利用視頻套件加速FPGA上的視頻開發(fā)

　　隨著下一代視頻壓縮標準問世，行業(yè)從基本視頻處理向更復雜的集成處理解決方案轉移，這使得系統(tǒng)的要求超越了獨立DSP力所能及的視頻性能。FPGA以不到30美元的價格提供20GMACs以上的DSP性能，從而為成本敏感型軍事、汽車、醫(yī)療、消費、工業(yè)和安全應用填補了這一空白。只有FPGA能夠為整套端對端視頻解決方案提供邏輯、嵌入式處理、OS支持和驅動器。

　　妨礙開發(fā)人員將FPGA用于視頻應用的因素并非他們缺乏對FPGA性能優(yōu)勢的了解，而是缺乏使用其設計流程的經(jīng)驗，對于那些習慣于用C語言編程的傳統(tǒng)DSP程序開發(fā)人員來說尤為如此。

　　開發(fā)人員可以利用FPGA的靈活性來配置針對特定應用而優(yōu)化的硬件架構，以此發(fā)揮該器件的性能優(yōu)勢。這種靈活性為開發(fā)過程增加了自由度，同時也促進了其復雜性。

　　XtremeDSP視頻入門套件(VSK)提供了一種完善而易用的設計環(huán)境。這款開發(fā)套件包括應用示例并且完全支持標準的工具流程，這有助于加速設計過程，并且還仍然能實現(xiàn)最終產(chǎn)品的差異化。

　　使用基礎平臺開發(fā)視頻應用

　　稱為基礎平臺的嵌入式系統(tǒng)提供了一個框架，您可以從中使用VSK來開發(fā)視頻應用?；A平臺是使用Xilinx Platform Studio的Base System Builder (BSB)創(chuàng)建的嵌入式系統(tǒng)，其中包括一個MicroBlaze嵌入式處理器。

　　此框架可以為新設計提供起點，也可以作為便利的移植途徑來移植在基于處理器的系統(tǒng)上開發(fā)的現(xiàn)有應用。在MicroBlaze處理器上，可以輕而易舉地為外部處理器重新編譯任意C代碼；高性能視頻鏈一旦接入，便可以從軟件移植到FPGA架構。

　　為了協(xié)助這種移植，VSK包括了一個定制外設IP庫，可以使用Platform Studio方便地將其中的定制外設添加到基礎系統(tǒng)，也可以連接到視頻接口、管理數(shù)據(jù)幀以及執(zhí)行存儲器訪問和基本視頻處理。這些定制外設包括：

　　DVI輸入
　　DVI輸出
　　攝像頭
　　視頻幀緩沖器控制器(VFBC)
　　視頻處理流水線

　　此VFBC非常適合需要用二維數(shù)據(jù)的硬件控制來實現(xiàn)實時操作的視頻應用。

　　用VSK參考設計迅速啟動開發(fā)過程

　　VSK提供三個參考設計，用來快速啟動在FPGA上運行的視頻應用的開發(fā)過程。每個參考設計都是在基礎平臺上構建的，并且使用了VSK的IP庫中的定制外設。表1列出了各參考設計及其所顯示的視頻處理和連接功能。這些參考設計旨在提供一個起點，可以在此基礎上進一步開發(fā)。圖1所示為如何將DVI穿越端口參考設計接入基礎系統(tǒng)。

圖1 帶視頻流水線的基礎系統(tǒng)

表1 VSK參考設計概覽

　　用基于模型的設計創(chuàng)建視頻應用

　　要加速FPGA上的視頻應用，就需要將性能關鍵型操作從處理器上運行的軟件移植到硬件。VSK支持多種硬件設計流程，其中包括使用VHDL/Verilog來發(fā)揮堅實的硬件設計背景的流程，也包括借助較多抽象建模環(huán)境（包括C、MATLAB和Simulink）而需要很少或完全不需要硬件設計經(jīng)驗的流程。

　　The MathWorks的Simulink是一種基于模型的設計環(huán)境，可用來開發(fā)視頻系統(tǒng)的算法模型。The MathWorks為Simulink提供了一個可選的視頻與成像模塊集，其中包括一組豐富的視頻構建模塊，可用來方便地處理流式視頻并且在模型中的每一步顯示結果。

　　可以首先使用浮點數(shù)據(jù)類型以及高層視頻和成像模塊為視頻處理算法本身建立抽象模式，然后以設計者認為能夠權衡復雜性、系統(tǒng)成本和性能的方式來優(yōu)化算法。