利用可编程逻辑实现灵活高效的多媒体信号处理

嵌入式存储器和外部存储器接口

存储器是所有视频处理应用(如视频压缩编码、2D滤波和缩放)都需要的关键构建模块之一。现在，由于FPGA提供了众多的内部专用存储器模块，因此一个FPGA就可以实现完整的多媒体系统。这些内部存储器模块包括RAM、ROM、FIFO、双端口存储器和移位寄存器。大多数系统通常需要使用存储器来满足各种复杂功能(如通讯、数字信号处理、电子数据处理和控制应用)所需要的不同存储需求。

Stratix器件中包含的TriMatrix存储器架构提供了多种不同的存储器结构，可以实现复杂设计中的各种存储器功能。在存储器带宽不够充裕时，设计师可以使用较小的M512 RAM模块实现先入先出(FIFO)和时钟域缓存功能。M-RAM模块可以使FPGA满足大型缓存应用(如知识产权包缓存和系统高速缓存)的需求。M4K模块非常适合为消费多媒体应用(如数字电视视频增强)提供中等规模的存储器应用。另外，Stratix器件也支持DDR2和DDR3 SDRAM及RLDRAM等多种类型的外部存储器。

高速接口

带有内建高速差分接口(如LVDS、RSDS、mini-LVDS和PPDS)的FPGA可直接连接到平板LCD或等离子显示器。典型的平板显示器通常会联合运用可编程器件和ASSP在把图像提供给显示器之前进行视频质量增强。

图5显示了一个用FPGA实现视频处理和显示屏接口的完整LCD模块。除了差分接口之外，高端FPGA还带有其它高速串行接口收发器。对于专业视频应用，串行接口可以是SDI、ASI、PCI Express或Serial Rapid IO。

图5：使用Cyclone III FPGA的典型LCD模块。

设计工具

Quartus II软件等设计入门工具是完成高密度和低成本FPGA设计的最快和最高效途径。它提供了时序分析、功率分析、增量编译、用于IO分配的引脚规划器和TcL脚本接口。DSP Builder等专用视频处理工具则可以进一步提高用户的设计效率。DSP Builder是一种数字信号处理开发工具，它在设计入门工具Quartus II和MathWorks公司的MATLAB/Simulink之间架起了连接桥梁。

本文小结

从低成本系列(如Cyclone)到高端Stratix系列的可编程逻辑器件可用于实现各类音视频产品。内建的DSP和存储器模块提供了完成这些任务所需要的基本单元。Quartus II、SOPC Builder和DSP Builder等用户友好的设计工具大大提高了工程设计的效率。图6给出了FPGA的一个数字电视应用，其中的FPGA包含有嵌入式处理器、存储器接口、视频图像处理、图像缩放以及用于平板显示器(FPD)的屏显(OSD)和时序控制器(TCON)功能。

图6：典型的数字电视框图。