利用FPGA开发优势 快速建立视讯系统

由于编码规范很多，印象与视讯体系信号处置的转码进程杂乱，且须耗费较多运算资源，因此透过具弹性可编程功用且具数字信号处置才能的FPGA来开发，有助于满意各种规范规范，加速产物开发速度，并具有晋级及扩大的才能。 媒体编码架构的演进让业者可以开发广泛的运用，其间包罗数字录像机(DVR)、网络监督开麦拉、医学印象、数字播送，以及串流视讯机上盒。串流媒体衍生出一连串建置上的应战，尤其是在处置像MPEG4和以MPEG格局紧缩的影片之转码等杂乱的紧缩算法时，应战更甚。这类杂乱算法的编码与译码作业需要极高的运算效能；因此，如安在耗电、效能，以及本钱之间获得平衡，就成为串流媒体组件的一大应战。 藉由现场可编程门阵列(FPGA)的运用，不只能让产物契合规范规范，还可以与竞赛产物有所区别，并让产物运用到达最佳的平衡。如藉由MPEG4紧缩机制，业者能将反离散余弦变换(Inverse Discrete
Cosine Transform, IDCT)有些的演算作业，从MPEG处置器转移到FPGA来履行，藉此进步处置作业的频宽。IDCT(以及编码器中的DCT)可运用FPGA来进行有效率的建置，且最佳化的IP中心也现已可包罗在MPEG的描绘。 将各种IP中心与IDCT中心进行结合，就可开宣布低本钱的单芯片解决计划，如此不只进步处置作业的频宽，并且能供给逾越竞赛对手的ASSP产物的印象质量。 为此，业者便推出可加速体系描绘流程的Video Starter Kit(VSK)。VSK为实时视讯与印象撷取、处置与显现，供给一个彻底数字化的平台。它结合硬件加速处置的效能，并参加嵌入式PowerPC中心，在低频宽的管道中传输高分辨率数字视讯数据，或是用来处置网络通讯协议仓库(Protocol Stack)以及各种操控功用。 VSK的中心是两个高度可编程的FPGA、视讯编码器、视讯译码器、AC97 Codec，以及各种视讯接口。图1显现VSK的首要组件、周边以及可用的I/O。VSK包罗三个首要硬件组件，一个参阅描绘板；752×480像素的RGB循序式扫描CMOS印象传感器开麦拉，具有每秒60格画框的更新率；以及视讯I/O子卡(VIODC)。VIODC透过通用接口(XGI)与参阅描绘板连接，而CMOS开麦拉则透过序列式LVDS接口与VOIDC连接。 影片编码器是一个高速影片的数字与模仿变换器，它具有三个独立频宽为10位的输入端口，能接纳高分辨率或规范分辨率格局的影片数据。它亦操控恰当的同步信号，外部水平/笔直/空白信号，或一切规范EAV/SAV时序编码的刺进作业。 影片译码器是一个高质量、单芯片、多重格局的译码器，能主动侦测与变换PAL、NTSC以及SECAM规范的信号，包罗将Composite、S-Video与组件等影片数据，变换成数字ITU-R BT.656格局。领先且高弹性的数字输出接口能在线路确定(Line-locked)的频率体系中履行影片译码与变换作业。这让VSK合适撑持林林总总的运用，这些产物具有不一样的影片特性，其间包罗播送信号来历、安全与监控开麦拉，以及专业影片体系。 图2显现VSK的区块图，包罗影片编码器、影片译码器、DVI接纳器、DVI传送器、以及可与I2C规范兼容的双线序列接口相机，这些组件都可透过两颗FPGA里面的I2C主控中心加以操控。 VSK架构的弹性让它成为抱负的开发平台，合适用来描绘各种多媒体、影片，以及印象运用，包罗医学印象、家用媒体网关器、多声道数字影片录像机、IP电视机上盒、随选视讯服务器、数字电视、数字相机与摄录像机、消息与视讯播送，以及网络监督开麦拉等等。

