用Zynq-7000 EPP實(shí)現端到端廣播

消費者要求以前所未有的速度提供史無(wú)前例的海量?jì)?yōu)質(zhì)視頻，迫使廣播公司和設備制造商以更快的速度將低成本先進(jìn)解決方案投放市場(chǎng)。為滿(mǎn)足這一需求，賽靈思正著(zhù)力推出現場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)和端到端廣播平臺解決方案，幫助設計人員和制造商以更快的速度將采集、提供、分配和消費(ACDC)解決方案集成到自己的設備當中。

在今年舉辦的美國國廣播電視設備展上亮相的數項創(chuàng )新中，BBC RD新開(kāi)發(fā)的Stagebox可以安裝到攝像機的背面，將有效傳輸距離從數百米延長(cháng)到互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議數據包能抵達的幾乎任何一個(gè)地方。在近期涌現的利用 FPGA與生俱來(lái)的可編程功能提供更多功能和適應性，實(shí)現協(xié)議和標準的對接的開(kāi)創(chuàng )性設備中，Stagebox是最新一員。

采用高度靈活的 FPGA，BBC RD及其合作伙伴能夠實(shí)現SDI到六類(lèi)(Cat6)網(wǎng)線(xiàn)的橋接，通過(guò)IP以10Gbps速率傳輸未壓縮視頻，用單根1Gbps六類(lèi)連接傳輸視頻、音頻和對講功能，在高質(zhì)量采集中應用CoreEL AVC-I壓縮，取消使用多條SDI電纜和昂貴的上門(mén)服務(wù)，降低總成本和總功耗。

就在像BBC RD這樣的主導機構為保持競爭領(lǐng)先地位日趨依賴(lài)FPGA和捆綁式IP核時(shí)，初創(chuàng )企業(yè)和企業(yè)家們也在充分運用FPGA的靈活性和經(jīng)濟高效的計算能力，以盡快將解決方案投入市場(chǎng)。

位于加州圣利安德魯的PhaseSpace公司正在開(kāi)發(fā)其首款支持240fps高清視頻的攝像機，預計售價(jià)約為5千美元。

PhaseSpace公司的首席執行官Tracy McSheery說(shuō)：“為開(kāi)發(fā)攝像機，我們結合使用了Spartan-6 FPGA、計算機軟件和網(wǎng)絡(luò )工具，來(lái)提供令人嘆服的功能。我們的解決方案在實(shí)現實(shí)時(shí)壓縮和實(shí)時(shí)處理的同時(shí)，還具備先進(jìn)傳感器所要求的內務(wù)處理能力。使用賽靈思Spartan-6 FPGA，我們每秒能夠處理超過(guò)100億條指令(圖1)。”

圖 1，賽靈思的端到端平臺從專(zhuān)業(yè)視頻的攝制到交付給最終消費者，貫穿整個(gè)開(kāi)發(fā)鏈條，為廣播工程師提供支持。

“現在大家在觀(guān)看職業(yè)棒球賽或高爾夫球賽時(shí)，都會(huì )看到一輛攜帶有全部AV設備的電視轉播車(chē)。我們現在用售價(jià)1萬(wàn)美元的思科交換機加上售價(jià)5千美元到1萬(wàn)美元的HP 2800工作站就可以取代售價(jià)50萬(wàn)美元的轉播車(chē)和Avid視頻切換機。我們尚未投產(chǎn)的首款攝像機中，正在評估賽靈思7系列FPGA，以便重復利用我們的IP，從而降低售價(jià)。”

賽靈思 ACDC 廣播解決方案：

采集：Pro HD攝像機、4K攝像機、采集編碼器和IRD都日益依賴(lài)40nm和28nm FPGA的可編程功能和處理能力來(lái)實(shí)現ACDC價(jià)值鏈前端的視頻采集功能。提供： 賽靈思能夠支持ACDC價(jià)值鏈上“提供部分”的多項功能，包括交換器、路由器、多畫(huà)面處理器、IP視頻傳輸、視頻服務(wù)器、后期制作和分配編碼器。在2012年美國廣播電視設備展上，賽靈思正在展示廣播鏈“提供部分” 的關(guān)鍵元件，即運行在28nm Kintex-7FPGA、40nm Virtex-6和45nm Spartan-6器件上的實(shí)時(shí)視頻引擎(RTVE)。寬泛的器件選項便于 OEM廠(chǎng)商根據應用、目標價(jià)格和總體功能在多個(gè)價(jià)格點(diǎn)和邏輯密度水平上選擇器件。RTVE隨即饋入賽靈思的 SMPTE 2022 Tx(-5/-6)和Rx(-5/-6)參考設計，使用10G互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議網(wǎng)絡(luò )傳輸未壓縮視頻，也可傳輸至多畫(huà)面監視器、交換機和媒體服務(wù)器。

