賽靈思FPGA和SoC加速OEM廠商產(chǎn)品開發(fā)

隨著內(nèi)容文件化趨勢的加強(qiáng)，廣播公司正加速向全面基于IP(互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議)的基礎(chǔ)設(shè)施轉(zhuǎn)型，以充分發(fā)揮低成本IP網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢。與此同時，廣播公司也在努力滿足消費(fèi)者不斷提高的需求——要求在任何設(shè)備上通過屏幕就能欣賞到畫質(zhì)更高的視頻。但是，廣播公司在轉(zhuǎn)型過程中對采購必要的設(shè)備非常謹(jǐn)慎，擔(dān)心采購來的設(shè)備很快會因?yàn)椴粩嗫焖僮兓氖袌龆^時，此外還要考慮到IP視頻傳輸?shù)刃聵?biāo)準(zhǔn)、新規(guī)范尚未最終定型的問題。這個問題已經(jīng)足夠讓廣播公司頭疼的了，此外廣播設(shè)備OEM廠商更是進(jìn)退維谷，面臨著巨大的壓力，不得不加速新型解決方案的開發(fā)，從而幫助廣播公司輕松應(yīng)對未來標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的變化。

為了幫助廣播公司和廣播設(shè)備OEM廠商應(yīng)對各自的挑戰(zhàn)，賽靈思通過提供現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)和集成在廣播平臺解決方案中的SoC，致力于為廣播市場推出All Programmable解決方案，從而幫助設(shè)計(jì)人員和制造商更快速地在設(shè)備中集成ACDC(視頻采集 Acquisition、編輯制作Contribution、調(diào)制發(fā)射Distribution、顯示播放Consumption)解決方案。

從攝影棚用攝像機(jī)到編輯套件及其專業(yè)監(jiān)控器再到實(shí)時傳輸網(wǎng)絡(luò)乃至酒店的內(nèi)容點(diǎn)播，賽靈思FPGA在整個流程的每個重要環(huán)節(jié)都能提供關(guān)鍵功能。我們使用FPGA而不采用靈活性欠佳的ASIC和ASSP等器件，其優(yōu)勢在于設(shè)計(jì)人員不僅能用FPGA加速新品上市進(jìn)程，而且還能提高整體系統(tǒng)性能，降低總功耗。

隨著現(xiàn)在帶有支持非壓縮視頻(SD/HD/3G-SDI)技術(shù)高速收發(fā)器的Zynq™-7000All Programmable SoC的推出，廣播產(chǎn)業(yè)首次迎來了一款將軟硬件結(jié)合在一起的全面可編程的器件。Zynq All Programmable SoC使廣播架構(gòu)師既可在雙核ARM®處理器的軟件上處理視頻和音頻算法，又能將有關(guān)處理工作交給FPGA硬件來完成，從而實(shí)現(xiàn)加速，滿足實(shí)時需求(特別是針對多通道HD、4K、更高的幀率等)。軟件處理器與FPGA硬件的緊密結(jié)合使我們能夠開發(fā)出軟硬件兩個領(lǐng)域的編碼解碼器算法。

此外，從收發(fā)器直至FPGA硬件都能實(shí)現(xiàn)非壓縮視頻流的傳輸和處理，同時還能在軟件中監(jiān)控視頻流，并實(shí)現(xiàn)整體系統(tǒng)控制，這就意味著我們除了通過集成多個ASSP來降低功耗和成本之外，還能開啟無限的創(chuàng)新可能性。賽靈思ACDC廣播級解決方案

視頻采集– Pro HD攝像機(jī)、4K攝像機(jī)、3D攝像機(jī)、采集編碼器和集成接收解碼器(IRD)越來越依賴于40nm和28nm FPGA的可編程功能和處理功能，確保在ACDC鏈的最初環(huán)節(jié)完成視頻采集工作。

編輯制作 – 賽靈思FPGA支持ACDC鏈提供環(huán)節(jié)上的幾個關(guān)鍵點(diǎn)，包括切換器、路由器、多畫面監(jiān)控器(multiviewer)、IP視頻傳輸、視頻服務(wù)器、后期制作和提供編碼器等。賽靈思在IBC 2012上將演示廣播鏈提供環(huán)節(jié)的三個關(guān)鍵組件，即分別運(yùn)行在28nm Kintex™-7 FPGA、40nm Virtex®-6和45nm Spartan®-6器件上的三個實(shí)時視頻引擎(RTVE)。由于器件種類繁多，因此OEM廠商可根據(jù)自己的應(yīng)用、價格目標(biāo)和整體功能要求選擇多種不同價位和邏輯單元密度的器件。RTVE包含在賽靈思的SMPTE 2022參考設(shè)計(jì)中，能用10 Gb/s IP網(wǎng)絡(luò)將非壓縮視頻傳輸至多屏顯示、切換器和媒體服務(wù)器。

