基于FPGA的高清图像处理设计

，由于在设计中视频信号处理器部分成为瓶颈，因此现有的数字电视系统中经常采用多个帧存储和数据缓冲器。利用FGPA的并行信号处理能力意味着更小的，甚至单帧存储即可，而数据缓冲器则可完全省掉。标准DSP在性能方面的局限导致不得不开发更为专用的芯片，如媒体处理器，来克服这些问题。然而，事实证明这些器件除了在范围极窄的一些应用中，都有太不灵活的缺点，同时还有性能瓶颈存在。而FPGA器件则可以通过定制，在利用率和性能方面提供最大的效率。设计人员还可以在设计面积和速度之间进行折衷，并且可以比DSP低得多的时钟速率完成给定的功能。

如前所述，FPGA过去仅用于专业的广播系统中，但摩尔定律意味着他们正逐渐应用于大批量消费产品中。以数字电视为例，其中机顶盒功能完全集成到电视中，因此数字电视可接收数字广播。通常这都是通过标准天线接收免费的无线信号，但未来的产品将允许接收来自有线电缆、卫星或DSL线路传输的信号。FPGA可应用于数字电视机内的许多部分，如图1所示。做为标准芯片组间的“联结逻辑(glue logic)”一起是FPGA的强项，但许多图像处理任务(如色彩空间变换)以及网络接口(如IEEE 1394）现在也可在低成本可编程逻辑器件内实现。

这一将图像处理任务用FPGA完成的趋势有一个重要驱动力：来自业界所称的“数字融合”。目前产生了这样一些需求，即通过极为有限的传输信道(如无线)发送大带宽的视频数据，同时还要保持可接受的服务质量(QoS)。这导致对如何改善错误校正算法、压缩和图像处理技术进行范围更为广泛的研究，而其中相当一部分工作是围绕利用FPGA器件进行的。

采用FPGA，设计人员可以使自己的标准兼容的系统与竞争对手的产品保持差异化。以MPEG-2压缩方案为例，可以将MPEG处理器负责的MPEG标准算法中的DCT(离散余弦变换)部分卸载至FPGA器件中进行处理，从而增加带宽。DCT及其反变换可利用FPGA高效地实现，而且已经有经过优化的IP核可直接应用到基于MPEG的设计之中。但MPEG编码方案中还有许多未定义的模块(如运动预测)。通过在FPGA结构中集成用于这些模块的专有技术和标准的象DCT这样的功能，就可以创造出可提高处理带宽并达到更高图像质量的低成本的单片解决方案。通过避免系统仅依赖于标准ASSP解决方案，企业就不再会有被市场认为仅能提供有限的几种类似解决方案的危险。

FPGA还可使您的产品更快地推向市场，并可在现场安装后保持为您产生更多营收的能力。多数FPGA都基于SRAM技术，从而在开发的各个阶段都可以容易地对器件进行重新编程。这使系统的调试更为简单，而且还意味着如果需要的话，微小的改变也可容易地整合到产品中去。这有可能会由于客户要求的改变，也由可能是由于标准的新版本或修正。