用FPGA替代DSP實(shí)現(xiàn)即使視頻處理
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MPEG2和MPEG4算法的核心是一種稱為離散余弦變換(DCT)的作業(yè)。DCT的基本原理是取圖素塊的平方并除去觀察者察覺(jué)不到的冗余信息。為了解壓縮數(shù)據(jù)，還需要反離散余弦(IDCT)運(yùn)算。
雖然MPEG算法中的DCT部份已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化并能在FPGA中有效實(shí)現(xiàn)，MPEG編碼仍有許多部份尚未明確規(guī)定。而正是這些不明確部份使得一家公司的產(chǎn)品得以區(qū)別于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，并開(kāi)發(fā)出擁有自主產(chǎn)權(quán)的算法。許多專(zhuān)用MPEG譯碼器在這些部份(如運(yùn)動(dòng)估計(jì)模塊)使用了FPGA。因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/FPGA">FPGA可重新配置，因此組件能方便地進(jìn)行刷新，并在整個(gè)開(kāi)發(fā)階段(包括配置之后)整合新算法，而完全依賴標(biāo)準(zhǔn)ASSP解決方案的公司由于受到自身能力的限制而無(wú)法開(kāi)發(fā)出類(lèi)似產(chǎn)品，因此市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)較大(圖1)。
色彩空間轉(zhuǎn)換
視頻系統(tǒng)另一重要部份是色彩空間轉(zhuǎn)換，該制程規(guī)定了圖像的表示方法，例如由一種色彩格式轉(zhuǎn)化為另一種不同的色彩格式。
人眼傳感器只能檢測(cè)到波長(zhǎng)介于400nm至700nm之間的可見(jiàn)光，這些傳感器稱為圓錐細(xì)胞，具有三種不同的類(lèi)型：紅光圓錐細(xì)胞、綠光圓錐細(xì)胞和藍(lán)光圓錐細(xì)胞。如果單波長(zhǎng)的光可見(jiàn)，這三種傳感器的相對(duì)反應(yīng)能使我們鑒別出光的顏色。該現(xiàn)象極具實(shí)用價(jià)值，因?yàn)檫@意味著我們只需簡(jiǎn)單地按不同比例將上述三種光混合，就能產(chǎn)生各種顏色的光。這就是著名的三色原理，它在彩電系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。
我們可以在3維立方體中藉由繪制三原色(即紅色、綠色和藍(lán)色，簡(jiǎn)寫(xiě)為RGB)的構(gòu)成比率圖以表示各種顏色，其中黑色位于原點(diǎn)，而白色則位于原點(diǎn)的斜對(duì)角。得到的立方體就是著名的RGB色彩空間。
不管最終的顯示媒體是紙張、LED、CRT或等離子顯示器，圖像總可細(xì)分為很多個(gè)圖素(例如HDTV可具備1920×1080個(gè)圖素)。同時(shí)每種媒體之間又存在些許差異，但其基本原理都是每個(gè)圖素由一定比例的紅色、綠色或藍(lán)色構(gòu)成，構(gòu)成的比例取決于驅(qū)動(dòng)顯示的電壓信號(hào)。
利用RGB格式處理圖像時(shí)，每個(gè)圖素由3個(gè)分別對(duì)應(yīng)于三原色的8位或10位字確定，因而這不是一種最高效的處理方法。這種格式下，必須在所有的紅色、綠色和藍(lán)色信道上對(duì)圖素進(jìn)行作業(yè)，所需的儲(chǔ)存空間和數(shù)據(jù)頻寬毫無(wú)疑問(wèn)將比其它可供選擇的色彩格式更大。為了解決這個(gè)問(wèn)題，許多廣播標(biāo)準(zhǔn)(如歐洲的PAL和北美的NTSC電視系統(tǒng))均采用亮度和色度視頻信號(hào)。因此，不同的色彩格式之間需要一種能互相轉(zhuǎn)換的機(jī)制，即色彩空間轉(zhuǎn)換(圖2)。 本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/191604.htm
用硬件實(shí)現(xiàn)這些電路則相對(duì)比較簡(jiǎn)單，只需要知道從一種格式映像到另一種格式的系數(shù)。最通用的一種轉(zhuǎn)換是由RGB格式轉(zhuǎn)換至YCbCr格式(反之則從YCbCr格式轉(zhuǎn)換至RGB格式)。研究顯示，人眼察覺(jué)到的光亮度信息(Y)的60％至70％來(lái)自綠色光。紅色和藍(lán)色信道實(shí)際上只是亮度信息的復(fù)制，因此這些重復(fù)信息完全可以去除掉。最終的結(jié)果是圖像可用表征色度和亮度的信號(hào)來(lái)表示。在這種格式下，8位系統(tǒng)規(guī)定亮度的取值范圍介于16至235之間，而Cb和Cr信號(hào)的取值范圍介于16至240之間，并規(guī)定128表示亮度為0。
評(píng)論