全集成設(shè)計(jì)環(huán)境下的視頻處理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

　　通常，視頻處理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)需要支持各種視頻和音頻標(biāo)準(zhǔn)，并負(fù)責(zé)把信號(hào)從一種標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換到另一種標(biāo)準(zhǔn)。多媒體應(yīng)用要求以視頻速率處理信號(hào)，這意味著在開(kāi)發(fā)過(guò)程中仿真必須實(shí)時(shí)運(yùn)行。

　　典型的視頻處理系統(tǒng)使用一個(gè)微處理器來(lái)控制一個(gè)視頻流水線，該視頻流水線包括一個(gè)視頻源和宿，一個(gè)用于存儲(chǔ)視頻數(shù)據(jù)的大型存儲(chǔ)器，和一個(gè)視頻處理系統(tǒng)(圖 1)。

　　在實(shí)現(xiàn)和調(diào)試各種視頻算法時(shí)，您需要通過(guò)軟件和硬件仿真來(lái)驗(yàn)證其功能性。視頻流的實(shí)時(shí)特性和每幀所需的大量視頻數(shù)據(jù)，令視頻處理應(yīng)用的仿真產(chǎn)生了特別的挑戰(zhàn)。

　　設(shè)計(jì)環(huán)境

　　視頻基本套件(VSK) 支持廣泛視頻應(yīng)用領(lǐng)域的高性能視頻處理系統(tǒng)的快速開(kāi)發(fā)與調(diào)試。VSK 采用賽靈思?Virtex-4 XC4VSX35 器件，該器件通過(guò)結(jié)構(gòu)中高比例的乘法累加塊(也稱為 DSP48)而針對(duì) DSP 處理進(jìn)行了優(yōu)化，并具有豐富的視頻接口特性集支持，如 DVI、VGA、分量(HD)、復(fù)合、S視頻和 SDI等。

　　通常，開(kāi)發(fā)視頻算法需要使用硬件對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流進(jìn)行視頻操作驗(yàn)證，需要仿真環(huán)境來(lái)開(kāi)發(fā)和測(cè)試視頻處理組件。VSK 為視頻系統(tǒng)的每個(gè)組件同時(shí)提供了軟件仿真和實(shí)時(shí)操作，可讓您開(kāi)發(fā)視頻 IP(包括濾波器、視頻塊集、加速器和視頻接口轉(zhuǎn)換)或最終應(yīng)用程序，如編解碼器、圖像增強(qiáng)、動(dòng)態(tài)伽馬校正和運(yùn)動(dòng)估計(jì)等。與工具套件的集成和 I/O 多樣性使能快捷而容易地把視頻引入板上和優(yōu)化其運(yùn)行算法。

　　與 VSK 一起提供的還有參考設(shè)計(jì)，其中一些使用 HDL 編寫(xiě)，其他的則用Xilinx System Generator for DSP 設(shè)計(jì)環(huán)境構(gòu)建。為了去除通過(guò)各種視頻接口引入數(shù)據(jù)并把它們發(fā)送到 Virtex-4 器件的復(fù)雜性，所以我們附帶了一個(gè)視頻接口塊集庫(kù)，使所有接口塊集均可通過(guò)一個(gè) MicroBlaze控制器來(lái)進(jìn)行控制。

　　為了突出顯示 VSK 的部分能力，我將對(duì) MPEG-4 第 2 部分解碼器演示設(shè)計(jì)進(jìn)行說(shuō)明。

　　MPEG-4 第 2 部分

　　該 MPEG-4 解碼器演示系統(tǒng)由 FPGA 硬件評(píng)估平臺(tái)、賽靈思 IP 核和嵌入式軟件組成，并一起對(duì)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)編碼視頻位流執(zhí)行解壓操作。

　　對(duì)于此設(shè)計(jì)，F(xiàn)PGA 被編程為執(zhí)行解壓和驅(qū)動(dòng)視頻顯示之用。一個(gè) Compact Flash 卡用于保存多個(gè)壓縮視頻流和 FPGA 配置位流。一個(gè)位于 FPGA 內(nèi)的嵌入式處理器從 Compact Flash 卡讀取位流，將其寫(xiě)入一個(gè)外部 DDR 存儲(chǔ)器中，然后將其發(fā)送到 MPEG-4 第 2 部分解碼器。然后通過(guò)視頻 I/O 子卡，將解碼器的輸出重新格式化為要在外部監(jiān)視器上顯示的視頻標(biāo)準(zhǔn)。

　　系統(tǒng)概覽如圖 2 所示。MPEG-4 解碼器核、DDR 存儲(chǔ)器控制器、顏色空間轉(zhuǎn)換器、VGA 接口、宏塊格式轉(zhuǎn)換器、以及 MicroBlaze 軟核處理器及相關(guān)外圍電路，在 XC4VSX35 FPGA 中實(shí)現(xiàn)。而ZBT 存儲(chǔ)器、DDR 存儲(chǔ)器、System ACE技術(shù)、Compact Flash 連接器、兩線式 LCD 顯示器，和一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器，都是位于硬件平臺(tái)上。

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