FH8735在多路H.264高清視頻編碼系統(tǒng)中的應(yīng)用

關(guān)鍵詞： FH8735 , 視頻編碼

高清視頻應(yīng)用已成為市場(chǎng)熱點(diǎn)，為滿足越來(lái)越多的高清視頻采集和編碼的實(shí)際需求，富瀚微電子發(fā)布了FH8735和FH8736高性能視頻編碼芯片和一系列最具競(jìng)爭(zhēng)力的高清視頻編碼解決方案。這些方案支持1路1080p30格式或2路720p60格式的高清視頻實(shí)時(shí)編碼，支持 HDMI、DVI、YPbPr、VGA、SDI等多種高清視頻接收器的視頻輸入。目前該方案已在視頻安防監(jiān)控、視頻會(huì)議、高清視頻游戲、遠(yuǎn)程機(jī)房控制、遠(yuǎn)程教育和遠(yuǎn)程醫(yī)療等得到廣泛應(yīng)用。

1 前言

視頻監(jiān)控產(chǎn)品經(jīng)歷了模擬時(shí)代、數(shù)字時(shí)代、網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的發(fā)展后，現(xiàn)在已經(jīng)逐步走入了高清時(shí)代。高清視頻和傳統(tǒng)標(biāo)清視頻相比在視頻質(zhì)量上有了質(zhì)的飛躍。以往由于芯片編碼能力、網(wǎng)絡(luò)帶寬和存儲(chǔ)技術(shù)等眾多因素限制，高清視頻一直沒(méi)能得到廣泛應(yīng)用，但隨著視頻編碼、IC設(shè)計(jì)、寬帶網(wǎng)絡(luò)及大容量存儲(chǔ)等技術(shù)的飛速發(fā)展，高清視頻應(yīng)用的主要障礙都已被掃清。H.264/AVC視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)由于具有優(yōu)異的編碼效率，能極大降低高清視頻傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)帶寬和存儲(chǔ)容量需求，得到廣泛應(yīng)用，成為了高清視頻編碼的必然選擇。

目前，高清視頻監(jiān)控已被越來(lái)越多的行業(yè)所關(guān)注和應(yīng)用。這些行業(yè)用戶(hù)的普遍特點(diǎn)都是需要更高清晰度的視頻圖像。上海富瀚微電子有限公司2008年9月推出了FH8735 H.264編碼專(zhuān)用集成電路以及相應(yīng)的解決方案。其具有單芯片1路 1080p@30fps或兩路720p@30fps的高清視頻實(shí)時(shí)編碼能力，是目前市場(chǎng)上最具競(jìng)爭(zhēng)力的高性能視頻編碼芯片，能極大滿足高清視頻的發(fā)展需求。

富瀚微電子基于FH8735芯片推出了一系列高清視頻產(chǎn)品解決方案，如高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)方案，高清網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器方案和PCI高清視頻壓縮卡等。

經(jīng)過(guò)一年多的市場(chǎng)檢驗(yàn)，F(xiàn)H8735已被廣泛應(yīng)用于視頻安防監(jiān)控、視頻會(huì)議、遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療、高清屏幕錄制和個(gè)人消費(fèi)電子等各個(gè)領(lǐng)域。

2 FH8735高清編碼芯片簡(jiǎn)介

FH8735是一款高性能的音視頻編碼芯片，支持H.264 Main profile和Baseline profile視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，可對(duì)一路1080i、2路720p的高清信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)編碼和控制。在編碼視頻數(shù)據(jù)的同時(shí)，也對(duì)相關(guān)的多路音頻數(shù)據(jù)編碼，并完成音視頻同步，輸出ES/PES/PS/TS等格式壓縮碼流。FH8735的各內(nèi)部功能模塊如圖 1所示。

2010-6-4 09:42:14 上傳

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圖 1 FH8735功能框圖

FH8735主要技術(shù)特點(diǎn)如下：

1) 超強(qiáng)編碼性能

FH8735 的H.264編碼由純硬件完成，具有高編碼能力，高編碼質(zhì)量和低功耗等特點(diǎn)。FH8735支持最大分辨率2048x1024的視頻輸入，支持1路 1920x1080@30fps或者2路1280x720（1280x720@60fps）實(shí)時(shí)編碼。對(duì)典型視頻編碼的對(duì)比結(jié)果表明，在相同的碼率下，F(xiàn)H8735接近JM12.0的視頻編碼質(zhì)量。

