如何在FPGA中實(shí)現(xiàn)圖像格式轉(zhuǎn)換

作者：時(shí)間：2011-08-18 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

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本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/191061.htm

圖5. 更新縮放功能

　　為進(jìn)一步定制設(shè)計(jì)，您可以針對(duì)MegaCore 功能來(lái)修改參數(shù)。Altera 開(kāi)發(fā)的所有視頻功能都是可以進(jìn)行參數(shù)賦值的。如圖6 所示，利用去隔行器功能，您不但可以選擇去隔行算法，還可以選擇默認(rèn)場(chǎng)、直通模式、外部存儲(chǔ)器緩沖幀數(shù)量、輸出幀速率和運(yùn)動(dòng)控制補(bǔ)償?shù)人惴ā?/font>

圖6. 參數(shù)賦值硬件功能模塊

　　Avalon-ST 和Avalon-MM 接口標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放即插即用規(guī)范意味著您可以先進(jìn)行圖像格式轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)，然后，采用定制模塊來(lái)替換Altera 模塊。很多設(shè)計(jì)人員都有適合自己應(yīng)用的定制算法。為實(shí)現(xiàn)定制算法的簡(jiǎn)單集成，Altera 提供支持Avalon-ST 接口打包器的HDL 模板。打包器包括以下模塊：

　　■ VIP 控制數(shù)據(jù)包解碼器——從數(shù)據(jù)流中解碼VIP 控制數(shù)據(jù)包，將解碼后的數(shù)據(jù)（寬度、高度、隔行信息）作為單獨(dú)的信號(hào)發(fā)送給算法功能模塊。

　　■ VIP 控制數(shù)據(jù)包編碼器——根據(jù)接收到的寬度、高度和隔行信息對(duì)VIP 控制數(shù)據(jù)包編碼，將其插入到數(shù)據(jù)流中。

　　■ VIP 流控制打包器——圍繞用戶算法進(jìn)行打包處理，實(shí)現(xiàn) Avalon-ST 與簡(jiǎn)單讀寫(xiě)接口的流控制轉(zhuǎn)換。

　　■ 用戶算法內(nèi)核——HDL 模板在用戶算法模塊中提供了簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)實(shí)例。您可以采用自己的算法替代這一模塊。

　　圖7 所示為HDL 模板的高級(jí)結(jié)構(gòu)視圖。

圖7. Avalon 流HDL 模板

　　Algolith 作為Altera IP 合作伙伴，是視頻IP 領(lǐng)域的專業(yè)公司，采用了HDL 模板來(lái)評(píng)估其內(nèi)核。Algolith 開(kāi)始時(shí)采用Altera 參考設(shè)計(jì)進(jìn)行圖像格式轉(zhuǎn)換，然后使用自己的專用運(yùn)動(dòng)自適應(yīng)去隔行器替代Altera 去隔行器，并提供給用戶，在硬件中進(jìn)行評(píng)估。同樣， Algolith 使用Altera 視頻設(shè)計(jì)工作臺(tái)開(kāi)發(fā)了參考設(shè)計(jì)，幫助用戶評(píng)估他們的噪聲抑制IP。

　　4 結(jié)論

　　Altera 視頻工作臺(tái)為廣播基礎(chǔ)實(shí)施系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)圖像格式轉(zhuǎn)換提供所有必須的關(guān)鍵功能。采用Altera 視頻設(shè)計(jì)工作臺(tái)和圖像格式轉(zhuǎn)換參考設(shè)計(jì)， FPGA 設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在可以使用以前只有廣播ASSP 才能提供的功能，而且還具有靈活性和硬件定制等優(yōu)勢(shì)。

