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-- 發(fā)布時間：2010-11-19 11:12:51
-- 采用基于FPGA的創(chuàng)新技術(shù)實現(xiàn)飛躍
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過去10年來，電子行業(yè)推出了一系列令人眼花繚亂的平板電視及相關(guān)技術(shù)，將陰極射線管電視、背投電視乃至模擬標(biāo)清信號廣播技術(shù)統(tǒng)統(tǒng)掃進了積滿灰塵的“古董”庫房。如今，眾企業(yè)紛紛以前所未有的發(fā)展速度不斷推出最新的TV技術(shù)。但是，要使客戶充分獲得這一快速發(fā)展技術(shù)的全部價值，要求配備協(xié)作良好的設(shè)備鏈，以使廣播公司和電影制片廠能將采用高級技術(shù)制作的最新節(jié)目傳輸?shù)狡鹁邮液捅镜赜霸海以诓贿h的將來，還能傳輸?shù)侥氖殖衷O(shè)備和汽車系統(tǒng)上。
在廣播和影院設(shè)備領(lǐng)域相互競爭的企業(yè)很早就將賽靈思(Xilinx)FPGA用作其大多數(shù)廣播設(shè)備的主要邏輯IC，從超高端的攝像機到各種類型的演播室編輯和信號傳輸設(shè)備都有它的身影。如今，該市場領(lǐng)域的設(shè)計人員也在全面開發(fā)基于FPGA的設(shè)備，以使1080p廣播成為主流。設(shè)計人員甚至已開始不斷推出基于FPGA的3D電視設(shè)備，使廣播公司能將《阿凡達》畫質(zhì)的電視節(jié)目在小型電視屏幕上播放出來。若密切關(guān)注該類型市場中最大的板塊——電視廣播市場，您就不難發(fā)現(xiàn)設(shè)計人員將在整個廣播設(shè)備鏈上充分利用FPGA，以將更精彩的節(jié)目帶給消費者。 廣播101：從現(xiàn)場到您的屏幕 賽靈思廣播業(yè)務(wù)營銷產(chǎn)品部(BroADCastSegmentMarketingGroup)的市場營銷經(jīng)理BenRuyan認為廣播市場的大致特點是：每個人都可以看見最終結(jié)果，但知道中間的投入有多大的人卻不多。要實現(xiàn)最終的結(jié)果，需要涉及大量復(fù)雜的技術(shù)，熒屏背后有大量的工作要做。 在表面的光艷之下，廣播與影院市場實際上涌動著非常激烈的競爭暗潮，屬于單位成本高而銷售量又相對小的市場。參與這一市場競爭的企業(yè)需要生產(chǎn)可將電視信號傳輸至用戶最新數(shù)字電視，或者將影片傳輸至IMAX影院或者用戶家庭影院屏幕的每一種設(shè)備。Runyan指出，影院市場往往充當(dāng)最新廣播技術(shù)的早期采用者（參見邊條），但是，由于對高質(zhì)量廣播的需求不斷增長，電視臺也在以前所未有的步伐引入新技術(shù)。Runyan表示：“如果您有機會參觀當(dāng)?shù)仉娨曆莶ナ一蛘唠娨暰W(wǎng)絡(luò)，您就會為成堆的設(shè)備和成英里長的線纜驚嘆不已。它們占據(jù)了天花板和墻壁之間的每一寸空間。將節(jié)目傳輸?shù)诫娨暽闲枰墓ぷ髁亢图夹g(shù)水平讓人嘆為觀止�！� 以現(xiàn)場新聞播報為例，播報員在對準(zhǔn)話筒說話的同時，眼睛看著一臺非常先進、價格昂貴的數(shù)字攝像機。這臺攝像機以有線或者無線的方式將未經(jīng)壓縮的語音原始信號發(fā)送至現(xiàn)場的新聞車，車上載有便攜式視頻監(jiān)控和編輯設(shè)備以及無線電設(shè)備。該車上的各種設(shè)備都能夠即時執(zhí)行非常簡單的信號壓縮，然后將現(xiàn)場信號或者相關(guān)的磁帶內(nèi)容直接傳輸至差轉(zhuǎn)臺，或者通過衛(wèi)星傳輸?shù)綇V播演播室。 