赛灵思FPGA和SoC 助力OEM厂商产品开发 - 全文

　　随着内容文件化趋势的加强，广播公司正加速向全面基于IP（互联网协议）的基础设施转型，以充分发挥低成本IP网络的优势。与此同时，广播公司也在努力满足消费者不断提高的需求——要求在任何设备上通过屏幕就能欣赏到画质更高的视频。但是，广播公司在转型过程中对采购必要的设备非常谨慎，担心采购来的设备很快会因为不断快速变化的市场而过时，此外还要考虑到IP视频传输等新标准、新规范尚未最终定型的问题。这个问题已经足够让广播公司头疼的了，此外广播设备OEM厂商更是进退维谷，面临着巨大的压力，不得不加速新型解决方案的开发，从而帮助广播公司轻松应对未来标准和规范的变化。

　　为了帮助广播公司和广播设备OEM厂商应对各自的挑战，赛灵思通过提供现场可编程门阵列（FPGA）和集成在广播平台解决方案中的SoC，致力于为广播市场推出All Programmable解决方案，从而帮助设计人员和制造商更快速地在设备中集成ACDC（视频采集 Acquisition、编辑制作Contribution、调制发射Distribution、显示播放Consumption）解决方案。

　　从摄影棚用摄像机到编辑套件及其专业监控器再到实时传输网络乃至酒店的内容点播，赛灵思FPGA在整个流程的每个重要环节都能提供关键功能。我们使用FPGA而不采用灵活性欠佳的ASIC和ASSP等器件，其优势在于设计人员不仅能用FPGA加速新品上市进程，而且还能提高整体系统性能，降低总功耗。

　　随着现在带有支持非压缩视频（SD/HD/3G-SDI）技术高速收发器的Zynq™-7000All Programmable SoC的推出，广播产业首次迎来了一款将软硬件结合在一起的全面可编程的器件。Zynq All Programmable SoC使广播架构师既可在双核ARM®处理器的软件上处理视频和音频算法，又能将有关处理工作交给FPGA硬件来完成，从而实现加速，满足实时需求（特别是针对多通道HD、4K、更高的帧率等）。软件处理器与FPGA硬件的紧密结合使我们能够开发出软硬件两个领域的编码解码器算法。

　　此外，从收发器直至FPGA硬件都能实现非压缩视频流的传输和处理，同时还能在软件中监控视频流，并实现整体系统控制，这就意味着我们除了通过集成多个ASSP来降低功耗和成本之外，还能开启无限的创新可能性。赛灵思ACDC广播级解决方案

　　视频采集– Pro HD摄像机、4K摄像机、3D摄像机、采集编码器和集成接收解码器（IRD）越来越依赖于40nm和28nm FPGA的可编程功能和处理功能，确保在ACDC链的最初环节完成视频采集工作。

　　编辑制作 – 赛灵思FPGA支持ACDC链提供环节上的几个关键点，包括切换器、路由器、多画面监控器（multiviewer）、IP视频传输、视频服务器、后期制作和提供编码器等。赛灵思在IBC 2012上将演示广播链提供环节的三个关键组件，即分别运行在28nm Kintex™-7 FPGA、40nm Virtex®-6和45nm Spartan®-6器件上的三个实时视频引擎（RTVE）。由于器件种类繁多，因此OEM厂商可根据自己的应用、价格目标和整体功能要求选择多种不同价位和逻辑单元密度的器件。RTVE包含在赛灵思的SMPTE 2022参考设计中，能用10 Gb/s IP网络将非压缩视频传输至多屏显示、切换器和媒体服务器。

　　调制发射 – 赛灵思FPGA目前在有线CMTS、有线Edge QAM、地面调制器、卫星调制器、分配编码器和转码器中部署采用。赛灵思正在演示Tecnoroll推出的数字电视调制器参考设计。该设计支持DVB和ATSC等全球电视调制标准，而且采用赛灵思联盟计划成员（如MVD、Mindway和Binary Core等其他调制器提供商）提供的IP核实现。

　　显示播放 – 赛灵思显示目标设计平台采用赛灵思Kintex-7器件和显示参考设计，可帮助专业工作室显示器、高端消费类显示器和新型OLED显示器的制造商将四路1080p内容流整合为无缝的4K显示。其它参考设计还支持帧速率转换，将帧速率从60Hz转换为120Hz，实现翻倍。缩放器/向上转换器参考设计则可用于将全高清内容扩展到4K2K分辨率。

　　用Zynq-7000 All Programmable SoC系列加速产品上市进程

　　赛灵思的Zynq-7000系列是业界第一款在单个芯片上完美集成了ARM双核Cortex™-A9 MPCore™ 处理系统和紧密结合的可编程逻辑的SoC系列。这种完美组合极大地提高了性能，进而优化了高处理强度实时视频应用。Zynq-7000器件均为全面可编程的，也就是说软硬件和I/O都是完全可编程的，这有助于广播设备OEM厂商加速产品上市进程，集中精力实现产品创新，而且能根据不断变化的标准和规范对产品进行重新编程。

　　OEM厂商还能通过采用单个Zynq-7000器件而非多个芯片来实现处理要求，从而降低设备材料清单（BOM）成本。此外，采用Zynq-7000 All Programmable SoC的产品相对于多芯片解决方案而言功耗更低，这要归功于ARM处理系统和28nm可编程逻辑的紧密集成。

