FPGA在广播视频处理中的应用

FPGA芯片具有提供可编程软件的能力和专业硬件的处理性能。在视频应用中，FPGA芯片可以在个人电脑平台上提供高达10～100倍的处理能力，而且当用户需要更改系统的功能时，只需重新下载一个文件以修改用户的硬件配置，1秒钟就可完成用户的硬件升级。

虽然FPGA技术早已被应用于广播视频业界，但到目前为止，这类应用大多局限于专业平台上的特定功能，只有很少的应用于个人电脑PCI板上的特定功能。

尽管如此，近年来FPGA的处理能力还是得到了迅猛地发展。现在已经进化到了一个芯片可执行一个板的功能，或者说一个芯片可执行一个系统的功能（SoC）的地步。因为在一块PCI板上可安装多个FPGA芯片，这就使在一块板上开发一个等同于一台专业设备的完整系统成为可能。

另外，在现有的技术下，标准的视频处理功能模块可以被下载到一个新型的高处理能力的FPGA芯片中。这些模块就如同组成一个专业设备中的多个功能模块。也就是说，现在的一个芯片就可以包含整个系统，而不需要像以前一样由一台专业设备来实现。

这一开发方式较之开发专业设备系统有如下优越性：低得多的开发成本；低得多的系统成本；用户设计和升级极其方便；可直接使用个人电脑平台的应用软件。

5.开发"个人电脑+FPGA"平台

当使用"个人电脑+FPGA"算法设计视频系统时，最重要的是决定哪些处理在FPGA中运行，哪些处理在个人电脑上运行。一般来讲，最佳的系统设计是所有的高速数据流通过FPGA，而不通过个人电脑。个人电脑可用于数据流管理和一些比较低的数据输出功能，例如插入叠加数据。

以下类型的处理适于通过FPGA得到最佳性能：视频混合/叠加；同步压缩/解压；数据格式的转换/转码；多频道同时输出系统的IP、DVB/ATSC规格封包/流处理；视频提取、解压、多频道广播；视频增强：减噪、色像稳定、分辨率增强等；视频、音频和其他数据流处理。

基于一个FPGA芯片的板可处理合计高达500MB的带宽（相当于一个高画质非压缩数据流或4个标准画质非压缩数据流）。

如果用户需要，一台个人电脑可携带多块处理板，一台塔式rack-mount服务器可包含多台个人电脑。

这一设计方法应用十分广泛，从可处理几个SDI数据流的小型个人电脑直到处理上百个数据流的塔式服务器都可胜任。

6."个人电脑+FPGA"平台的应用

使用以上"个人电脑+FPGA"平台的算法，对于以下类型的应用可提供低成本、高效率的解决方案：局部网、娱乐、万维网、有线电视的视频点播服务器；定时重播服务器；延时；体育节目和其他节目的视频实况制作；ATSC/DVB 数据广播；社区服务系统、当地新闻/天气预报、有线网上购物；互联网的合作交流频道；多频道卫星接受设备；节目制作和插入广告设备；区域性视频发布系统。

7.介绍： Tsunami板上视频平台

Avvida 公司的Tsunami PCI板和Wave开发工具包可使用户快速开发并量产他们的产品。

Tsunami广播处理板包括：最多达6个SDI接口；最多达5个FPGA芯片，每个芯片拥有4个高速内存，能够实现多种视频处理功能；通过PCI总线与个人电脑的高带宽内存存取；一个数字视频输入接口，从个人电脑到Tsunami广播板的传送速率可达300Mbps。

Avvida 公司可提供如下的视频处理功能模块：SDI RAW视频格式和4∶4∶2、YUV、YcrCb、其他同步压缩格式之间的格式转换；4∶4∶4到4∶4∶2格式的抽样；色彩空间转换：RGB格式到YUV格式；视频和音频的叠加和混合；SDI输入/输出处理和误码检测（EDH）的插入和提取；同步锁相；MPEG2、MPEG4和其他的压缩/解压规格；SDI输入信号存盘；存储内容重播；其他。

8.总结

对更强处理能力的数字视频广播系统的需求正在快速增长，这对一种应用前景广阔的系统既是一种新的挑战，也是一个新的机会。一台装配了Avvida 公司强大威力的Tsunami FPGA PCI处理板的标准个人电脑能够有效地满足市场的需求。处理板所附加的基于FPGA的视频处理功能模块可为用户带来更低开发成本和更短的投放市场时间。