調(diào)制發(fā)射 – 賽靈思FPGA目前在有線CMTS、有線Edge QAM、地面調(diào)制器、衛(wèi)星調(diào)制器、分配編碼器和轉(zhuǎn)碼器中部署采用。賽靈思正在演示Tecnoroll推出的數(shù)字電視調(diào)制器參考設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)支持DVB和ATSC等全球電視調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)，而且采用賽靈思聯(lián)盟計(jì)劃成員(如MVD、Mindway和Binary Core等其他調(diào)制器提供商)提供的IP核實(shí)現(xiàn)。

顯示播放 – 賽靈思顯示目標(biāo)設(shè)計(jì)平臺采用賽靈思Kintex-7器件和顯示參考設(shè)計(jì)，可幫助專業(yè)工作室顯示器、高端消費(fèi)類顯示器和新型OLED顯示器的制造商將四路1080p內(nèi)容流整合為無縫的4K顯示。其它參考設(shè)計(jì)還支持幀速率轉(zhuǎn)換，將幀速率從60Hz轉(zhuǎn)換為120Hz，實(shí)現(xiàn)翻倍。縮放器/向上轉(zhuǎn)換器參考設(shè)計(jì)則可用于將全高清內(nèi)容擴(kuò)展到4K2K分辨率。

用Zynq-7000 All Programmable SoC系列加速產(chǎn)品上市進(jìn)程

賽靈思的Zynq-7000系列是業(yè)界第一款在單個芯片上完美集成了ARM雙核Cortex™-A9 MPCore™ 處理系統(tǒng)和緊密結(jié)合的可編程邏輯的SoC系列。這種完美組合極大地提高了性能，進(jìn)而優(yōu)化了高處理強(qiáng)度實(shí)時視頻應(yīng)用。Zynq-7000器件均為全面可編程的，也就是說軟硬件和I/O都是完全可編程的，這有助于廣播設(shè)備OEM廠商加速產(chǎn)品上市進(jìn)程，集中精力實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新，而且能根據(jù)不斷變化的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范對產(chǎn)品進(jìn)行重新編程。

OEM廠商還能通過采用單個Zynq-7000器件而非多個芯片來實(shí)現(xiàn)處理要求，從而降低設(shè)備材料清單(BOM)成本。此外，采用Zynq-7000 All Programmable SoC的產(chǎn)品相對于多芯片解決方案而言功耗更低，這要?dú)w功于ARM處理系統(tǒng)和28nm可編程邏輯的緊密集成。

更快速開發(fā)獨(dú)有的差異化IP視頻產(chǎn)品

賽靈思聯(lián)盟計(jì)劃認(rèn)證成員OmniTek作為一家專業(yè)視頻公司，認(rèn)識到Zynq-7000 All Programmable SoC的強(qiáng)大功能，將其用作公司突破性O(shè)mniTek Zynq-7000 SoC 廣播開發(fā)套件的核心。這款實(shí)時視頻處理平臺還采用了OmniTek的高級視頻處理技術(shù)和賽靈思的視頻與圖像處理包(VIPP)。這種獨(dú)特的組合使OEM廠商能夠?qū)⒆约旱能浻布蘒P(知識產(chǎn)權(quán))與高性能可編程視頻處理平臺相結(jié)合，集中精力進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新和特性開發(fā)工作，而不必?fù)?dān)心硬件配置或軟件系統(tǒng)問題，打造出獨(dú)有的差異化廣播設(shè)備。

新型OmniTek Zynq-7000 SoC 廣播開發(fā)套件采用了賽靈思All Programmable SoC系列的最新產(chǎn)品Zynq-7045器件。

OmniTek Zynq-7000 SoC 廣播開發(fā)套件專門針對廣播設(shè)備領(lǐng)域常見的復(fù)雜視頻設(shè)計(jì)而開發(fā)，是同類產(chǎn)品中首款在單一器件上集成完全可編程軟硬件的產(chǎn)品。該套件經(jīng)優(yōu)化，可在軟硬件中提供一系列視頻/圖形處理接口和高速接口，而O/S和應(yīng)用處理則可通過運(yùn)行在嵌入式雙核Cortex-A9處理系統(tǒng)上的軟件來完成。

OmniTek Zynq-7000 SoC 廣播開發(fā)套件非常適合加速以下廣播級產(chǎn)品的開發(fā)：

專業(yè)顯示器和多畫面處理器。該產(chǎn)品需要對輸入的視頻進(jìn)行實(shí)時逐行掃描和縮放處理以支持高達(dá)4K分辨率的顯示器格式或3D顯示且不影響畫質(zhì)。

工作室攝影機(jī)和專業(yè)級攝影機(jī)。該產(chǎn)品利用OmniTek Zynq-7000 SoC 廣播開發(fā)套件可降低構(gòu)建成本，減少空間占用和功耗。OmniTek Zynq-7000 SoC 廣播開發(fā)套件集成了視頻和音頻處理硬件以及操作系統(tǒng)處理器和微控制器。

制作切換器。該產(chǎn)品必須支持多通道視頻和音頻處理，實(shí)現(xiàn)盡可能高的質(zhì)量，同時支持輸入之間的平穩(wěn)切換。

加速IP視頻傳輸解決方案的開發(fā)

