利用fpga實現(xiàn)視頻與影像處理應用設計

1、利用利用FPGA實現(xiàn)視頻與影像處理應用設計實現(xiàn)視頻與影像處理應用設計作者作者：電子工程…文章來源文章來源：電子工程專輯點擊數(shù)點擊數(shù)：246更新時間更新時間：2007630許多令人心動的技術(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)展分不開的。影像捕獲和顯示分辨率的跳躍式發(fā)展、先進的壓縮技術(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)動力。特別是分辨率在過去幾年里有了顯著的提高。表1顯示了不同的終端設備類型中當

2、前采用的最高分辨率。表1：終端設備類型的分辨率從標準清晰度(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)測也從通用中間格式(CIF)(352x288)發(fā)展到了標準要求的D1格式(704x576)，一些工業(yè)攝像機甚至發(fā)展到了1280x720的高清晰度格式。軍事監(jiān)測、醫(yī)療成像和機器視覺應用也正在向非常高分辨率的影像轉(zhuǎn)移。先進的壓縮技術(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)字影院的標準在軍事、醫(yī)療成像和監(jiān)測領域得到了廣泛采納。H.264有望取代廣播電視領域中的MPEG2、視頻監(jiān)測系統(tǒng)中的MPEG4第2部分和視頻會議中的H.263。甚至在這些新的壓縮解決方案部署的同時，正在進行中的標準化工作仍在不斷增強H.264和JPEG2000標準。DICOM醫(yī)療成像標準已經(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)絡上使用現(xiàn)有的系統(tǒng)資源向不同用戶可靠傳送視頻的需要，特別是在下行客戶性能、系統(tǒng)資源和網(wǎng)絡條件無法提前獲知的情況下。例如，客戶機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資源，網(wǎng)絡可能有不同的帶寬、丟包率和盡力而為或服務質(zhì)量(QoS)性能。聯(lián)合視頻工作組(JVT)正在開發(fā)AVCH.2

5、64的延伸，以提供具有更好壓縮效率的位流級伸縮性，同時允許自由組合各種伸縮模式(如空間、時間和SNR保真度伸縮能力)。應用領域包括視頻監(jiān)測系統(tǒng)、移動流視頻、無線多通道視頻制作與傳送以及多方視頻電話會議。另外一個正在快速發(fā)展的領域是視頻智能。攝像機已經(jīng)能夠移動拍攝、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。運動檢測功能只存儲那些超過運動門限的視頻幀，從而能更高效地實現(xiàn)硬盤存儲。視頻對象識別功能將需要使用自

6、動監(jiān)測，其效率要比人工監(jiān)測高得多。隨著分辨率的提高和壓縮算法的進步，對系統(tǒng)性能和架構(gòu)靈活性提出了更高的要求，以實現(xiàn)系統(tǒng)的快速更新。隨著技術(shù)的成熟和產(chǎn)量的增加，成本需要得到進一步降低。5.實現(xiàn)低成本的結(jié)構(gòu)化ASIC的遷移路徑。Altera公司100萬門的結(jié)構(gòu)化ASIC在10萬片時的起價為15美元。6.Altera的視頻與影像處理解決方案。包括優(yōu)化的DSP設計流程、Altera的視頻與影像處理套件、接口與第三方視頻壓縮IP以及視頻參考設計。

7、在FPGA結(jié)構(gòu)化結(jié)構(gòu)化ASIC上實現(xiàn)類似上實現(xiàn)類似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上實現(xiàn)了ASSP功能。ATEME的H.264主類(mainprofile)標準清晰度編碼器產(chǎn)品就是其中一個例子。有了這樣的產(chǎn)品，用戶就可以像使用ASSP那樣使用FPGA。與傳統(tǒng)的ASSP方法相比，這種方法的優(yōu)勢在于FPGA解決方案可以快速升級，不存在過時的風險。DSP設計流程設計流程Alte

8、ra針對定制開發(fā)提供了優(yōu)化的DSP設計流程，該流程允許用多種不同的方式表達設計，包括VHDLVerilog、基于模型的設計和基于C的設計。Altera的核心視頻與影像處理套件可以與這些設計流程中的任何一個一起使用。Altera和MathWks公司合作開發(fā)了一種綜合的DSP開發(fā)流程，允許設計師充分發(fā)揮AlteraFPGA的性價比優(yōu)勢，同時高效地使用MathWks公司基于模型的設計工具Simulink。Altera的DSPBuilder是一

9、款DSP開發(fā)工具，可以用來連接Simulink和Altera公司先進的QuartusII開發(fā)軟件。DSPBuilder提供了無縫的設計流程，設計師利用該流程可以在MATLAB軟件環(huán)境中進行算法開發(fā)，并在Simulink軟件中做系統(tǒng)級設計。然后形成硬件描述語言(HDL)，提供給QuartusII軟件使用。DSPBuilder工具緊密集成了SOPCBuilder工具，能幫助用戶構(gòu)建包含Simulink設計和Altera嵌入式處理器以及知識產(chǎn)