　　更快速开发独有的差异化IP视频产品

　　赛灵思联盟计划认证成员OmniTek作为一家专业视频公司，认识到Zynq-7000 All Programmable SoC的强大功能，将其用作公司突破性OmniTek Zynq-7000 SoC 广播开发套件的核心。这款实时视频处理平台还采用了OmniTek的高级视频处理技术和赛灵思的视频与图像处理包（VIPP）。这种独特的组合使OEM厂商能够将自己的软硬件IP（知识产权）与高性能可编程视频处理平台相结合，集中精力进行产品创新和特性开发工作，而不必担心硬件配置或软件系统问题，打造出独有的差异化广播设备。

　　新型OmniTek Zynq-7000 SoC 广播开发套件采用了赛灵思All Programmable SoC系列的最新产品Zynq-7045器件。

　　OmniTek Zynq-7000 SoC 广播开发套件专门针对广播设备领域常见的复杂视频设计而开发，是同类产品中首款在单一器件上集成完全可编程软硬件的产品。该套件经优化，可在软硬件中提供一系列视频/图形处理接口和高速接口，而O/S和应用处理则可通过运行在嵌入式双核Cortex-A9处理系统上的软件来完成。

　　OmniTek Zynq-7000 SoC 广播开发套件非常适合加速以下广播级产品的开发：

　　专业显示器和多画面处理器。该产品需要对输入的视频进行实时逐行扫描和缩放处理以支持高达4K分辨率的显示器格式或3D显示且不影响画质。

　　工作室摄影机和专业级摄影机。该产品利用OmniTek Zynq-7000 SoC 广播开发套件可降低构建成本，减少空间占用和功耗。OmniTek Zynq-7000 SoC 广播开发套件集成了视频和音频处理硬件以及操作系统处理器和微控制器。

　　制作切换器。该产品必须支持多通道视频和音频处理，实现尽可能高的质量，同时支持输入之间的平稳切换。

　　加速IP视频传输解决方案的开发

　　赛灵思和赛灵思联盟计划认证成员Barco Silex之间达成的新计划，旨在帮助广播设备OEM厂商加速产品开发速度，为其现有产品和正在开发的产品添加最新IP视频传输功能。该计划的综合平台整合了硬件验证的IP、参考设计和系统集成服务，支持赛灵思的All Programmable FPGA和SoC。

　　该计划的首个平台采用赛灵思的28nm 7系列FPGA，共包括3个新系列产品，能共同应对OEM系统的各种不同要求，涵盖从低成本大规模应用到要求最高的高性能应用需求。7系列器件是赛灵思目标设计平台（TDP）的可编程芯片基础，能帮助OEM厂商集中精力实现产品创新和差异化。

　　这款综合平台集成了视频接口、处理内核和压缩内核，还采用了不同的IP视频传输协议标准（如SMPTE 2022），有助于加速产品设计。此外，该平台还能集成IP视频传输用的多个通道，这样可大幅增加每个支架单元所支持的通道数量。通道密度的增加可减少占位面积，进而降低整体系统成本，而且在密度更高的架构中减少相同通道数所需的器件和卡的数量也有可能降低功耗。

　　提高广播工程设计的生产力

　　IBC 2012上演示的两款TDP和一个参考设计，凸显了赛灵思在提高广播工程设计生产力方面的领先地位：

　　显示目标设计平台（TDP）：这款面向高性能可视系统开发的综合平台包括Kintex-7 FPGA硬件平台（带有赛灵思联盟计划高级成员东京电子器件有限公司开发的ACDC 1.0基础板）、赛灵思视频与图像处理包（一种低成本售价3，000美元的SRP，含整套IP核 ）和3个参考设计。显示目标设计平台能将4路1080i视频流组合为无缝的4K2K图形，相对于前代解决方案而言能同时提升性能和降低功耗。

　　实时视频引擎（RTVE）：赛灵思的RTVE参考设计能让控制室的核心设备路由器、切换器和多画面切换器等适应和采用新标准，从而支持与SDI、DisplayPort、HDMI™和DVI等广播级和消费类串行视频接口的互动。设计人员可设置一个开箱即用的视频系统，从而能集中精力开发特性差异化视频产品。由于RTVE运行在Kintex-7、Spartan-6和Virtex-6等多种硬件平台上，而且采用赛灵思LogiCORE™ IP核支持图像缩放、逐行扫描和OSD，因此设计人员能够在单个低成本FPGA中集成多种功能。参考设计支持多个视频处理流水线，从而可运行在10位色深上，而且支持完全4:4：4色彩次级采样，现在还提供基于web的GUI，能更方便地控制参考设计。新版RTVE 2.0提供了一些改进视频质量的增强功能，其中包括：

　　支持多达8个视频通道，在芯片面积不变的情况下提升了系统性能，相对于1.5版而言性能提高达4倍。

　　OmniTek采用多端口VDMA技术的集成逐行扫描/缩放器能优化资源利用和性能。

　　采用赛灵思无需外置VCXO的技术，进一步提高了可编程系统集成度，同时还降低了材料成本和功耗。

　　通过PCI EXPRESS®模块传输视频流。

　　Tecnoroll FlexMod数字电视调制器平台 – FlexMod平台采用基于Spartan-6 FPGA的调制器模块和高速DAC，展示了其他赛灵思联盟成员（如MVD、Mindway和Binary Core）推出的调制IP，并在地面、卫星、有线、IP和移动应用中实现了多种调制方案（如DVB、ATSC、ISDB）。该平台使得调制器系统设计人员能够更快速地向市场投放产品，并轻松便捷地修改标准或升级系统以更好地支持新标准。