賽靈思和賽靈思聯(lián)盟計(jì)劃認(rèn)證成員Barco Silex之間達(dá)成的新計(jì)劃，旨在幫助廣播設(shè)備OEM廠商加速產(chǎn)品開發(fā)速度，為其現(xiàn)有產(chǎn)品和正在開發(fā)的產(chǎn)品添加最新IP視頻傳輸功能。該計(jì)劃的綜合平臺整合了硬件驗(yàn)證的IP、參考設(shè)計(jì)和系統(tǒng)集成服務(wù)，支持賽靈思的All Programmable FPGA和SoC。

該計(jì)劃的首個平臺采用賽靈思的28nm 7系列FPGA，共包括3個新系列產(chǎn)品，能共同應(yīng)對OEM系統(tǒng)的各種不同要求，涵蓋從低成本大規(guī)模應(yīng)用到要求最高的高性能應(yīng)用需求。7系列器件是賽靈思目標(biāo)設(shè)計(jì)平臺(TDP)的可編程芯片基礎(chǔ)，能幫助OEM廠商集中精力實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新和差異化。

這款綜合平臺集成了視頻接口、處理內(nèi)核和壓縮內(nèi)核，還采用了不同的IP視頻傳輸協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)(如SMPTE 2022)，有助于加速產(chǎn)品設(shè)計(jì)。此外，該平臺還能集成IP視頻傳輸用的多個通道，這樣可大幅增加每個支架單元所支持的通道數(shù)量。通道密度的增加可減少占位面積，進(jìn)而降低整體系統(tǒng)成本，而且在密度更高的架構(gòu)中減少相同通道數(shù)所需的器件和卡的數(shù)量也有可能降低功耗。

提高廣播工程設(shè)計(jì)的生產(chǎn)力

IBC 2012上演示的兩款TDP和一個參考設(shè)計(jì)，凸顯了賽靈思在提高廣播工程設(shè)計(jì)生產(chǎn)力方面的領(lǐng)先地位：

顯示目標(biāo)設(shè)計(jì)平臺(TDP)：這款面向高性能可視系統(tǒng)開發(fā)的綜合平臺包括Kintex-7 FPGA硬件平臺(帶有賽靈思聯(lián)盟計(jì)劃高級成員東京電子器件有限公司開發(fā)的ACDC 1.0基礎(chǔ)板)、賽靈思視頻與圖像處理包(一種低成本售價3,000美元的SRP，含整套IP核 )和3個參考設(shè)計(jì)。顯示目標(biāo)設(shè)計(jì)平臺能將4路1080i視頻流組合為無縫的4K2K圖形，相對于前代解決方案而言能同時提升性能和降低功耗。

實(shí)時視頻引擎(RTVE)：賽靈思的RTVE參考設(shè)計(jì)能讓控制室的核心設(shè)備路由器、切換器和多畫面切換器等適應(yīng)和采用新標(biāo)準(zhǔn)，從而支持與SDI、DisplayPort、HDMI™和DVI等廣播級和消費(fèi)類串行視頻接口的互動。設(shè)計(jì)人員可設(shè)置一個開箱即用的視頻系統(tǒng)，從而能集中精力開發(fā)特性差異化視頻產(chǎn)品。由于RTVE運(yùn)行在Kintex-7、Spartan-6和Virtex-6等多種硬件平臺上，而且采用賽靈思LogiCORE™ IP核支持圖像縮放、逐行掃描和OSD，因此設(shè)計(jì)人員能夠在單個低成本FPGA中集成多種功能。參考設(shè)計(jì)支持多個視頻處理流水線，從而可運(yùn)行在10位色深上，而且支持完全4:4:4色彩次級采樣，現(xiàn)在還提供基于web的GUI，能更方便地控制參考設(shè)計(jì)。新版RTVE 2.0提供了一些改進(jìn)視頻質(zhì)量的增強(qiáng)功能，其中包括：

支持多達(dá)8個視頻通道，在芯片面積不變的情況下提升了系統(tǒng)性能，相對于1.5版而言性能提高達(dá)4倍。

OmniTek采用多端口VDMA技術(shù)的集成逐行掃描/縮放器能優(yōu)化資源利用和性能。

采用賽靈思無需外置VCXO的技術(shù)，進(jìn)一步提高了可編程系統(tǒng)集成度，同時還降低了材料成本和功耗。

通過PCI EXPRESS®模塊傳輸視頻流。

Tecnoroll FlexMod數(shù)字電視調(diào)制器平臺 – FlexMod平臺采用基于Spartan-6 FPGA的調(diào)制器模塊和高速DAC，展示了其他賽靈思聯(lián)盟成員(如MVD、Mindway和Binary Core)推出的調(diào)制IP，并在地面、衛(wèi)星、有線、IP和移動應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)了多種調(diào)制方案(如DVB、ATSC、ISDB)。該平臺使得調(diào)制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能夠更快速地向市場投放產(chǎn)品，并輕松便捷地修改標(biāo)準(zhǔn)或升級系統(tǒng)以更好地支持新標(biāo)準(zhǔn)。