FPGA的濾波器和銳化器功能分析
2013-09-26 來源：智慧城市網(wǎng)
I幀是一個視頻序列的第1幀，所以一般變換量化后的質(zhì)量都比P幀和B幀高，采用的量化參數(shù)QP也要比P幀和B幀所采用的QP要小。但是對于一些運(yùn)動物體少的區(qū)域可以考慮用較大的QP來降低編碼，就是說I幀的不同區(qū)域可以有不同的QP。
P幀一般只對運(yùn)動宏塊有變換量化后的結(jié)果，所采用的量化參數(shù)QP要比I幀大，至于大多少可以根據(jù)運(yùn)動速度來定，速度慢的話量化參數(shù)QP要比I幀大1～2，速度快的話量化參數(shù)QP要比I幀大3～4，因?yàn)檫\(yùn)動速度快時人眼看的就有點(diǎn)模糊，所以圖像質(zhì)量損失大點(diǎn)也感覺不明顯。
B幀的結(jié)果可以不作為參考幀，所以B幀的量化參數(shù)QP要比P幀大，以獲得更少的碼流。
從上面的分析可以知道，不僅3種幀的QP大小不同，QP也會根據(jù)運(yùn)動情況而變化，這樣的QP控制很復(fù)雜，而且ASIC的H.264編碼器也不一定有這樣的控制功能，F(xiàn)PGA正好可以實(shí)現(xiàn)這樣的控制。
ISP—FPGA的濾波器和銳化器功能
ISP是編碼前的視頻圖像處理，其中濾波強(qiáng)度和銳化強(qiáng)度對碼流的影響也很大，濾波算法有很多，其中既能濾波又能保留邊緣的濾波算法是很復(fù)雜的，用FPGA可以方便地實(shí)現(xiàn)不同算法和不同強(qiáng)度的濾波器和銳化器。
智能分析—FPGA的智能分析功能
智能分析主要有兩個功能，圖像分析和運(yùn)動分析。運(yùn)動分析是為了獲得視頻中的運(yùn)動物體，如人和車輛等；圖像分析是為了獲得運(yùn)動區(qū)域和靜止區(qū)域的分布，可以減少靜止區(qū)域的碼流。一般ASIC的智能分析功能只有運(yùn)動分析，F(xiàn)PGA可以同時實(shí)現(xiàn)這兩個功能。
FPGA在智能自適應(yīng)中的應(yīng)用
影響碼流的因素主要包括：場景內(nèi)容的變化、視頻分辨率、視頻幀率、量化參數(shù)QP、視頻濾波強(qiáng)度、圖像銳化強(qiáng)度和圖像分析靈敏度等。當(dāng)場景內(nèi)容變化時，碼流會隨之發(fā)生變化，為了實(shí)現(xiàn)維持碼流的穩(wěn)定的目標(biāo)，就需要同時調(diào)整其他參數(shù)，這就是智能自適應(yīng)。智能自適應(yīng)需要比較復(fù)雜的控制策略來實(shí)現(xiàn)，參與調(diào)整的參數(shù)分布在ISP、智能分析、H.264編碼等多個環(huán)節(jié)，對實(shí)時性要求比較高，很適合用FPGA來實(shí)現(xiàn)。
FPGA的選擇
H.264編碼以宏塊為單位，在處理過程中必然會涉及到宏塊的輸入輸出和緩存。1個宏塊的數(shù)據(jù)為384字節(jié)（256字節(jié)亮度數(shù)據(jù)和128字節(jié)色度數(shù)據(jù)），如果考慮到輸入輸出和處理的并行，必須設(shè)置雙份，即768字節(jié)，所以使用1K字節(jié)的存儲塊剛好滿足要求。參考幀的存儲可能包括多個參考幀宏塊，需要用多個存儲塊。ISP中經(jīng)常需要緩存1行像素，1080p每行有1920個像素，需要2K字節(jié)的存儲塊。
從上面的分析可以看出，適合H.264編碼和圖像處理的FPGA對內(nèi)部存儲器的要求是：存儲塊容量小（如1～2KB），并且存儲塊數(shù)量越多越好；另外，對乘法器的要求也是數(shù)量越多越好。
結(jié)語
從上面的論述中可以看出，降低視頻的編碼碼流是一個系統(tǒng)性的工程，涉及到很多環(huán)節(jié)，尤其是H.264編碼器可以做的工作很多。目前我們用CYCLONEIV的EP4CE115實(shí)現(xiàn)了1280×720×25fps的平均碼流小于512Kbps，H.264編碼檔次是mainprofilewithcabac。隨著FPGA工藝的進(jìn)步，F(xiàn)PGA的資源越來越多，運(yùn)動宏塊的預(yù)測可以做到越來越準(zhǔn)確，編碼碼流會越來越少，下一步我們準(zhǔn)備用CYCLONEV來實(shí)現(xiàn)1920×1080×25fps的平均碼流小于1024Kbps。
