利用FPGA實(shí)現(xiàn)高性能數(shù)字電視系統(tǒng)

由于MPEG-2壓縮技術(shù)的采用，絕大多數(shù)市場(chǎng)都已接受數(shù)字電視(DTV)，但情況并非如此簡(jiǎn)單。H.26?-AVC (MPEG-4 第10部分)和微軟的VCI壓縮標(biāo)準(zhǔn)承諾可為標(biāo)準(zhǔn)和高清(HD)電視帶來(lái)更大幅度的進(jìn)步。廣播設(shè)備OEM將需要采用這些新興的壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)，以有效地滿足目前及未來(lái)的帶寬要求。

在這個(gè)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，OEM不但要面對(duì)內(nèi)核的視頻編解碼器標(biāo)準(zhǔn)，還要應(yīng)對(duì)各種要求更高的視頻前/后處理算法，這些算法對(duì)保持和改善圖象質(zhì)量至關(guān)重要。鑒于這種狀況，設(shè)計(jì)前景可謂充滿挑戰(zhàn)。

越來(lái)越高的分辨率和各種新興的壓縮標(biāo)準(zhǔn)都對(duì)底層技術(shù)提出了更高性能要求。此外，架構(gòu)也必須具有足夠的靈活性，以便讓設(shè)計(jì)工程師能迅速高效地升級(jí)產(chǎn)品，并為量產(chǎn)提供一條簡(jiǎn)單且具有成本效益的通道。

在這種應(yīng)用中，F(xiàn)PGA發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。設(shè)計(jì)工程師還可以選擇ASIC和ASSP等技術(shù)。ASIC和ASSP都可以為產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供一個(gè)低成本的固定平臺(tái)。但面對(duì)不斷變化的市場(chǎng)所要求的終端產(chǎn)品的高靈活性，這兩種技術(shù)又都有一些明顯缺點(diǎn)。

采用ASSP難以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品差異化，且它們通常無(wú)法支持最新的標(biāo)準(zhǔn)和邏輯功能。對(duì)ASIC來(lái)說(shuō)，定制開(kāi)發(fā)耗時(shí)且費(fèi)錢，其一次性工程支出(NRE)在50萬(wàn)美元以上，開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)達(dá)數(shù)年，而且若對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行更改還會(huì)由于重新投片而延誤上市時(shí)間。另一方面，理想的架構(gòu)應(yīng)該是集高性能、易于升級(jí)的特性以及較低的開(kāi)發(fā)成本于一身的架構(gòu)。

H.26? AVC是一種全新的技術(shù)，比如它不僅適用于壓縮，還適用于前/后處理。在許多情況下，縮放、去隔行、濾波和色度空間轉(zhuǎn)換等功能往往更需要性能更高的芯片，而不是壓縮算法。

圖：采用H.263/AVC壓縮格式與采用H.26?/AVC壓縮格式的圖像效果對(duì)比。

另外，DTV系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)視頻處理無(wú)法采用單一處理器架構(gòu)來(lái)執(zhí)行，因?yàn)檫@些采用單個(gè)CPU的架構(gòu)無(wú)法滿足性能要求。工作頻率為1GHz 的最先進(jìn)的DSP也無(wú)法進(jìn)行H.26? HD解碼。H.26? HD編碼要比解碼復(fù)雜約10倍，顯然它需要更強(qiáng)的處理能力。

可編程邏輯特別能滿足視頻和成像處理的要求。FPGA因其固有的特性而適合這一應(yīng)用領(lǐng)域。一片F(xiàn)PGA就可執(zhí)行HD處理。另外，F(xiàn)PGA可以實(shí)現(xiàn)快速的架構(gòu)調(diào)整，以迅速響應(yīng)不斷變化的需求。

為簡(jiǎn)化FPGA設(shè)計(jì)，只需花一千多美元就可買到視頻開(kāi)發(fā)工具包。這些工具包應(yīng)包含完成視頻系統(tǒng)開(kāi)發(fā)所需的軟件工具。利用這些工具可快速開(kāi)發(fā)目標(biāo)系統(tǒng)從而占得先機(jī)；此外，系統(tǒng)OEM還可借助這些工具實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的差異化。

同樣重要的是，F(xiàn)PGA制造商應(yīng)具有在產(chǎn)品首次推出后，長(zhǎng)期成功提供該產(chǎn)品的良好口碑。此外，制造商必須具有其FPGA產(chǎn)品可按計(jì)劃地有效地轉(zhuǎn)移至下一個(gè)制造工藝節(jié)點(diǎn)的能力，并且還應(yīng)提供來(lái)自其專家伙伴、具有價(jià)值貢獻(xiàn)的魯棒的視頻和圖像處理方案。

沒(méi)有哪家公司能夠獨(dú)立應(yīng)對(duì)所有這些復(fù)雜的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。需要解決的問(wèn)題數(shù)不勝數(shù)。在當(dāng)今環(huán)境下能解決問(wèn)題的是一個(gè)由多家機(jī)構(gòu)組成的生態(tài)系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)能夠滿足OEM的需求，并以最佳方案填補(bǔ)空白。

我們的目標(biāo)是一個(gè)由專家經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)和硅構(gòu)建起來(lái)的、能滿足全部數(shù)字邏輯需求的生態(tài)系統(tǒng)。這樣一個(gè)系統(tǒng)必須能解決OEM的所有棘手問(wèn)題，而通常*了一群專家、具有多方面能力的合作伙伴才能創(chuàng)建最佳解決方案。

為OEM建立支持基礎(chǔ)需要對(duì)目前以及未來(lái)的消費(fèi)需求有深刻認(rèn)識(shí)。當(dāng)有效地建立起這一基礎(chǔ)之后，這個(gè)支持生態(tài)系統(tǒng)伙伴使得OEM可以通過(guò)將精力集中在高清DTV產(chǎn)品的差異化來(lái)獲取更多利潤(rùn)。 （Altera公司）