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根据FPGA的高清图画处理规划

FPGA解决方案可容易地支持超过HDTV要求的数据传输速率,这意味着一个器件可以支持所有这些格式,只需要根据设备的需要进行重新编程就可以了。这可减少企业的用料清单项目,同时还排除了ASSP供应商可能存

从模仿播送向数字播送的改动为业界供给了令人振奋的新服务和赚钱时机,而OEM厂商之间为出产更有价格吸引力的体系而进行的竞赛也十分剧烈。但是,正如许多其它技能改动时所面对的状况相同,各个企业为竞赛商场领导地位提出了许多新的主张规范。不管规范集体怎么尽力确保互操作性和公平竞赛,第一个成功上市的产品都很或许会变成现实上的规范。即便是规范集体成功发布的国际上得到供认的规范,常常也会因为企图满足很多成员公司的需求而存在许多不同的版别。除此之外,不可防止地会对规范进行许多批改,如在前期阶段的现场测验反响之后,或在后期阶段有新的算法或增强提出来时。因而很简略发现为什么一个彻底可从头编程的解决计划是如此有吸引力。

“Table 3”是在业界比及公认的美国高档电信规范协议(STSC)界说的播送格局一览表。正如表中所看到的那样,设备制造商可进行很多的挑选-高分辨率(HD)仍是规范分辨率(SD),16:9仍是4:3,逐行仍是隔行扫描等。尽管也有ASSP(特定使用规范产品),但常常是每种规范需求不同的芯片。FPGA解决计划可简略地支撑超越HDTV要求的数据传输速率,这意味着一个器材能够支撑一切这些格局,只需求依据设备的需求进行从头编程就能够了。这可削减企业的用料清单项目,一同还排除了ASSP供货商或许存在的供货风险。

需求进行规范挑选的另一个比如是颜色空间改换。图画从照相机收集进来今后就使用紧缩算法对其进行处理,再经过后期制作直到在电视机显示出来的过程中也是如此。紧缩算法使用了这样的现实,即不用传输一幅图画的一切颜色信息就可得到满足的作用。以RGB(红、绿、蓝)格局进行图画处理是可行的。在RGB格局中,每一像素以对应每一原色的三个8或10位字来界说。但因为人眼对光线频谱中某些部分比其它部分反响要小,因而能够使用亮度或(Y)以及色差信号(如CrCb)来表明图画。这样做的长处是需求较小的存储和数据带宽。因而需求一种机制来进行不同颜色格局间的转化,这也称为颜色空间改换。一旦知道从一个颜色空间向另一个颜色空间映射的系数,用硬件完结这些电路就十分简略。

例如,在数字电视体系中,YerCb颜色空间可按下式转化至RGB颜色空间:

R’ = 1.164 (Y-16) + 1.596(Cr -128)

G’ = 1.164 (Y-16) – 0.813 (Cr -128) – 0.392(Cb-128)

B’ = 1.164 (Y-16) + 1.596 (Cr-128)

其间R’G’B’是伽马(Gamma)校对RGB数值。因为CRT显示器中,接纳到的操控信号起伏和输出强度间对错线性联系。显示器前的伽马校对信号可使接纳信号起伏和输出强度的联系线性化。输出增益也约束在必定的阈值,然后下降图画暗部因为传输引进的噪声。有多种或许的完结办法,可使用存储器、逻辑或嵌入式乘法器在FPGA中完结所需的乘法功用。

当需求在很多颜色空间之间进行转化挑选时,选用可编程颜色空间改换器的长处十分显着。正如此处所示的YCrCb 与RGB改换相同,YUV以及YPrPb 选用与此相似的算法,仅仅系数有所不同。尽管有规范的颜色空间,但不同设备间的要求有许多不同的当地。高分辨率图片乃至选用与规范界说不同的颜色空间,但具有可编程的改换系数的设备能够简略地支撑任何输入分辨率。一同假如需求的话,多通道颜色空间改换支撑也能够做到,而假如不选用可编程逻辑的话,这一般需求多块ASSP。当然,使用FPGA器材,体系架构还可依据使用调整相应的算法,然后使功用、功率或两者一同完结最大化。

