利用fpga實(shí)現(xiàn)視頻與影像處理應(yīng)用設(shè)計(jì)

1、利用利用FPGA實(shí)現(xiàn)視頻與影像處理應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)視頻與影像處理應(yīng)用設(shè)計(jì)作者作者：電子工程…文章來(lái)源文章來(lái)源：電子工程專(zhuān)輯點(diǎn)擊數(shù)點(diǎn)擊數(shù)：246更新時(shí)間更新時(shí)間：2007630許多令人心動(dòng)的技術(shù)創(chuàng)新(如HDTV和數(shù)字影院)都是和視頻與影像處理技術(shù)以及這種技術(shù)的快速發(fā)展分不開(kāi)的。影像捕獲和顯示分辨率的跳躍式發(fā)展、先進(jìn)的壓縮技術(shù)和視頻智能正是這種技術(shù)創(chuàng)新背后源源不斷的驅(qū)動(dòng)力。特別是分辨率在過(guò)去幾年里有了顯著的提高。表1顯示了不同的終端設(shè)備類(lèi)型中當(dāng)

2、前采用的最高分辨率。表1：終端設(shè)備類(lèi)型的分辨率從標(biāo)準(zhǔn)清晰度(SD)發(fā)展到高清晰度(HD)，需要處理的數(shù)據(jù)量增加了6倍。視頻監(jiān)測(cè)也從通用中間格式(CIF)(352x288)發(fā)展到了標(biāo)準(zhǔn)要求的D1格式(704x576)，一些工業(yè)攝像機(jī)甚至發(fā)展到了1280x720的高清晰度格式。軍事監(jiān)測(cè)、醫(yī)療成像和機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用也正在向非常高分辨率的影像轉(zhuǎn)移。先進(jìn)的壓縮技術(shù)正在取代前一代技術(shù)，它能提供更好的數(shù)據(jù)流性能、給定品質(zhì)下更高的壓縮率以及更低的延遲。JP

3、EG2000作為數(shù)字影院的標(biāo)準(zhǔn)在軍事、醫(yī)療成像和監(jiān)測(cè)領(lǐng)域得到了廣泛采納。H.264有望取代廣播電視領(lǐng)域中的MPEG2、視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的MPEG4第2部分和視頻會(huì)議中的H.263。甚至在這些新的壓縮解決方案部署的同時(shí)，正在進(jìn)行中的標(biāo)準(zhǔn)化工作仍在不斷增強(qiáng)H.264和JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)。DICOM醫(yī)療成像標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)完成了附件105，其中包括了三維醫(yī)療成像壓縮采用的JPEG2000第2部分中的多組件轉(zhuǎn)換。附件106將包含遠(yuǎn)程瀏覽JPEG2000

4、壓縮的醫(yī)療影像所需的JPIP協(xié)議。MPEG4第10部分(H.264AVC)的下一個(gè)延伸就是可伸縮視頻編碼(SVC)。SVC編碼方案可以滿足在異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)上使用現(xiàn)有的系統(tǒng)資源向不同用戶(hù)可靠傳送視頻的需要，特別是在下行客戶(hù)性能、系統(tǒng)資源和網(wǎng)絡(luò)條件無(wú)法提前獲知的情況下。例如，客戶(hù)機(jī)可能有不同的顯示分辨率，系統(tǒng)可能有不同的緩存或中間存儲(chǔ)資源，網(wǎng)絡(luò)可能有不同的帶寬、丟包率和盡力而為或服務(wù)質(zhì)量(QoS)性能。聯(lián)合視頻工作組(JVT)正在開(kāi)發(fā)AVCH.2

