視頻處理綜述
視頻處理是目前多媒體領域最熱門的技術，主要分為視頻編解碼和目標信息識別兩大類。前者為了節(jié)省視頻數(shù)據(jù)的傳輸帶寬，主要依靠傳統(tǒng)的信息論理論，目前已經(jīng)比較成熟；后者則為了提取用戶信息，是了人工智能、計算機以及信息論等多門學科研究成果的交集，目前還處于快速發(fā)展階段。
1．視頻編解碼應用
雖然目前正在使用的視頻編解碼器多達數(shù)百種，但是，為了實現(xiàn)標準化并希望采用的編解碼器能提供最佳的基準，大多數(shù)消費設備只采用了少數(shù)幾種編解碼器。
目前常用的3類視頻編解碼器如下所列：(1)MPEG-2。該技術今天仍在大量應用，主要用于廣播信號和DVD電影的編碼，甚至目前刻在藍光DVD上的商業(yè)視頻節(jié)目也是用MPEG-2進行編碼。隨著大多數(shù)的HD DVD采用VC-1和H.264標準進行編碼，這種情況即將有所改變。(2)MPEG4。MPEG-1、MPEG-2標準基礎上形成的MPEG-4包含了許多組成部分，算上正在批準過程中的部分，總共有22個。它能以更低的速率傳輸與MPEG-2相同質(zhì)量的視頻圖像，而且MPEG-4引入了描述自然的或合成的對象等新概念來構成場景并支持與用戶的交互，給視頻節(jié)目制作商提供了改進的內(nèi)容保護功能和創(chuàng)建更靈活、可復用內(nèi)容的能力。由于這些改進，視頻可以通過寬帶鏈路進行傳輸，衛(wèi)星和DVB提供商也采用了MPEG-4。(3)H.264/MPEG-4 AVC。H.264(MPEG-4第10部分)高級視頻編碼(AVC)，主要以其高數(shù)據(jù)壓縮率和質(zhì)量而出名。由國際電信聯(lián)盟電信標準局(ITU-T)視頻編碼組開發(fā)的H.264包含了豐富的視頻處理性能。
2．視頻識別
移動目標的視頻檢測與跟蹤是圖像處理、分析應用的一個重要領域，是當前相關領域的研究前沿。移動目標視頻檢測與跟蹤技術，在機器人視覺、交通監(jiān)測、可視預警、機器導航等民用領域有著廣泛的應用，同時在火力攔截、導彈電視和紅外視頻制導等軍用方面也發(fā)揮著重要作用?？勺R別的視頻行為包括：a. 突然入侵檢測、b. 移動物體檢測、c. 運動路徑檢測、d. 遺留物體檢測、e. 指向接近檢測、f. 移走物體檢測這6大類。
其中，各類編解碼算法，特別是視頻處理算法對計算性能的要求已經(jīng)遠遠超出了傳統(tǒng) DSP 處理器的能力。在這些應用中，F(xiàn)PGA可用做協(xié)處理器來承擔性能關鍵的處理工作，也可以作為獨立的視頻處理引擎。與標準數(shù)字信號處理器相比，F(xiàn)PGA構造的并行計算特性可支持更高的采樣速率和更大的數(shù)據(jù)吞吐能力，性能可達3至4倍，同時計算功效也更高。
Xilinx公司的視頻處理發(fā)資源
在實現(xiàn)中，視頻處理涉及到多相網(wǎng)絡視頻服務器轉(zhuǎn)換器、二維FIR濾波器和屏幕顯示到覆蓋、阿爾法混合等簡單效果以及格式和顏色空間轉(zhuǎn)換等復雜處理。對于這些算法，Xilinx FPGA是其理想的開發(fā)平臺，其強大的DSP處理能力意味著有可能支持非常高的分辨率(畫質(zhì)高達1080p)，并且可以縮小大型DSP陣列的尺寸。并且FPGA是可重新編程的硬件，可靈活嘗試新穎、高性能、基于硬件的視頻和圖像算法。除了FPGA器件這一并行、靈活的優(yōu)勢外，Xilinx還提供了一下三方面的資源。
1．大量的IP
Xilinx提供了視頻IP模塊組，以供在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中快速設計、仿真、實現(xiàn)和驗證視頻和圖像處理算法。其中包括設計DVR用的基本基元和高級算法。此外，Xilinx及其合作伙伴提供了一系列壓縮編碼、解碼和編解碼解決方案，從為需要快速實現(xiàn)的人提供現(xiàn)成的內(nèi)核，為希望得到高質(zhì)量和更低比特率的用戶提供構造模塊參考設計和硬件平臺。將Xilinx FPGA用于某些編解碼模塊中的極其繁重的處理任務，可以靈活支持多通道HD編碼，通過減少或排除DSP處理器陣列大量節(jié)約成本，并輕松地將從接口到進一步視頻處理的更多功能和能力集成到系統(tǒng)中，從而能在相同的系統(tǒng)中支持不同的配置、額外的通道或新的編解碼方案。Xilinx FPGA可通過強化系統(tǒng)邏輯和實現(xiàn)新外設進一步降低DVR系統(tǒng)成本。Xilinx及其合作伙伴還為網(wǎng)絡視頻服務器監(jiān)控系統(tǒng)的快速發(fā)展提供系統(tǒng)接口：先進的存儲器接口、PCIExpress、德州儀器的VLYNQ和EMIF接口、硬盤接口和ITU-RBT656接口。
2．Xilinx工具簡化設計
Xilinx System Generator for DSP允許使用Xilinx視頻IP模塊組構建和調(diào)試Simulink中的高性能DVR系統(tǒng)。使用System Generator開發(fā)并實現(xiàn)視頻處理算法，可以獲得經(jīng)過徹底驗證和可以輕松執(zhí)行的設計。 Xilinx已開發(fā)出各種經(jīng)過預測試的新型視頻IP模塊組，用戶可以在System Generator內(nèi)拖放模塊來輕松構建視頻/影像系統(tǒng)，從而省下用HDL語言編寫這些基本構建模塊的寶貴時間。
為了處理從開發(fā)板到PC的龐大的視頻數(shù)據(jù)流，System Generator for DSP引入了另一種新穎的高速硬件協(xié)同仿真(通過以太網(wǎng)接口)，實現(xiàn)低延遲的高流量，在System Generator環(huán)境中構建視頻/影像系統(tǒng)極其有用。
另一種基于MATLAB語言的設計工具是Xilinx開發(fā)的AccelDSP綜合工具，這是基于高級MATLAB語言的工具，用于為Xilinx FPGA設計DSP模塊。此工具可實現(xiàn)浮點到定點的自動轉(zhuǎn)換，能生成可綜合的VHDL或Verilog語言，并且可以為驗證創(chuàng)建測試平臺。并且可以直接利用MATLAB算法生成定點C++模型或System Generator模塊。AccelDSP是Xilinx XtremeDSP解決方案的一個關鍵組件，它集最先進的FPGA、設計工具、知識產(chǎn)權內(nèi)核、合作伙伴關系于一體。
3．開發(fā)板資源
為了加速用戶實現(xiàn)所需的視頻處理資源，Xilinx提供了大量的開發(fā)板資源，還公開相應開發(fā)板的原理圖和PCB圖，指南提供了視頻入門套件的內(nèi)容簡介，并描述了該套件提供的Xilinx 軟件的安裝方法。在Xilinx提供的開發(fā)板上，可通過先進的設計工具和現(xiàn)成的IP核快速開發(fā)相應的視頻處理產(chǎn)品。
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