視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)由于具有優(yōu)異的編碼效率，能極大降低高清視頻傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)帶寬和存儲容量需求，得到廣泛應(yīng)用，成為了高清視頻編碼的必然選擇。

目前，高清視頻監(jiān)控已被越來越多的行業(yè)所關(guān)注和應(yīng)用。這些行業(yè)用戶的普遍特點(diǎn)都是需要更高清晰度的視頻圖像。上海富瀚微電子有限公司2008年9月推出了FH8735 H.264編碼專用集成電路以及相應(yīng)的解決方案。其具有單芯片1路 1080p@30fps或兩路720p@30fps的高清視頻實(shí)時(shí)編碼能力，是目前市場上最具競爭力的高性能視頻編碼芯片，能極大滿足高清視頻的發(fā)展需求。

富瀚微電子基于FH8735芯片推出了一系列高清視頻產(chǎn)品解決方案，如高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)方案，高清網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器方案和PCI高清視頻壓縮卡等。

經(jīng)過一年多的市場檢驗(yàn)，FH8735已被廣泛應(yīng)用于視頻安防監(jiān)控、視頻會議、遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療、高清屏幕錄制和個(gè)人消費(fèi)電子等各個(gè)領(lǐng)域。

2 FH8735高清編碼芯片簡介

FH8735是一款高性能的音視頻編碼芯片，支持H.264 Main profile和Baseline profile視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，可對一路1080i、2路720p的高清信號進(jìn)行實(shí)時(shí)編碼和控制。在編碼視頻數(shù)據(jù)的同時(shí)，也對相關(guān)的多路音頻數(shù)據(jù)編碼，并完成音視頻同步，輸出ES/PES/PS/TS等格式壓縮碼流。FH8735的各內(nèi)部功能模塊如圖1所示。



FH8735主要技術(shù)特點(diǎn)如下：

1）超強(qiáng)編碼性能

FH8735的H.264編碼由純硬件完成，具有高編碼能力，高編碼質(zhì)量和低功耗等特點(diǎn)。FH8735支持最大分辨率2048x1024的視頻輸入，支持1路1920x1080@30fps或者2路1280x720（1280x720@60fps）實(shí)時(shí)編碼。對典型視頻編碼的對比結(jié)果表明，在相同的碼率下，F(xiàn)H8735接近JM12.0的視頻編碼質(zhì)量。

2）豐富的外設(shè)接口

FH8735支持多種高清視頻輸入模式，高清視頻的數(shù)據(jù)格式和同步方式均可配置，可以接收來自CMOS/CCD 模組、視頻解碼器等輸出的數(shù)字視頻：

支持ITU-R BT.709/SMPTE 274M（24Bit 4:4:4 YCbCr、16Bit 4:2:2 YCbCr, RGB 24（8:8:8））；

支持SMPTE296M-2001（24Bit 4:4:4 YCbCr, 16Bit 4:2:2 YCbCr, RGB 24（8:8:8））

支持8bit 4:2:2 YCbCr；

支持內(nèi)同步和外同步方式；

另外，F(xiàn)H8735還具有SPI/PCI/SD/UART/I2S/GPIO/I2C/MAC等多種外設(shè)接口。

3）專利碼率控制技術(shù)

FH8735提供四種碼率控制策略：固定量化系數(shù)（QP：quantisation parameter），恒定比特率（CBR：Constant Bit Rate），可變比特率（VBR：Variable Bit Rate）和平均比特率（ABR：Average Bit Rate）。每種算法都經(jīng)過精心優(yōu)化，能自適應(yīng)對視頻場景進(jìn)行預(yù)先檢測和判斷，從而在保證視頻主觀質(zhì)量的同時(shí)，又使得編碼器輸出的碼率平滑和穩(wěn)定，保證網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男屎头€(wěn)定性。

4）靈活的功能設(shè)置

除具有高性能的視頻編碼能力外，F(xiàn)H8735提供了豐富的視頻預(yù)處理功能和靈活的視頻編碼選項(xiàng)。編碼器的搜索范圍、Intra預(yù)測類型、GOP長度、參考幀個(gè)數(shù)、編碼碼率和碼率控制方式、編碼Profile和Level等都根據(jù)需要進(jìn)行靈活設(shè)定，這樣就能保證和不同解碼能力的解碼器進(jìn)行無縫對接。另外，F(xiàn)H8735支持對輸入視頻進(jìn)行去隔行、去噪聲、多個(gè)文本和圖形OSD疊加、圖像畫面縮小、移動偵測等多種圖像處理功能，還支持抓取無損的原始視頻信號，供主機(jī)端進(jìn)行一些智能化分析和處理如車牌識別，人臉識別等。

FH8735內(nèi)部有兩組獨(dú)立的DDR控制器，可以接兩組外部DDR SDRAM。根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)對編碼器性能的需求配置一組或者兩組外部DDR SDRAM。比如編碼一路720p視頻時(shí)，就只需配置一組DDR，從而降低系統(tǒng)BOM成本。