为DSP功用描绘的体系产生器
将印象处置算法转移到FPGA的描绘上，是项极具应战性的作业，由于就算算法已成功写成软件，但仍未连接至实践的建置计划中。此外，验证实践体系的作业也十分艰难。因此，藉由专为讯位信号处置器(DSP)而描绘的体系产生器，可撑持高阶数学验证功用，能将算法的中心，变换成简单运用的硬件描绘言语(HDL)，消除算法开发人员与FPGA工程师之间的隔膜。 运用体系产生器、VSK开发及建置印象处置算法，可以让业者建构出可全体验证且简单执行的描绘。高阶区块图让不一样团队易于交流，在决议建置计划时，可削减不一样技能领域之间的交流妨碍，及扫除妨碍的时刻。 为加速视讯与印象体系的开发流程，有些业者独特对准VSK描绘全新的体系产生器模块，其间包罗VIODC接口模块、多端口DDR内存操控器模块，与体系层级模块。透过这些预先测验的模块，描绘业者可以在体系产生器中将模块拖曳到描绘计划中，因此可以轻松建构所需的视讯与印象体系，省下以HDL言语开发要害接口模块的宝贵时刻。 为处置VSK与个人计算机间数量巨大的视讯数据流，对准DSP描绘的体系产生器，也可参加一个撑持以太网络接口的立异高速硬件协同仿真计划。这个接口须具有高流量与低推迟率的特性，这关于在体系产生器环境中，开发视讯与印象体系时有十分大的协助。 网络监督开麦拉运用 FPGA以往大都运用在高阶专业播送体系以及医学印象设备。如今，FPGA的地图逐步拓宽至量产型的产物，如像数字录像机与网络监督开麦拉，由于FPGA具有极高的灵活性，能处置像MPEG-2、MPEG-4、H.264，以及Windows Media在内的媒体格局。高效能的DSP亦让FPGA合适撑持其它具应战性的视讯与消息处置作业。 以网络监督开麦拉运用为例，该体系一般包罗三个有些，担任将实践印象变换成视讯串流的开麦拉、将串流数据紧缩成H.264、MPEG-2或其它格局的印象编码器，以及一个视讯与印象处置器，进行反交织、缩放、降噪声等作业，然后透过封包与因特网，来传送数字化的印象。 FPGA在监督开麦拉中担任许多作业，如图3所示。FPGA的强项是扮演各个规范芯片组之间的「胶合逻辑组件」的功用，其它包罗更多印象处置作业(例如像色域空间变换)、IDE (Integrated Drive
Electronics) 接口、以及网络接口(如IEEE 1394)撑持等功用，如今亦常常建置在低本钱的可编程组件。 内含高效能DSP功用的网络监督开麦拉，可将视讯串流数据进行数字化与编码，然后再透过任何计算机网络传送出去，一起也可运用规范的网页浏览器，在计算机网络和因特网上，检视实时动态的影片。运用现有的局域网络或无线局域网络，还可以简化装置的作业，比如智能型影片、电子邮件告诉、FTP上传，以及本地端硬盘机贮存等功用，均能突显这类产物的特征，以及逾越模仿体系的优势。 具弹性且疾速的描绘利器
频宽是有限的资源，为了充分发挥频宽的效益，业者不断改进紧缩机制，而新的算法将不断晋升效能的极限。所以体系处置的速度亦继续攀升，实时印象处置不只可以满意这些需要的作法，也可以消除很多耗用内存的问题。此外，摩尔定律也适用于像FPGA的低本钱可编程逻辑组件上，选用FPGA的体系能供给比美以往高价专业播送设备的功用与效能。

FPGA为专业与消耗性数字播送OEM厂商，供给各种实时印象处置功用，满意各种新式和将来的印象运用体系之需要。相较于其它技能，FPGA供给绝佳的弹性，可加速产物的上市时程。长途现场晋级才能，让当前问市的产物能在日后扩增功用、晋级或是批改描绘上的瑕疵。