5、64的延伸，以提供具有更好壓縮效率的位流級(jí)伸縮性，同時(shí)允許自由組合各種伸縮模式(如空間、時(shí)間和SNR保真度伸縮能力)。應(yīng)用領(lǐng)域包括視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、移動(dòng)流視頻、無(wú)線多通道視頻制作與傳送以及多方視頻電話會(huì)議。另外一個(gè)正在快速發(fā)展的領(lǐng)域是視頻智能。攝像機(jī)已經(jīng)能夠移動(dòng)拍攝、傾斜拍攝、可變焦拍攝和全景拍攝，但這些功能今后將完全由系統(tǒng)智能代替手工干預(yù)。運(yùn)動(dòng)檢測(cè)功能只存儲(chǔ)那些超過(guò)運(yùn)動(dòng)門(mén)限的視頻幀，從而能更高效地實(shí)現(xiàn)硬盤(pán)存儲(chǔ)。視頻對(duì)象識(shí)別功能將需要使用自

6、動(dòng)監(jiān)測(cè)，其效率要比人工監(jiān)測(cè)高得多。隨著分辨率的提高和壓縮算法的進(jìn)步，對(duì)系統(tǒng)性能和架構(gòu)靈活性提出了更高的要求，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的快速更新。隨著技術(shù)的成熟和產(chǎn)量的增加，成本需要得到進(jìn)一步降低。5.實(shí)現(xiàn)低成本的結(jié)構(gòu)化ASIC的遷移路徑。Altera公司100萬(wàn)門(mén)的結(jié)構(gòu)化ASIC在10萬(wàn)片時(shí)的起價(jià)為15美元。6.Altera的視頻與影像處理解決方案。包括優(yōu)化的DSP設(shè)計(jì)流程、Altera的視頻與影像處理套件、接口與第三方視頻壓縮IP以及視頻參考設(shè)計(jì)。

7、在FPGA結(jié)構(gòu)化結(jié)構(gòu)化ASIC上實(shí)現(xiàn)類(lèi)似上實(shí)現(xiàn)類(lèi)似ASSP的功能的功能隨著解決方案數(shù)量的增加，Altera和合作伙伴成功地在FPGA或結(jié)構(gòu)化ASIC上實(shí)現(xiàn)了ASSP功能。ATEME的H.264主類(lèi)(mainprofile)標(biāo)準(zhǔn)清晰度編碼器產(chǎn)品就是其中一個(gè)例子。有了這樣的產(chǎn)品，用戶(hù)就可以像使用ASSP那樣使用FPGA。與傳統(tǒng)的ASSP方法相比，這種方法的優(yōu)勢(shì)在于FPGA解決方案可以快速升級(jí)，不存在過(guò)時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)。DSP設(shè)計(jì)流程設(shè)計(jì)流程Alte

8、ra針對(duì)定制開(kāi)發(fā)提供了優(yōu)化的DSP設(shè)計(jì)流程，該流程允許用多種不同的方式表達(dá)設(shè)計(jì)，包括VHDLVerilog、基于模型的設(shè)計(jì)和基于C的設(shè)計(jì)。Altera的核心視頻與影像處理套件可以與這些設(shè)計(jì)流程中的任何一個(gè)一起使用。Altera和MathWks公司合作開(kāi)發(fā)了一種綜合的DSP開(kāi)發(fā)流程，允許設(shè)計(jì)師充分發(fā)揮AlteraFPGA的性?xún)r(jià)比優(yōu)勢(shì)，同時(shí)高效地使用MathWks公司基于模型的設(shè)計(jì)工具Simulink。Altera的DSPBuilder是一

9、款DSP開(kāi)發(fā)工具，可以用來(lái)連接Simulink和Altera公司先進(jìn)的QuartusII開(kāi)發(fā)軟件。DSPBuilder提供了無(wú)縫的設(shè)計(jì)流程，設(shè)計(jì)師利用該流程可以在MATLAB軟件環(huán)境中進(jìn)行算法開(kāi)發(fā)，并在Simulink軟件中做系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)。然后形成硬件描述語(yǔ)言(HDL)，提供給QuartusII軟件使用。DSPBuilder工具緊密集成了SOPCBuilder工具，能幫助用戶(hù)構(gòu)建包含Simulink設(shè)計(jì)和Altera嵌入式處理器以及知識(shí)產(chǎn)