FH8735在多路H．264高清視頻編碼系統(tǒng)中的應用

1 前言

視頻監(jiān)控產(chǎn)品經(jīng)歷了模擬時代、數(shù)字時代、網(wǎng)絡時代的發(fā)展后，現(xiàn)在已經(jīng)逐步走入了高清時代。高清視頻和傳統(tǒng)標清視頻相比在視頻質(zhì)量上有了質(zhì)的飛躍。以往由于芯片編碼能力、網(wǎng)絡帶寬和存儲技術等眾多因素限制，高清視頻一直沒能得到廣泛應用，但隨著視頻編碼、IC設計、寬帶網(wǎng)絡及大容量存儲等技術的飛速發(fā)展，高清視頻應用的主要障礙都已被掃清。H.264/AVC視頻編碼標準由于具有優(yōu)異的編碼效率，能極大降低高清視頻傳輸?shù)木W(wǎng)絡帶寬和存儲容量需求，得到廣泛應用，成為了高清視頻編碼的必然選擇。

目前，高清視頻監(jiān)控已被越來越多的行業(yè)所關注和應用。這些行業(yè)用戶的普遍特點都是需要更高清晰度的視頻圖像。上海富瀚微電子有限公司2008年9月推出了FH8735 H.264編碼專用集成電路以及相應的解決方案。其具有單芯片1路 1080p@30fps或兩路720p@30fps的高清視頻實時編碼能力，是目前市場上最具競爭力的高性能視頻編碼芯片，能極大滿足高清視頻的發(fā)展需求。

富瀚微電子基于FH8735芯片推出了一系列高清視頻產(chǎn)品解決方案，如高清網(wǎng)絡攝像機方案，高清網(wǎng)絡視頻服務器方案和PCI高清視頻壓縮卡等。

經(jīng)過一年多的市場檢驗，F(xiàn)H8735已被廣泛應用于視頻安防監(jiān)控、視頻會議、遠程教育、遠程醫(yī)療、高清屏幕錄制和個人消費電子等各個領域。

2 FH8735高清編碼芯片簡介

FH8735是一款高性能的音視頻編碼芯片，支持H.264 Main profile和Baseline profile視頻編碼標準，可對一路1080i、2路720p的高清信號進行實時編碼和控制。在編碼視頻數(shù)據(jù)的同時，也對相關的多路音頻數(shù)據(jù)編碼，并完成音視頻同步，輸出ES/PES/PS/TS等格式壓縮碼流。FH8735的各內(nèi)部功能模塊如圖1所示。



FH8735主要技術特點如下：

1）超強編碼性能

FH8735的H.264編碼由純硬件完成，具有高編碼能力，高編碼質(zhì)量和低功耗等特點。FH8735支持最大分辨率2048x1024的視頻輸入，支持1路1920x1080@30fps或者2路1280x720（1280x720@60fps）實時編碼。對典型視頻編碼的對比結(jié)果表明，在相同的碼率下，F(xiàn)H8735接近JM12.0的視頻編碼質(zhì)量。

2）豐富的外設接口

FH8735支持多種高清視頻輸入模式，高清視頻的數(shù)據(jù)格式和同步方式均可配置，可以接收來自CMOS/CCD 模組、視頻解碼器等輸出的數(shù)字視頻：

支持ITU-R BT.709/SMPTE 274M（24Bit 4:4:4 YCbCr、16Bit 4:2:2 YCbCr, RGB 24（8:8:8））；

支持SMPTE296M-2001（24Bit 4:4:4 YCbCr, 16Bit 4:2:2 YCbCr, RGB 24（8:8:8））

支持8bit 4:2:2 YCbCr；

支持內(nèi)同步和外同步方式；

另外，F(xiàn)H8735還具有SPI/PCI/SD/UART/I2S/GPIO/I2C/MAC等多種外設接口。

3）專利碼率控制技術

FH8735提供四種碼率控制策略：固定量化系數(shù)（QP：quantisation parameter），恒定比特率（CBR：Constant Bit Rate），可變比特率（VBR：Variable Bit Rate）和平均比特率（ABR：Average Bit Rate）。每種算法都經(jīng)過精心優(yōu)化，能自適應對視頻場景進行預先檢測和判斷，從而在保證視頻主觀質(zhì)量的同時，又使得編碼器輸出的碼率平滑和穩(wěn)定，保證網(wǎng)絡傳輸?shù)男屎头€(wěn)定性。

4）靈活的功能設置

除具有高性能的視頻編碼能力外，F(xiàn)H8735提供了豐富的視頻預處理功能和靈活的視頻編碼選項。編碼器的搜索范圍、Intra預測類型、GOP長度、參考幀個數(shù)、編碼碼率和碼率控制方式、編碼Profile和Level等都根據(jù)需要進行靈活設定，這樣就能保證和不同解碼能力的解碼器進行無縫對接。另外，F(xiàn)H8735支持對輸入視頻進行去隔行、去噪聲、多個文本和圖形OSD疊加、圖像畫面縮小、移動偵測等多種圖像處理功能，還支持抓取無損的原始視頻信號，供主機端進行一些智能化分析和處理如車牌識別，人臉識別等。

FH8735內(nèi)部有兩組獨立的DDR控制器，可以接兩組外部DDR SDRAM。根據(jù)實際系統(tǒng)對編碼器性能的需求配置一組或者兩組外部DDR SDRAM。比如編碼一路720p視頻時，就只需配置一組DDR，從而降低系統(tǒng)BOM成本。

5）優(yōu)化設計的超低延時實時編碼技術

在高清視頻系統(tǒng)中，系統(tǒng)延時也是一個重要的考量要點。FH8735通過支持靈活的圖像分片編碼方式來降低整個視頻編碼的內(nèi)部延時。如編碼720P格式的高清視頻時，每幀數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)緩沖的時間約16.7ms。從圖像的第一個有效行數(shù)據(jù)開始輸入系統(tǒng)緩沖開始計時至編碼器輸出整幀壓縮碼流的時間可以控制在20ms內(nèi)。這種超低延時實時編碼技術可極大降低整個系統(tǒng)的端到端延時，從而改善和提高用戶主觀體驗。

2 基于FH8735的多路高清視頻編碼板

為滿足FH8735在高清編碼應用中的前期評估和開發(fā)需要，富瀚提供了基于FH8735的多路高清視頻編碼卡參考設計。該高清編碼卡支持DVI/HDMI和YPbPr接口的高清視頻輸入和PCI主機接口，可以完成高清視頻的采集，編碼，并通過PCI接口發(fā)送到主機。該參考設計支持Windows XP和Linux，富瀚提供相應的驅(qū)動程序和評估軟件，并可以根據(jù)用戶具體的應用來修改固件滿足定制化功能。

該多路高清視頻編碼卡的系統(tǒng)示意圖如下：



 



３結(jié)語

FH8735具有單芯片1路1920x1080@30fps的高清視頻實時編碼能力，是目前市場上最具競爭力的新一代高性能視頻編碼芯片。

FH8735的高性能和易用性為高清或者多通道視頻壓縮應用提供了全新的選擇和空間，能顯著地提高客戶產(chǎn)品性能，并減少開發(fā)時間。