隨后，該演播室使用多臺協(xié)作設(shè)備，以便接收從現(xiàn)場饋送的廣播信號，在存儲服務(wù)器上錄制內(nèi)容，并將信號發(fā)送至混合和編輯設(shè)備以及控制室中的多屏幕監(jiān)控器。然后，節(jié)目技術(shù)人員、編導(dǎo)人員和制作人員再將節(jié)目內(nèi)容與其他來自外部的內(nèi)容和在演播室中用內(nèi)部攝像機錄制的內(nèi)容（如現(xiàn)場新聞的電視新聞主播報道）混合起來，并添加屏幕文字解說或者“跑馬屏”畫面來協(xié)調(diào)事件的順序，最終生成主節(jié)目內(nèi)容。 廣播人員隨后將主節(jié)目內(nèi)容發(fā)送至演播室的傳輸設(shè)備，由傳輸設(shè)備將節(jié)目壓縮成多種編解碼器（編碼器/解碼器）標(biāo)準(zhǔn)格式，每種標(biāo)準(zhǔn)格式都能使用特定的介質(zhì)進行傳輸，比如有線電視、衛(wèi)星、地面以及有線廣播（針對IP網(wǎng)絡(luò)電視）或者無線廣播（針對手機）。演播室隨后通過有線及無線運營商網(wǎng)絡(luò)廣播這些已壓縮的頻帶（參見《Xcell雜志》第68期的封面故事），送達您的有線電視或者衛(wèi)星機頂盒、數(shù)字電視、PC或者手持設(shè)備。在消費類電子產(chǎn)品端，上述系統(tǒng)將對信號解壓縮，并進行節(jié)目播放的工作。 Runyan表示，整個廣播鏈，尤其是現(xiàn)場即時廣播，要求大量的高帶寬光纖與衛(wèi)星資源，以及高性能視頻編輯和巨大的存儲陣列。設(shè)備必須具備相當(dāng)高的可靠性，因為它必須24X7全天候不間斷地工作，而且不能丟失視頻數(shù)據(jù)的哪怕一個字節(jié)。高吞吐量、高靈活性以及高可靠性等所有這些要求都使FPGA成為廣播設(shè)備制造商的理想選擇（參見圖1）。
圖1——廣播鏈上的每項技術(shù)都采用賽靈思FPGA技術(shù) Runyan（參見圖2）表示：“從現(xiàn)場的攝像機，到新聞車上的設(shè)備、編輯演播室的編輯設(shè)備（通過交換機、路由器和多屏幕監(jiān)控器），以及后期編輯設(shè)備和大型視頻服務(wù)器存儲場，再到壓縮和傳輸設(shè)備，賽靈思FPGA在整個廣播鏈的每個環(huán)節(jié)上都發(fā)揮著非常重要的作用。事實上，F(xiàn)PGA在廣播市場早已取代ASIC和ASSP而成為現(xiàn)在占統(tǒng)治地位的邏輯IC�！彼硎�，由于這些數(shù)量繁多的高度先進的設(shè)備不僅不能覆蓋開發(fā)ASIC的成本，同時ASSP也“不具備進入這個市場的基本硬件性能”。隨著市場將在今后幾年向1080p、3D以及移動廣播發(fā)展，電視廣播設(shè)備的規(guī)范將變得更加嚴格，從而對基本性能、可靠性尤其是靈活性，將提出更高的要求。Runyan表示，由此FPGA的使用也更廣泛。為了有助于進一步加速創(chuàng)新、提高生產(chǎn)率，賽靈思已推出其目標(biāo)設(shè)計平臺(TargetedDesignPlatform)戰(zhàn)略，為其最新推出的Virtex-6?及Spartan?-6系列FPGA提供支持。 具體來說，即將發(fā)布的Virtex-6FPGA廣播連接套件將有助于設(shè)備制造商在市場上占據(jù)明顯優(yōu)勢。 Runyan認為：“借助目標(biāo)設(shè)計平臺，客戶就能將更多精力集中在產(chǎn)品的差異化開發(fā)上，而不必完全從頭開始進行系統(tǒng)開發(fā)。我們擁有各種專門定制的廣播專用平臺，能幫助企業(yè)開發(fā)具有眾多優(yōu)異特性的傳輸與調(diào)制設(shè)備，如先進的音頻、視頻和網(wǎng)絡(luò)連接能力、實時高清視頻處理、多通道專業(yè)編碼與解碼以及高速數(shù)字信號處理等�！