采用FPGA實現廣播視頻基礎系統的設計要點

就數字電視而言，MPEG-2標準在全球范圍內占據著主導地位，數字有線、衛星和地面廣播都在使用這種標準。隨著廣播行業趨向于更高清晰度的內容，給定的傳送帶寬在適應規定的模擬帶寬上承受著越來越大的壓力。隨著IPTV在傳統電信有線系統上的興起，用MPEG-2標準向用戶傳送視頻節目無疑不再經濟可行。

ITU-T視頻編碼專家組(VCEG)和ISO/IEC運動圖像專家組(MPEG)開始力推MPEG4-Part 10(也稱為H.264)標準。H.264可以比先前標準低得多的比特速率提供高品質的圖像質量，在復雜性方面也不會有太大的提高。另外一個目標是讓標準具有足夠的靈活性，以適應各種應用場合(包括低比特率和高比特率以及低分辨率和高分辨率視頻)，并能在各種網絡和系統上良好地工作。還有另外一些壓縮標準(如JPEG2000)，它們采用基于小波算法的狀態技術。

視頻發送

壓縮后的視頻可以在廣播室內用ASI標準進行短距離的傳送。業界的趨勢是使用IP視頻技術長距離發送視頻數據。Altera公司提供的IP視頻參考設計具有在IP網絡上發送MPEG-2傳輸流(TS)的功能。該參考設計將一個或一個以上的壓縮視頻流橋接到100Mbps或1Gbps以太網上的IP包。同時，Altera還提供了ASI編碼和譯碼參考設計。數字視頻廣播異步串口(DVB-ASI)是一種串行數據傳輸協議，用于在銅纜或光纖網絡上傳送MPEG-2數據包。

視頻縮放和去隔行

創作室和前端設備通常需要為標清與高清之間相互轉換等應用執行視頻縮放和去隔行。其它應用還包括用于邊緣檢測處理的濾波器、垂直運動濾波器和場間運動濾波器等。

對許多專業影視室來說，最常見的要求之一是使用單個或多個顯示器設備顯示各種標準的SDTV或HDTV信號。利用遙控功能方便地在這些不同的視頻源之間切換對創建專業、易用的系統來說至關重要，因此視頻縮放和去隔行對視頻切換設備/路由器(swticher/router)來說是很重要的，它能讓切換設備/路由器處理不同類型的視頻分辨率，方便進行視頻切換、路由和本地顯示。

色度空間轉換和視頻格式

由于廣播商必須根據最終用戶所處的不同地理位置提供不同的視頻格式，因此廣播創作室必須能夠完成不同的色度空間和視頻格式之間的轉換。顏色一般用不同的色度空間域(color space domain)表示，每個空間域根據系統要求關聯到不同的應用。顏色信息由兩個獨立的色度信號Cb和Cr決定，這兩個信號還是第三個信號-亮度或照度信號Y的函數。RGB色度空間則由三個顏色分量-紅、綠和藍決定。當在使用不同色度空間模型的器件之間傳送數據時，就需要進行色度空間轉換。例如，將電視圖像傳送給計算機顯示器，就需要將圖像從YCbCr色度空間模型轉換到RGB色度空間。相反，將圖像從計算機顯示器傳送到電視機時就要求從RGB色度空間轉換成YCbCr色度空間。Altera公司的色度空間轉換器MegaCore功能就可以用來在各種應用場合下實現這些顏色轉換。

視頻和圖像處理系統架構

系統架構可以選擇標準單元ASIC、ASSP和可編程解決方案，如DSP或媒體處理器和FPGA。每種方法各有優缺點，最終取決于最終設備要求和解決方案的可用性。從上面討論的趨勢來看，理想架構需要具有以下一些特征：高性能、靈活性、易升級、低開發成本，以及隨著應用的成熟和用量的增加，成本逐漸降低。

1. 高性能

性能不僅涉及壓縮，而且與預處理和后處理功能有關。在許多實際應用中這些功能都比壓縮算法本身占用更多的資源。這些功能包括縮放、去隔行、濾波和色度空間轉換。廣播市場對高性能的需求排除了只有處理器的架構方案，因為它們無法依靠單個器件滿足性能要求。工作頻率達1GHz的最先進DSP也無法完成H.264高清圖像解碼，而H.264高清編碼的復雜度比解碼要高出約10倍。FPGA是唯一可以解決這個問題的可編程解決方案。在某些情況下，最佳解決方案是FPGA和外部DSP處理器的組合。

2. 靈活性可以加快上市時間，方便升級

在技術飛速發展的同時，架構必須具有相當大的靈活性和易升級能力。由于標準單元ASIC和ASSP都沒有這方面的特性，因此不能滿足這種用途。通常針對批量非常大的消費類市場設計的ASSP很快會過時，因此對大多數應用來說使用ASSP的風險太大。