全集成設計環(huán)境下的視頻處理系統開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)介

通常，視頻處理系統的實(shí)現需要支持各種視頻和音頻標準，并負責把信號從一種標準轉換到另一種標準。多媒體應用要求以視頻速率處理信號，這意味著(zhù)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中仿真必須實(shí)時(shí)運行。

　　典型的視頻處理系統使用一個(gè)微處理器來(lái)控制一個(gè)視頻流水線(xiàn)，該視頻流水線(xiàn)包括一個(gè)視頻源和宿，一個(gè)用于存儲視頻數據的大型存儲器，和一個(gè)視頻處理系統(圖 1)。

　　在實(shí)現和調試各種視頻算法時(shí)，您需要通過(guò)軟件和硬件仿真來(lái)驗證其功能性。視頻流的實(shí)時(shí)特性和每幀所需的大量視頻數據，令視頻處理應用的仿真產(chǎn)生了特別的挑戰。

　　設計環(huán)境

　　視頻基本套件(VSK) 支持廣泛視頻應用領(lǐng)域的高性能視頻處理系統的快速開(kāi)發(fā)與調試。VSK 采用賽靈思?Virtex-4 XC4VSX35 器件，該器件通過(guò)結構中高比例的乘法累加塊(也稱(chēng)為 DSP48)而針對 DSP 處理進(jìn)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)、復合、S視頻和 SDI等。

　　通常，開(kāi)發(fā)視頻算法需要使用硬件對實(shí)時(shí)數據流進(jìn)行視頻操作驗證，需要仿真環(huán)境來(lái)開(kāi)發(fā)和測試視頻處理組件。VSK 為視頻系統的每個(gè)組件同時(shí)提供了軟件仿真和實(shí)時(shí)操作，可讓您開(kāi)發(fā)視頻 IP(包括濾波器、視頻塊集、加速器和視頻接口轉換)或最終應用程序，如編解碼器、圖像增強、動(dòng)態(tài)伽馬校正和運動(dòng)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計，其中一些使用 HDL 編寫(xiě)，其他的則用Xilinx System Generator for DSP 設計環(huán)境構建。為了去除通過(guò)各種視頻接口引入數據并把它們發(fā)送到 Virtex-4 器件的復雜性，所以我們附帶了一個(gè)視頻接口塊集庫，使所有接口塊集均可通過(guò)一個(gè) MicroBlaze控制器來(lái)進(jìn)行控制。

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

　　MPEG-4 第 2 部分

　　該 MPEG-4 解碼器演示系統由 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行解壓操作。

　　對于此設計，FPGA 被編程為執行解壓和驅動(dòng)視頻顯示之用。一個(gè) Compact Flash 卡用于保存多個(gè)壓縮視頻流和 FPGA 配置位流。一個(gè)位于 FPGA 內的嵌入式處理器從 Compact Flash 卡讀取位流，將其寫(xiě)入一個(gè)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(guò)視頻 I/O 子卡，將解碼器的輸出重新格式化為要在外部監視器上顯示的視頻標準。

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