使用Xilinx FPGA適應不斷變化的廣播視頻潮流

　　圖1：電荷耦合器件(CCD)攝像機使用FPGA實(shí)現信號綜合處理和顏色處理，并連接到CCD驅動(dòng)器。CCD驅動(dòng)器反過(guò)來(lái)驅使CCD、機械快門(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準傳輸到網(wǎng)絡(luò )中。由于流量很大且速率也非?？?，所以數據必須經(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據速率達1.5Gbps。再添上多通道，所需速率就更高了。

　　針對應用優(yōu)化的FPGA具有嵌入式DSP模塊、片上和片外存儲器、豐富的邏輯應用，可構筑橋接功能，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連接上顯示的數據，然后對其進(jìn)處理。編解碼器(如H.264)可用于壓縮數據。數據然后轉換為以太網(wǎng)包，并包含在接收端進(jìn)行解碼所需的適當頭(header)信息，最后使用MAC發(fā)送到以太網(wǎng)鏈路。

　　HDTV畫(huà)面質(zhì)量監視器

　　以前，消費者只能通過(guò)DVD訪(fǎng)問(wèn)高質(zhì)量的視頻和多通道音頻內容。隨著(zhù)HD廣播變得司空見(jiàn)慣，人們自然會(huì )將其與DVD相比。結果，電視觀(guān)眾對畫(huà)面質(zhì)量更加在意，尤其是HD。畫(huà)面質(zhì)量可能成為區分服務(wù)提供商高下的主要指標?，F在人們急需的是能針對畫(huà)面質(zhì)量進(jìn)行主觀(guān)和客觀(guān)測試，并可以測量可見(jiàn)誤差的畫(huà)面質(zhì)量監視器。

　　圖2所示為在Xilinx Virtex-5 FPGA中實(shí)現的一個(gè)畫(huà)面質(zhì)量監視器?？陀^(guān)測試使用了SMPTE RP 198中規定的常用的測試模式格式，而主觀(guān)測試將廣播饋送(broadcast feed)與本地測試視頻源進(jìn)行對比。FPGA從不同的源收集數據，進(jìn)行預處理，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)現的一個(gè)畫(huà)面質(zhì)量監視器。FPGA從不同的源收集數據，進(jìn)行預處理，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容。AVC首次亮相是用于標準清晰度視頻，但是對于HD服務(wù)商們，其吸引力更為巨大。AVC對運動(dòng)補償預測處理進(jìn)行了大幅度的改進(jìn)，從而使其領(lǐng)先MPEG-2一大截。AVC將運動(dòng)預測精度增加了一倍，使用的模塊尺寸更小(因其能更準確地跟蹤對象)，并且擁有更多的參考幀供搜索良好的運動(dòng)預測匹配之用。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)量標準進(jìn)行傳輸。

　　FPGA執行計算密集的運動(dòng)估計任務(wù)的情況。運動(dòng)估計通過(guò)使用計算絕對差而得出的重復總和而完成。數據對比是高度重復的，并且許多計算都重復使用?；贑PU的實(shí)現常常為從緩存向算術(shù)邏輯單元饋送數據而苦苦掙扎，而FPGA設計可以定制，從而在自定義寄存器流水線(xiàn)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用，能提供類(lèi)似于A(yíng)SIC級的性能。FPGA囊括了廣播設備設計人員想要的所有功能：嵌入式低功耗3.2Gbps收發(fā)器;支持多種標準(如SDI、HD-SDI、雙連接HD-SDI、3G-SDI、DVB-ASI、AES數字音頻)、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)品和廣播設備進(jìn)行視頻連接應用設計，制造商可減少成本，在競爭中脫穎而出，同時(shí)降低更改標準所帶來(lái)的固有風(fēng)險。