2) 豐富的外設(shè)接口

FH8735支持多種高清視頻輸入模式，高清視頻的數(shù)據(jù)格式和同步方式均可配置，可以接收來(lái)自CMOS/CCD 模組、視頻解碼器等輸出的數(shù)字視頻：

n 支持ITU-R BT.709/SMPTE 274M(24Bit 4:4:4 YCbCr、16Bit 4:2:2 YCbCr, RGB 24(8:8:8))；

n 支持SMPTE296M-2001(24Bit 4:4:4 YCbCr, 16Bit 4:2:2 YCbCr, RGB 24(8:8:8))

n 支持8bit 4:2:2 YCbCr；

n 支持內(nèi)同步和外同步方式；

另外，F(xiàn)H8735還具有SPI/PCI/SD /UART/I2S/GPIO/I2C/MAC等多種外設(shè)接口。

3) 專(zhuān)利碼率控制技術(shù)

FH8735提供四種碼率控制策略：固定量化系數(shù)（QP：quantisation parameter），恒定比特率(CBR：Constant Bit Rate），可變比特率(VBR：Variable Bit Rate)和平均比特率(ABR：Average Bit Rate）。每種算法都經(jīng)過(guò)精心優(yōu)化，能自適應(yīng)對(duì)視頻場(chǎng)景進(jìn)行預(yù)先檢測(cè)和判斷，從而在保證視頻主觀質(zhì)量的同時(shí)，又使得編碼器輸出的碼率平滑和穩(wěn)定，保證網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男屎头€(wěn)定性。

4) 靈活的功能設(shè)置

除具有高性能的視頻編碼能力外，F(xiàn)H8735提供了豐富的視頻預(yù)處理功能和靈活的視頻編碼選項(xiàng)。編碼器的搜索范圍、Intra預(yù)測(cè)類(lèi)型、GOP長(zhǎng)度、參考幀個(gè)數(shù)、編碼碼率和碼率控制方式、編碼Profile和Level等都根據(jù)需要進(jìn)行靈活設(shè)定，這樣就能保證和不同解碼能力的解碼器進(jìn)行無(wú)縫對(duì)接。另外，F(xiàn)H8735支持對(duì)輸入視頻進(jìn)行去隔行、去噪聲、多個(gè)文本和圖形OSD疊加、圖像畫(huà)面縮小、移動(dòng)偵測(cè)等多種圖像處理功能，還支持抓取無(wú)損的原始視頻信號(hào)，供主機(jī)端進(jìn)行一些智能化分析和處理如車(chē)牌識(shí)別，人臉識(shí)別等。

FH8735 內(nèi)部有兩組獨(dú)立的DDR控制器，可以接兩組外部DDR SDRAM。根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)對(duì)編碼器性能的需求配置一組或者兩組外部DDR SDRAM。比如編碼一路720p視頻時(shí)，就只需配置一組DDR，從而降低系統(tǒng)BOM成本。

5) 優(yōu)化設(shè)計(jì)的超低延時(shí)實(shí)時(shí)編碼技術(shù)

在高清視頻系統(tǒng)中，系統(tǒng)延時(shí)也是一個(gè)重要的考量要點(diǎn)。FH8735通過(guò)支持靈活的圖像分片編碼方式來(lái)降低整個(gè)視頻編碼的內(nèi)部延時(shí)。如編碼720P格式的高清視頻時(shí)，每幀數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)緩沖的時(shí)間約16.7ms。從圖像的第一個(gè)有效行數(shù)據(jù)開(kāi)始輸入系統(tǒng)緩沖開(kāi)始計(jì)時(shí)至編碼器輸出整幀壓縮碼流的時(shí)間可以控制在 20ms內(nèi)。這種超低延時(shí)實(shí)時(shí)編碼技術(shù)可極大降低整個(gè)系統(tǒng)的端到端延時(shí)，從而改善和提高用戶(hù)主觀體驗(yàn)。

3 基于FH8735的多路高清視頻編碼板

為滿足FH8735在高清編碼應(yīng)用中的前期評(píng)估和開(kāi)發(fā)需要，富瀚提供了基于FH8735的多路高清視頻編碼卡參考設(shè)計(jì)。該高清編碼卡支持DVI/HDMI和YPbPr接口的高清視頻輸入和PCI主機(jī)接口，可以完成高清視頻的采集，編碼，并通過(guò)PCI接口發(fā)送到主機(jī)。該參考設(shè)計(jì)支持Windows XP和Linux，富瀚提供相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序和評(píng)估軟件，并可以根據(jù)用戶(hù)具體的應(yīng)用來(lái)修改固件滿足定制化功能。

該多路高清視頻編碼卡的系統(tǒng)示意圖如下：

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