分配：賽靈思FPGA目前已經(jīng)部署并應用于線(xiàn)纜數據機終端系統(CMTS)、線(xiàn)纜邊緣QAM、陸地廣播調制器、衛星廣播調制器、分配編碼器和轉碼器。賽靈思也正在展示自己的邊緣QAM目標設計平臺。這種平臺可以提高分配頭端的密度，在分配節點(diǎn)現有尺寸內顯著(zhù)提升信號密度。比如，使用能夠裝入壁櫥的一臺采用Virtex-7FPGA的線(xiàn)纜邊緣QAM的視頻點(diǎn)播交換機就能夠為1,000個(gè)酒店房間提供視頻點(diǎn)播服務(wù)。

消費： 賽靈思顯示目標設計平臺采用賽靈思Kintex-7器件，配備顯示參考設計，可讓專(zhuān)業(yè)演播室顯示器、高端消費顯示器和新興OLED顯示器的制造商將四路1080p視頻流無(wú)縫組合為4K顯示。另外還提供支持幀速率轉換的參考設計(可從60Hz倍頻到120Hz)和可將全高清內容放大為4K2K分辨率的縮放器/上變頻器參考設計。

提升廣播工程設計生產(chǎn)力

2012 年美國廣播電視設備展上展出的兩款目標設計平臺和一款參考設計體現出賽靈思率先提升廣播工程設計生產(chǎn)力。

顯示目標設計平臺(TDP)：該款用于高性能視覺(jué)系統開(kāi)發(fā)的本綜合性平臺，由Kintex-7 FPGA硬件平臺、賽靈思聯(lián)盟計劃高級成員東京電子器件有限公司開(kāi)發(fā)的ACDC 1.0基板、賽靈思視頻和圖像處理包(一種低成本售價(jià)3,000美元的SRP，含整套IP核)和三種參考設計構成。該顯示TDP能夠將4路1080i視頻流無(wú)縫組合為4K2K圖形，與此前的解決方案相比，不但提升了性能，而且還降低了功耗(見(jiàn)圖2)。

圖 2，可將四路高清輸入交錯為 4K 顯示的顯示 TDP 縮放器參考設計。

實(shí)時(shí)視頻引擎(RTVE)：賽靈思的RTVE參考設計可讓路由器、交換機和在控制室起核心作用的多畫(huà)面處理器適應并集成新標準，以便與DisplayPort、HDMI及Thunderbolt等消費者常用的串行視頻接口實(shí)現互動(dòng)。在當今瞬息萬(wàn)變的生產(chǎn)環(huán)境中，RTVE還可借助IT網(wǎng)絡(luò )匯聚和傳輸視頻，實(shí)現快速提供。設計人員能開(kāi)箱即用地設置可行的視頻系統，故可將更多時(shí)間用于開(kāi)發(fā)特色鮮明的視頻產(chǎn)品。由于RTVE能夠運行在Kintex-7、Spartan-6和Virtex-6器件等多個(gè)硬件平臺上，并使用賽靈思LogiCORE IP核實(shí)現縮放器、解交錯器和OSD功能，因此設計人員可將多項功能集成到單個(gè)低成本FPGA中。該參考設計可采用雙處理流水線(xiàn)，支持10位/4:4:4格式，現在還采用基于Web的GUI，讓參考設計的控制更加簡(jiǎn)便。

邊緣QAM目標參考設計平臺：邊緣QAM TDP可加快用于有線(xiàn)電視、酒店視頻點(diǎn)播解決方案和CCAP設計的邊緣QAM解決方案的開(kāi)發(fā)進(jìn)程。該TDP硬件平臺、IP核包和參考設計支持單端口設計和多端口設計使用的各類(lèi)線(xiàn)纜(見(jiàn)圖3)。

圖 3，邊緣QAM TDP參考設計對每個(gè)/多個(gè)7系列FPGA使用多個(gè)RADX IP核集，以增大通道容量(每個(gè)RF端口1個(gè)RADX邊緣QAM核集)。

集成Zynq-7000可擴展處理平臺(EPP)實(shí)現將來(lái)的廣播功能

賽靈思將繼續采用基于Zynq-7000 EPP的硬件平臺，以采集環(huán)節為重點(diǎn)，增強ACDC功能，強化其在業(yè)界的領(lǐng)導地位。首款基于Zynq-7045器件的攝像機TDP預計將在2013年初發(fā)布。Zynq-7000 EPP是新系列產(chǎn)品，其將業(yè)界標準的ARM雙核Cortex-A9 MPCore處理系統與賽靈思28nm可編程邏輯完美結合在一起。這種以處理器為中心的架構可提供一種綜合而全面的處理平臺，可為開(kāi)發(fā)人員提供ASIC級的性能和功耗、FPGA的靈活性以及簡(jiǎn)單易用的微處理器可編程功能 。