利用FPGA实现高性能数字电视系统

文章摘要：由于MPEG-2压缩技术的采用，绝大多数市场都已接受数字电视(DTV)，但情况并非如此简单。H.26?-AVC (MPEG-4 第10部分)和微软的VCI压缩标准承诺可为标准和高清(HD)电视带来更大幅度的进步。广播设备OEM将需要采用这些新兴的压缩编码标准，以有效地满足目前及未来的带宽要求。在这个设计转换过程中，OEM不但要面对内核的视频编解码器标准，还要应对各种要求更高的视频前/后处理算法，这些算法对保持和改善图象质量至关重要。鉴于这种状况，设计前景可谓充满挑战。越来越高的分辨率和各种新兴的压缩标准都对底层技术提出了更高性能要求。此外，架构也必须具有足够的灵活性，以便让设计工程师能迅速高效

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　　由于MPEG-2压缩技术的采用，绝大多数市场都已接受数字电视(DTV)，但情况并非如此简单。H.26?-AVC (MPEG-4 第10部分)和微软的VCI压缩标准承诺可为标准和高清(HD)电视带来更大幅度的进步。广播设备OEM将需要采用这些新兴的压缩编码标准，以有效地满足目前及未来的带宽要求。

　　在这个设计转换过程中，OEM不但要面对内核的视频编解码器标准，还要应对各种要求更高的视频前/后处理算法，这些算法对保持和改善图象质量至关重要。鉴于这种状况，设计前景可谓充满挑战。

　　越来越高的分辨率和各种新兴的压缩标准都对底层技术提出了更高性能要求。此外，架构也必须具有足够的灵活性，以便让设计工程师能迅速高效地升级产品，并为量产提供一条简单且具有成本效益的通道。

　　在这种应用中，FPGA发挥了至关重要的作用。设计工程师还可以选择ASIC和ASSP等技术。ASIC和ASSP都可以为产品设计提供一个低成本的固定平台。但面对不断变化的市场所要求的终端产品的高灵活性，这两种技术又都有一些明显缺点。

　　采用ASSP难以实现产品差异化，且它们通常无法支持最新的标准和逻辑功能。对ASIC来说，定制开发耗时且费钱，其一次性工程支出(NRE)在50万美元以上，开发周期长达数年，而且若对设计进行更改还会由于重新投片而延误上市时间。另一方面，理想的架构应该是集高性能、易于升级的特性以及较低的开发成本于一身的架构。

　　H.26? AVC是一种全新的技术，比如它不仅适用于压缩，还适用于前/后处理。在许多情况下，缩放、去隔行、滤波和色度空间转换等功能往往更需要性能更高的芯片，而不是压缩算法。

　　图：采用H.263/AVC压缩格式与采用H.26?/AVC压缩格式的图像效果对比。

　　另外，DTV系统中的实时视频处理无法采用单一处理器架构来执行，因为这些采用单个CPU的架构无法满足性能要求。工作频率为1GHz 的最先进的DSP也无法进行H.26? HD解码。H.26? HD编码要比解码复杂约10倍，显然它需要更强的处理能力。

　　可编程逻辑特别能满足视频和成像处理的要求。FPGA因其固有的特性而适合这一应用领域。一片FPGA就可执行HD处理。另外，FPGA可以实现快速的架构调整，以迅速响应不断变化的需求。

　　为简化FPGA设计，只需花一千多美元就可买到视频开发工具包。这些工具包应包含完成视频系统开发所需的软件工具。利用这些工具可快速开发目标系统从而占得先机；此外，系统OEM还可借助这些工具实现产品的差异化。

　　同样重要的是，FPGA制造商应具有在产品首次推出后，长期成功提供该产品的良好口碑。此外，制造商必须具有其FPGA产品可按计划地有效地转移至下一个制造工艺节点的能力，并且还应提供来自其专家伙伴、具有价值贡献的鲁棒的视频和图像处理方案。

　　没有哪家公司能够独立应对所有这些复杂的设计挑战。需要解决的问题数不胜数。在当今环境下能解决问题的是一个由多家机构组成的生态系统，这个系统能够满足OEM的需求，并以最佳方案填补空白。

　　我们的目标是一个由专家经验、技术和硅构建起来的、能满足全部数字逻辑需求的生态系统。这样一个系统必须能解决OEM的所有棘手问题，而通常*了一群专家、具有多方面能力的合作伙伴才能创建最佳解决方案。

　　为OEM建立支持基础需要对目前以及未来的消费需求有深刻认识。当有效地建立起这一基础之后，这个支持生态系统伙伴使得OEM可以通过将精力集中在高清DTV产品的差异化来获取更多利润。 （Altera公司）