　引言

　　服務(wù)器、交換機(jī)、前端編碼器以及專用演播顯示器等廣播基礎(chǔ)設(shè)備系統(tǒng)支持各種輸入圖像格式，在存儲(chǔ)、編碼和顯示之前，通常需要將圖像轉(zhuǎn)換為高清晰（HD）或者其他分辨率格式。專用ASSP 雖然滿足了這一市場(chǎng)需求，取得了一定的成功，但仍然面臨通過(guò)采用單芯片方案來(lái)滿足廣播設(shè)備供應(yīng)商各種特殊需求這一挑戰(zhàn)。例如，在交換機(jī)應(yīng)用中，總延時(shí)非常重要，延時(shí)是顯示和視頻會(huì)議系統(tǒng)的關(guān)鍵因素，而圖像質(zhì)量是攝制后期設(shè)備最重要的指標(biāo)。除了這些特殊應(yīng)用需求，器件還必須能夠支持各種幀速率、分辨率和格式。

　　而且，這類設(shè)備的設(shè)計(jì)周期相對(duì)較短，當(dāng)需求變化時(shí)，設(shè)計(jì)人員沒(méi)有足夠的時(shí)間等待長(zhǎng)周期ASSP 重制的完成。結(jié)果，很多優(yōu)秀的視頻技術(shù)ASSP 供應(yīng)商在這一領(lǐng)域未能及時(shí)跟上市場(chǎng)的腳步，被消費(fèi)類電子芯片生產(chǎn)商收購(gòu)，為消費(fèi)類市場(chǎng)提供視頻處理專業(yè)技術(shù)。例如， Gennum （VXP）、Genesis、Silicon Optix 和LetIt Wave 分別被Sigma Designs、ST Micro、IDT 和Zoran 收購(gòu)。

　　在這一ASSP 行業(yè)合并和重新定位過(guò)程中， FPGA 視頻處理功能不斷增強(qiáng)，成為定制圖像格式轉(zhuǎn)換應(yīng)用的理想平臺(tái)。為支持加速實(shí)現(xiàn)FPGA 圖像格式轉(zhuǎn)換， Altera 開(kāi)發(fā)了本白皮書(shū)介紹的1080p 視頻設(shè)計(jì)工作臺(tái)，幫助系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員輕松開(kāi)發(fā)定制圖像格式轉(zhuǎn)換信號(hào)鏈。本文所討論的圖像格式轉(zhuǎn)換參考設(shè)計(jì)可以作為起點(diǎn)，適當(dāng)修改后用于定制視頻處理應(yīng)用開(kāi)發(fā)。本設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)硬件驗(yàn)證，可以提供給授權(quán)用戶。

　　1 視頻設(shè)計(jì)工作臺(tái)

　　Altera 視頻設(shè)計(jì)工作臺(tái)集成了各種工具和構(gòu)建模塊視頻功能，有助于加速定制圖像格式轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)和實(shí)現(xiàn)。它包括以下組成：

　　■ 構(gòu)建模塊視頻知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）內(nèi)核

　　■ 格式轉(zhuǎn)換參考設(shè)計(jì)，展示FPGA 功能，提供設(shè)計(jì)起點(diǎn)。

　　■ 低開(kāi)銷開(kāi)放視頻接口，支持混合匹配定制或者商用IP 模塊。

　　■ 用于集成處理器和存儲(chǔ)器子系統(tǒng)的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)工具

　　■ 可迅速進(jìn)行原型設(shè)計(jì)的各種視頻開(kāi)發(fā)套件

　　Altera 為視頻處理開(kāi)發(fā)了各種構(gòu)建模塊，即，視頻和圖像處理（VIP）包（參見(jiàn)圖1）。在這一開(kāi)發(fā)包的眾多功能中，縮放和去隔行是圖像格式轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)最常用的功能。Altera 的VIP 包具有復(fù)雜的多相縮放引擎和去隔行功能，可以配置實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)自適應(yīng)去隔行功能。其他常用的功能包括色度重新采樣、顏色空間轉(zhuǎn)換以及幀速率轉(zhuǎn)換等，這些都含在VIP 包中?？梢园堰@些視頻功能結(jié)合在一起，開(kāi)發(fā)定制視頻格式轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)。