高密度可編程FIFO存儲器在視頻圖像中的應(yīng)用

　　1) 幀同步: 在一些任務(wù)中需要幀同步(例如，通過以太網(wǎng)傳輸和接收時，當(dāng)碼流速度不斷變化而解碼器需要一個恒速的傳輸流)。雖然存儲器對同步的要求似乎很小，但當(dāng)涉及到多個碼流時它可能很顯著。這種同步可以由一個異步FIFO實現(xiàn)。

　　2) 幀存儲: 幀存儲在這些地方需要：任何暫時的處理如幀率轉(zhuǎn)換，數(shù)碼變焦(縮放)，或執(zhí)行去隔行。儲存的幀數(shù)量隨著需要的臨時信息數(shù)目增加而增加。當(dāng)視頻數(shù)據(jù)按照本來的順序時，幀緩存也必須是“先進先出”。

　　通過上面的討論，我們可以說，所有的儲存和同步都可以使用FIFO實現(xiàn)。那么理想的FIFO應(yīng)該是多大的呢?一個典型的1080p 幀，10位 4:2:2格式將需要存儲器大小為39.55M位(每行像素數(shù)*每幀行數(shù)*每像素比特數(shù)= 1920*1080*20)。預(yù)計總?cè)萘靠梢酝ㄟ^需要存儲的幀數(shù)乘以這個數(shù)字。典型的視頻處理算法需要存儲2到3幀，這意味著總?cè)萘恳_(dá)到120M位。由于不可能有如此大的基于片上SRAM的FIFO存儲器，一般的方法是使用一個DRAM來緩存這個數(shù)據(jù)。

　　高密度FIFO -傳統(tǒng)的實施和及其復(fù)雜性。

　　幀緩存就是高密度FIFO，傳統(tǒng)上使用外部DDR SDRAM實現(xiàn)。舉例說明一個典型的視頻處理應(yīng)用和這些FIFO如何實現(xiàn)。

　　圖3顯示了一個典型情況的數(shù)據(jù)路徑，有4種不同來源的視頻流需要顯示在同一個顯示器上。四個以1080p60(24位RGB)分辨率捕捉視頻的高清相機使用一個cameralink接口連接到系統(tǒng)上。色彩空間轉(zhuǎn)換 (從RGB到Y(jié)CbCr)及色度采樣降低(從4:4:4到4:2:2)后，橫向和縱向幀按比例減少，并儲存在DDR2 SDRAM里。存儲的幀可以按要求讀回和定位，結(jié)果幀和融合幀然后提高采樣速度和色彩空間轉(zhuǎn)換為通過LVDS連接來驅(qū)動面板。

　　讓我們看看存儲器大小和帶寬要求:

　　(i) 大小要求:

　　盡管這里沒有涉及到時間處理，為了避免一個源的兩幀被分開儲存，這樣當(dāng)一幀正在寫時，另一個幀可能要讀回來。兩幀圖像的大小是((1920 * 1080 * 16)/ 4)* 2 ~ = 63.3M位。

　　(ii)帶寬要求:

　　由于讀和寫路徑為復(fù)用的，所需帶寬是讀、寫路徑帶寬之和。

　　寫路徑頻率=(每個客戶端頻率)*( 客戶端數(shù)量)=(148.5/4 )* 4 = 148.5MHz

　　讀路徑頻率=輸出幀分辨率頻率= 148.5MHz。

　　實際的工作頻率為( (讀頻率+寫頻率) / 2 +其它開銷)，因為接口工作在雙數(shù)據(jù)速率，并且還有一些其它開銷，如DRAM存儲器刷新周期、bank地址切換等等。假設(shè)為80%的效率，那么將在185MHz的頻率運行。

　　(iii)內(nèi)存接口大小和I / O需求:

　　當(dāng)畫面以16位4:2:2格式存儲時，一個16位接口就足夠了。根據(jù)計算，F(xiàn)PGA 的I/O總數(shù)的為46：

　　時鐘引腳(2個用于差分時鐘，1個用于時鐘使能)= 3引腳

　　命令引腳(片選，RAS， CAS， WE)= 4引腳

　　地址引腳(14個地址線、3個 bank地址線)= 17引腳

　　數(shù)據(jù)線(X16接口)= 16引腳

　　數(shù)據(jù)選通及分離(4個引腳用于2微分DQS，2個用于分離數(shù)據(jù))= 6引腳

　　高密度FIFO -離散的存儲器:

　　現(xiàn)在讓我們看看使用離散可編程高密度FIFO的實現(xiàn)方式和特性定義，這樣DDR2 SDRAM存儲器就可以由簡單的數(shù)據(jù)存儲便可以由簡單的數(shù)據(jù)存儲代替。

　　(i)多隊列特點:

　　如果FIFO存儲器定義為一個單一塊的內(nèi)存，那么寫多個視頻流是不可能的。因此，F(xiàn)IFO必須能夠配置并分成多個隊列。在上文的例子中，有四種不同的畫面要寫，并且四個幀必須同時從不同的隊列同時。因此，我們的應(yīng)用需要至少八個隊列。

　　(ii)分離和重傳:

　　有可能從一個標(biāo)準(zhǔn)的FIFO曾經(jīng)讀過的數(shù)據(jù)又從FIFO丟失了。FIFO指針可以重新編程，允許任何幀都可以根據(jù)需求多次讀出。

　　圖4顯示了賽普拉斯CYFX072VXXX HD-FIFO的框圖。

　　圖5給出了使用賽普拉斯HDFIFO替代DDR2芯片的應(yīng)用案例。