FPGA在廣播視頻處理中的應(yīng)用

1.時機(jī)

在世界范圍內(nèi)，廣播視頻系統(tǒng)的需求都在逐年顯著增加，原因是以下的一些因素同時發(fā)生了作用：

• 可供觀眾選擇的廣播頻道的增加。世界范圍內(nèi)，更多觀眾的選擇從很少的幾個頻道發(fā)展到幾百個頻道。

• 有線電視和衛(wèi)星電視傳送網(wǎng)的發(fā)展。而互聯(lián)網(wǎng)廣播的發(fā)展更使我們進(jìn)入了“百萬頻道”的時代。

• 用于信息交流，培訓(xùn)和安全保衛(wèi)的公司內(nèi)部和小范圍的小型廣播視頻應(yīng)用的發(fā)展。在娛樂業(yè)界也有了長足的發(fā)展，例如飯店視頻點播、超大屏幕電子顯示屏等。

• 延時視頻播放、準(zhǔn)視頻點播大大增加了用戶使用的方便程度，使用戶需要更多的頻道。

• 當(dāng)今，大尺寸屏幕電視由普通電視向高清晰電視發(fā)展，導(dǎo)致我們需要安裝更多的廣播設(shè)備。

• 視頻所包含內(nèi)容快速增加。附加的特技效果、多視窗、字幕疊加、重播等功能需要更高性能的廣播設(shè)備。

• 視頻資源的豐富。與以前只有在特別的演播室制作和重大事件的報道相比，現(xiàn)在可在每個社區(qū)和商家制作。視頻資源的數(shù)量飛快增長，出現(xiàn)了一個全新的低端廣播設(shè)備市場。

• 快速地向數(shù)字電視轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致更換老舊的模擬信號系統(tǒng) 。

• 由于數(shù)字電視革命的發(fā)生，在各種數(shù)字信號規(guī)格之間進(jìn)行視頻編碼轉(zhuǎn)換的需求很強(qiáng)，這導(dǎo)致了需要添加廣播設(shè)備，包括：

• 基本規(guī)格：非壓縮、時間壓縮、MPEG2、MPEG4、H.264壓縮、Windows Media9、Real Networks等；

• 圖像尺寸：標(biāo)準(zhǔn)畫質(zhì)（SD）、高畫質(zhì)720P、高畫質(zhì)1080P；

• 傳輸/封裝規(guī)格：ATSC/DVB、SDI、IP等；

• 音頻規(guī)格：AES3等；

• 國際規(guī)格：NTSC、PAL；

• 設(shè)備接口：1394火線接口、DVI接口、GigE Ethernet接口；

上面所發(fā)生的這些最新的變化使功能強(qiáng)大的廣播視頻設(shè)備成為必需。廣播設(shè)備需要更強(qiáng)的處理功能、更多的輸出頻道、更多的輸出規(guī)格等更廣的應(yīng)用范圍。

本論文論述了一個將滿足未來需要的全新的產(chǎn)品平臺。這一平臺的產(chǎn)品成本和開發(fā)成本將比現(xiàn)有的系統(tǒng)低。

2.視頻系統(tǒng)平臺

首先，讓我們調(diào)查一些現(xiàn)今使用的視頻廣播系統(tǒng)和視頻平臺。一般來講，用于視頻制作和發(fā)行的基本處理有以下一些方面：

內(nèi)容制作：攝像機(jī)制作和電腦制作；編輯/圖像疊加/圖像混合；特技效果；視頻畫質(zhì)增強(qiáng)；視頻信號格式轉(zhuǎn)換；視頻存儲。

視頻的提取和發(fā)布：視頻提取規(guī)格轉(zhuǎn)換；插入節(jié)目信息和廣告；廣播視頻規(guī)格轉(zhuǎn)換；發(fā)行：普通、延時播放、視頻點播。

今天，用于完成以上視頻功能的平臺可大致分為以下幾種類型：

2.1 內(nèi)容制作平臺

因為內(nèi)容制作平臺是非實時系統(tǒng)，所以并無很高的性能要求，即使處理時間大于實際時間也沒問題。因此，一般的電腦和工作站就可勝任。通常，這些平臺會和視頻加速板一起使用，但這個加速板只是為了提高視頻制作人員的工作效率，而不是為了實時處理的需求。

2.2 視頻提取和發(fā)布平臺

視頻提取和發(fā)布平臺必須和視頻廣播同步，所有的處理必須在視頻廣播的線頻和幀頻內(nèi)完成，所以有絕對的高性能要求。可靠性也是這些處理的必然要求。

為了達(dá)到這些要求，大多數(shù)現(xiàn)今使用的視頻提取和發(fā)布平臺是建立在廠家的專業(yè)廣播平臺之上的。這一平臺由建立于專業(yè)設(shè)備中的若干特殊功能的模塊組成。

一些廠家已經(jīng)開始使用低成本的個人電腦進(jìn)行實時視頻處理，但這只是局限于處理一些有限的外圍功能，而且沒有成為視頻提取和發(fā)布系統(tǒng)的主流。

事實已經(jīng)非常清楚，基于個人電腦的平臺將在視頻提取和發(fā)布系統(tǒng)中逐步發(fā)揮越來越大的作用。由于以下原因，這些平臺將有廣闊的應(yīng)用前景：

• 大容量處理帶來的突出的性能價格比；

• 可用于不同應(yīng)用軟件廠家的標(biāo)準(zhǔn)平臺，更好的功能，更低的成本；

• 更高的性能價格比和更多的功能；
  
  
  
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