用FPGA替代DSP實(shí)現(xiàn)即使視頻處理

隨著數(shù)字融合的進(jìn)一步發(fā)展，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)需要更大的靈活性，以解決將完全不同的標(biāo)準(zhǔn)和要求整合為同類產(chǎn)品時(shí)引發(fā)的諸多問(wèn)題。本文介紹FPGA在視頻處理中的應(yīng)用，與ASSP和芯片組解決方案相比，FPGA可根據(jù)目前設(shè)計(jì)工程師的實(shí)際需求提供不同層次的靈活性，并保持明顯優(yōu)于傳統(tǒng)DSP的性能。

實(shí)時(shí)視頻處理對(duì)系統(tǒng)性能的要求極高，因此幾乎所有只具最簡(jiǎn)單功能的通用DSP都不具備這項(xiàng)功能。可程序邏輯組件允許設(shè)計(jì)人員利用平行處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)處理算法，并且只需單個(gè)組件就能實(shí)現(xiàn)期望的性能。基于DSP的解決方案通常需要在單板上嵌入許多DSP，以得到必需的處理能力，這無(wú)疑將增加程序資源開(kāi)銷和數(shù)據(jù)內(nèi)存資源開(kāi)銷。

藉由在實(shí)時(shí)環(huán)境下進(jìn)行視頻處理，系統(tǒng)工程人員可將幀內(nèi)存需求和數(shù)據(jù)緩沖需求降至最低，而在非實(shí)時(shí)應(yīng)用中則無(wú)需如此。

隨著業(yè)界積極推動(dòng)高質(zhì)量視頻開(kāi)發(fā)以及壓縮格式的不斷改進(jìn)，系統(tǒng)處理速度也不斷提高。可程序邏輯組件也采用了專用尋呼設(shè)備中廣泛采用的FPGA組件架構(gòu)。由于FPGA制程的發(fā)展遵循摩爾定律，因此與稍早開(kāi)發(fā)的同種產(chǎn)品相比，新產(chǎn)品能以更具吸引力的成本優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)相同的功能和性能。

這種趨勢(shì)的一大源動(dòng)力來(lái)自網(wǎng)絡(luò)、廣播、處理和顯示技術(shù)的融合，即業(yè)界所稱的‘?dāng)?shù)位融合’。由于在極窄的傳輸信道(如無(wú)線信道)上發(fā)送高頻寬視頻數(shù)據(jù)并保持適當(dāng)?shù)臉I(yè)務(wù)質(zhì)量(QoS)極其困難，因此設(shè)計(jì)人員展開(kāi)了廣泛的研究，致力于改進(jìn)糾錯(cuò)、壓縮和圖像處理技術(shù)，這些研究均建立在FPGA實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上。

圖像壓縮/解壓縮-DCT/IDCT

目前在數(shù)字視頻系統(tǒng)中主要使用的視頻壓縮格式是MPEG2，已廣泛應(yīng)用于數(shù)字電視、視訊轉(zhuǎn)換盒、數(shù)字衛(wèi)星系統(tǒng)、高清晰度電視(HDTV)譯碼器、DVD播放器、視頻會(huì)議設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)電話中。原始的數(shù)字視頻信息總需要進(jìn)行壓縮，以便藉由適當(dāng)?shù)膫鬏斖ǖ纻魉突蛘邇?chǔ)存在適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)(如磁盤)中。此外還有許多新標(biāo)準(zhǔn)即將或正在推出，包括最為引人注目的MPEG4，但大多數(shù)基于該技術(shù)的產(chǎn)品仍在開(kāi)發(fā)中。