FPGA在廣播視頻處理中的應用

1.時機

在世界范圍內，廣播視頻系統的需求都在逐年顯著增加，原因是以下的一些因素同時發生了作用：

• 可供觀眾選擇的廣播頻道的增加。世界范圍內，更多觀眾的選擇從很少的幾個頻道發展到幾百個頻道。

• 有線電視和衛星電視傳送網的發展。而互聯網廣播的發展更使我們進入了“百萬頻道”的時代。

• 用于信息交流，培訓和安全保衛的公司內部和小范圍的小型廣播視頻應用的發展。在娛樂業界也有了長足的發展，例如飯店視頻點播、超大屏幕電子顯示屏等。

• 延時視頻播放、準視頻點播大大增加了用戶使用的方便程度，使用戶需要更多的頻道。

• 當今，大尺寸屏幕電視由普通電視向高清晰電視發展，導致我們需要安裝更多的廣播設備。

• 視頻所包含內容快速增加。附加的特技效果、多視窗、字幕疊加、重播等功能需要更高性能的廣播設備。

• 視頻資源的豐富。與以前只有在特別的演播室制作和重大事件的報道相比，現在可在每個社區和商家制作。視頻資源的數量飛快增長，出現了一個全新的低端廣播設備市場。

• 快速地向數字電視轉換，導致更換老舊的模擬信號系統 。

• 由于數字電視革命的發生，在各種數字信號規格之間進行視頻編碼轉換的需求很強，這導致了需要添加廣播設備，包括：

• 基本規格：非壓縮、時間壓縮、MPEG2、MPEG4、H.264壓縮、Windows Media9、Real Networks等；

• 圖像尺寸：標準畫質（SD）、高畫質720P、高畫質1080P；

• 傳輸/封裝規格：ATSC/DVB、SDI、IP等；

• 音頻規格：AES3等；

• 國際規格：NTSC、PAL；

• 設備接口：1394火線接口、DVI接口、GigE Ethernet接口；

上面所發生的這些最新的變化使功能強大的廣播視頻設備成為必需。廣播設備需要更強的處理功能、更多的輸出頻道、更多的輸出規格等更廣的應用范圍。

本論文論述了一個將滿足未來需要的全新的產品平臺。這一平臺的產品成本和開發成本將比現有的系統低。

2.視頻系統平臺

首先，讓我們調查一些現今使用的視頻廣播系統和視頻平臺。一般來講，用于視頻制作和發行的基本處理有以下一些方面：

內容制作：攝像機制作和電腦制作；編輯/圖像疊加/圖像混合；特技效果；視頻畫質增強；視頻信號格式轉換；視頻存儲。

視頻的提取和發布：視頻提取規格轉換；插入節目信息和廣告；廣播視頻規格轉換；發行：普通、延時播放、視頻點播。

今天，用于完成以上視頻功能的平臺可大致分為以下幾種類型：

2.1 內容制作平臺

因為內容制作平臺是非實時系統，所以并無很高的性能要求，即使處理時間大于實際時間也沒問題。因此，一般的電腦和工作站就可勝任。通常，這些平臺會和視頻加速板一起使用，但這個加速板只是為了提高視頻制作人員的工作效率，而不是為了實時處理的需求。

2.2 視頻提取和發布平臺

視頻提取和發布平臺必須和視頻廣播同步，所有的處理必須在視頻廣播的線頻和幀頻內完成，所以有絕對的高性能要求。可靠性也是這些處理的必然要求。

為了達到這些要求，大多數現今使用的視頻提取和發布平臺是建立在廠家的專業廣播平臺之上的。這一平臺由建立于專業設備中的若干特殊功能的模塊組成。

一些廠家已經開始使用低成本的個人電腦進行實時視頻處理，但這只是局限于處理一些有限的外圍功能，而且沒有成為視頻提取和發布系統的主流。

事實已經非常清楚，基于個人電腦的平臺將在視頻提取和發布系統中逐步發揮越來越大的作用。由于以下原因，這些平臺將有廣闊的應用前景：

• 大容量處理帶來的突出的性能價格比；

• 可用于不同應用軟件廠家的標準平臺，更好的功能，更低的成本；

• 更高的性能價格比和更多的功能；
  
  
  
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