FPGA常常被大型数据和电信企业广泛用作网络接口设备。可编程架构十分合适协议办理和数据流格局处理,而FPGA供给的高速差分I/O如LVDS,使FPGA能够十分快的速度向片上读入和向片外输出数据。FPGA还可用于局域环境,如家庭网络。欧洲DVB(数字电视播送)联盟最近选用IEEE1394高速串行总线作为数字电视产品的规范衔接方法。无线规范,如IEEE802.11 和 HiperLAN2也被提议作为具有多台电视的家庭网络的衔接计划。

跟着国际许多区域高分辨率播送的呈现,视频信号处理要求极大地进步了。例如,选用1920×1080分辨率、24位像素和每秒30帧逐行扫描的高分辨率电视机将需求约1.5Gbps的总的未紧缩带宽。即便在还没有实践进行高分辨率图画播送的区域,在直到后期制作的一切阶段中,选用的也是高分辨率图画。

现在最新的可编程逻辑器材具有多个可支撑此类数据速率的LVDS(低压差分信号)I/O,即便在针对消费商场的低成本器材中也有这样的I/O支撑。这意味着未紧缩的视频数据可输入和输出器材并进行实时处理。HDTV速率一级的实时视频处理答应规划人员削减需求的外部存储器数量。现在,因为在规划中视频信号处理器部分成为瓶颈,因而现有的数字电视体系中常常选用多个帧存储和数据缓冲器。使用FGPA的并行信号处理才能意味着更小的,乃至单帧存储即可,而数据缓冲器则可彻底省掉。规范DSP在功用方面的限制导致不得不开发更为专用的芯片,如媒体处理器,来战胜这些问题。但是,现实证明这些器材除了在规模极窄的一些使用中,都有太不灵敏的缺陷,一同还有功用瓶颈存在。而FPGA器材则能够经过定制,在使用率和功用方面供给最大的功率。规划人员还能够在规划面积和速度之间进行折衷,并且能够比DSP低得多的时钟速率完结给定的功用。

如前所述,FPGA曩昔仅用于专业的播送体系中,但摩尔定律意味着他们正逐渐使用于大批量消费产品中。以数字电视为例,其间机顶盒功用彻底集成到电视中,因而数字电视可接纳数字播送。一般这都是经过规范天线接纳免费的无线信号,但未来的产品将答应接纳来自有线电缆、卫星或DSL线路传输的信号。FPGA可使用于数字电视机内的许多部分,如图1所示。做为规范芯片组间的“联合逻辑(glue logic)”一同是FPGA的强项,但许多图画处理使命(如颜色空间改换)以及网络接口(如IEEE 1394)现在也可在低成本可编程逻辑器材内完结。

这一将图画处理使命用FPGA完结的趋势有一个重要驱动力:来自业界所称的“数字交融”。现在发生了这样一些需求,即经过极为有限的传输信道(如无线)发送大带宽的视频数据,一同还要坚持可接受的服务质量(QoS)。这导致对怎么改进过错校对算法、紧缩和图画处理技能进行规模更为广泛的研讨,而其间适当一部分作业是环绕使用FPGA器材进行的。

选用FPGA,规划人员能够使自己的规范兼容的体系与竞赛对手的产品坚持差异化。以MPEG-2紧缩计划为例,能够将MPEG处理器担任的MPEG规范算法中的DCT(离散余弦改换)部分卸载至FPGA器材中进行处理,然后添加带宽。DCT及其反改换可使用FPGA高效地完结,并且已经有经过优化的IP核可直接使用到根据MPEG的规划之中。但MPEG编码计划中还有许多未界说的模块(如运动猜测)。经过在FPGA结构中集成用于这些模块的专有技能和规范的象DCT这样的功用,就能够创造出可进步处理带宽并到达更高图画质量的低成本的单片解决计划。经过防止体系仅依赖于规范ASSP解决计划,企业就不再见有被商场以为仅能供给有限的几种相似解决计划的风险。

FPGA还可使您的产品更快地推向商场,并可在现场装置后坚持为您发生更多营收的才能。大都FPGA都根据SRAM技能,然后在开发的各个阶段都能够简略地对器材进行从头编程。这使体系的调试更为简略,并且还意味着假如需求的话,细小的改动也可简略地整合到产品中去。这有或许会因为客户要求的改动,也由或许是因为规范的新版别或批改。

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