FPGA在廣播視頻處理中的應用

3.個人電腦的長處和局限

個人電腦的能力不斷得到提高，現(xiàn)已達到可實時處理單視頻流、壓縮單視頻流，并將其存儲在硬盤上，進行解壓并播放標準畫質(zhì)流。盡管如此，個人電腦的帶寬遠遠不能夠處理許多非壓縮視頻流的視頻處理、末端視頻發(fā)布的處理、實況轉(zhuǎn)播處理和其他高畫質(zhì)的視頻處理。

目前，進行非壓縮視頻處理的難點在于解決來自各廠家的無數(shù)的專業(yè)處理板的矛盾。這些專業(yè)處理板能夠完成它們某種特定的功能，但不能靈活地增加新功能，而當你需要多個功能時，你需要對不同廠家完全不同的處理板進行協(xié)調(diào)。

市場需要的是一種具有靈活性的，在一臺個人電腦上可處理非壓縮視頻的平臺。它能夠提供像高端系統(tǒng)的專業(yè)設(shè)備所具有的處理威力和低端個人電腦系統(tǒng)具有的低價格。

4.視頻處理中的FPGA

由Altera或其他公司生產(chǎn)的

FPGA芯片具有提供可編程軟件的能力和專業(yè)硬件的處理性能。在視頻應用中，FPGA芯片可以在個人電腦平臺上提供高達10～100倍的處理能力，而且當用戶需要更改系統(tǒng)的功能時，只需重新下載一個文件以修改用戶的硬件配置，1秒鐘就可完成用戶的硬件升級。歡迎轉(zhuǎn)載，本文來自電子發(fā)燒友網(wǎng)(http://www.elecfans.com/)


雖然FPGA技術(shù)早已被應用于廣播視頻業(yè)界，但到目前為止，這類應用大多局限于專業(yè)平臺上的特定功能，只有很少的應用于個人電腦PCI板上的特定功能。

盡管如此，近年來FPGA的處理能力還是得到了迅猛地發(fā)展?，F(xiàn)在已經(jīng)進化到了一個芯片可執(zhí)行一個板的功能，或者說一個芯片可執(zhí)行一個系統(tǒng)的功能（SoC）的地步。因為在一塊PCI板上可安裝多個FPGA芯片，這就使在一塊板上開發(fā)一個等同于一臺專業(yè)設(shè)備的完整系統(tǒng)成為可能。

另外，在現(xiàn)有的技術(shù)下，標準的視頻處理功能模塊可以被下載到一個新型的高處理能力的FPGA芯片中。這些模塊就如同組成一個專業(yè)設(shè)備中的多個功能模塊。也就是說，現(xiàn)在的一個芯片就可以包含整個系統(tǒng)，而不需要像以前一樣由一臺專業(yè)設(shè)備來實現(xiàn)。

這一開發(fā)方式較之開發(fā)專業(yè)設(shè)備系統(tǒng)有如下優(yōu)越性：低得多的開發(fā)成本；低得多的系統(tǒng)成本；用戶設(shè)計和升級極其方便；可直接使用個人電腦平臺的應用軟件。

5.開發(fā)“個人電腦+FPGA”平臺

當使用“個人電腦+FPGA”算法設(shè)計視頻系統(tǒng)時，最重要的是決定哪些處理在FPGA中運行，哪些處理在個人電腦上運行。一般來講，最佳的系統(tǒng)設(shè)計是所有的高速數(shù)據(jù)流通過FPGA，而不通過個人電腦。個人電腦可用于數(shù)據(jù)流管理和一些比較低的數(shù)據(jù)輸出功能，例如插入疊加數(shù)據(jù)。

以下類型的處理適于通過FPGA得到最佳性能：視頻混合/疊加；同步壓縮/解壓；數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換/轉(zhuǎn)碼；多頻道同時輸出系統(tǒng)的IP、DVB/ATSC規(guī)格封包/流處理；視頻提取、解壓、多頻道廣播；視頻增強：減噪、色像穩(wěn)定、分辨率增強等；視頻、音頻和其他數(shù)據(jù)流處理。

基于一個FPGA芯片的板可處理合計高達500MB的帶寬（相當于一個高畫質(zhì)非壓縮數(shù)據(jù)流或4個標準畫質(zhì)非壓縮數(shù)據(jù)流）。

如果用戶需要，一臺個人電腦可攜帶多塊處理板，一臺塔式rack-mount服務(wù)器可包含多臺個人電腦。

這一設(shè)計方法應用十分廣泛，從可處理幾個SDI數(shù)據(jù)流的小型個人電腦直到處理上百個數(shù)據(jù)流的塔式服務(wù)器都可勝任。

6.“個人電腦+FPGA”平臺的應用

使用以上“個人電腦+FPGA”平臺的算法，對于以下類型的應用可提供低成本、高效率的解決方案：局部網(wǎng)、娛樂、萬維網(wǎng)、有線電視的視頻點播服務(wù)器；定時重播服務(wù)器；延時；體育節(jié)目和其他節(jié)目的視頻實況制作；ATSC/DVB 數(shù)據(jù)廣播；社區(qū)服務(wù)系統(tǒng)、當?shù)匦侣?天氣預報、有線網(wǎng)上購物；互聯(lián)網(wǎng)的合作交流頻道；多頻道衛(wèi)星接受設(shè)備；節(jié)目制作和插入廣告設(shè)備；區(qū)域性視頻發(fā)布系統(tǒng)。

7.介紹： Tsunami板上視頻平臺

Avvida 公司的Tsunami PCI板和Wave開發(fā)工具包可使用戶快速開發(fā)并量產(chǎn)他們的產(chǎn)品。

Tsunami廣播處理板包括：最多達6個SDI接口；最多達5個FPGA芯片，每個芯片擁有4個高速內(nèi)存，能夠?qū)崿F(xiàn)多種視頻處理功能；通過PCI總線與個人電腦的高帶寬內(nèi)存存?。灰粋€數(shù)字視頻輸入接口，從個人電腦到Tsunami廣播板的傳送速率可達300Mbps。