� 電視廣播技術(shù)最顯著的發(fā)展趨勢：1080p 作為DISConsultingCorp（StrategyAnalytics公司的廣播分析合作伙伴）的首席執(zhí)行官兼首席分析師，DouglasI.Sheer是一位在廣播行業(yè)打拼了40年的資深人士。他認為，當(dāng)今廣播行業(yè)之所以發(fā)展如此迅速，原因在于很多人在過去25年里為標(biāo)準(zhǔn)打了大大小小、不計其數(shù)的“仗”，終于為數(shù)字電視時代的到來鋪平了道路。Sheer表示：“這使企業(yè)能夠開發(fā)出最新型的廣播——音頻和視頻，并將它們以不斷增多的各種方式交付給我們。最不尋常的是IT和傳統(tǒng)廣播行業(yè)的融合，很多人使用計算機，更有甚者，使用手持終端看節(jié)目。這就是全國廣播行業(yè)協(xié)會(NationalAssociationofBroADCasters)所謂的‘超廣播(Broader-cast)’”。 如今，為了支持1080p分辨率、全高清和無線視頻廣播，大多數(shù)電視廣播公司在升級或新建演播室時都紛紛采用3Gbps技術(shù)。 大約8年前，就在行業(yè)中的大部分企業(yè)還在為高清發(fā)展策略爭論不休的時候，諸如ESPN等電視廣播公司，就大膽地投入數(shù)百萬美元購置傳輸設(shè)備，建造全數(shù)字化的720pHDTV演播室。但是，也有很多其他電視廣播公司抱著老舊設(shè)備不放，能拖多久拖多久。 Runyan表示，北美乃至世界各地的市場紛紛出現(xiàn)了向數(shù)字化廣播升級的趨勢，這部分原因在于政府的政策。在美國，許多曾經(jīng)拒絕采用720p技術(shù)的公司干脆跳過720p技術(shù)，直接構(gòu)建或升級能夠支持1080pHD廣播的演播室。 Runyan說：“這個動作可不是什么小事，就算對最早采用720p技術(shù)的公司來說也是如此。720p逐行掃描格式所使用HD串行數(shù)字接口的數(shù)據(jù)速率約為1.5Gps，而每秒60幀的1080p圖像要求的數(shù)據(jù)速率為大約3Gbps。這是720p使用的比特率和帶寬的兩倍，因為您需要兩倍的數(shù)據(jù)量�！� 他說，許多人隨意使用“HD”二字，稱：“在家電商店里，他們可能看不出電視分辨率有什么變化。不過從廣播設(shè)備的先進程度來說，720p同1080p之間的差異就不可同日而語了�！� 分析師Sheer表示，在過去10年中，大多數(shù)廣播公司被迫朝著HD方向首次邁出了一大步，投入大量資金購買和安裝數(shù)字傳輸設(shè)備，而現(xiàn)在，由于大多數(shù)消費者將其電視升級為價格更為合理的1080p高清電視，它們又得緊跟著開始購置3Gbps設(shè)備來支持1080p。Sheer表示：“這背后就像是場拔河比賽。1080p的消費類電視市場興起于這次衰退前，并在這次衰退中走向疲軟，然后在經(jīng)濟形勢回暖向好后又有所恢復(fù)。大多數(shù)廣播公司認為1080p是消費類電子產(chǎn)品市場的發(fā)展方向，所以它們現(xiàn)在又開始為此采購設(shè)備。”
圖2–賽靈思通過目標(biāo)設(shè)計平臺不斷向廣播技術(shù)創(chuàng)新者提供支持技術(shù)。 Runyan指出，根據(jù)1080p需要的數(shù)據(jù)速率，廣播演播室和整個電視鏈的每臺設(shè)備都需要更高的帶寬和某種程度上的硬件編程能力，才能滿足新功能所需和應(yīng)對行業(yè)可能對編解碼器標(biāo)準(zhǔn)進行的任何更改。 Runyan表示：“對于大多數(shù)廣播公司來說，轉(zhuǎn)向1080p意味著巨額的資本投入。部分廣播公司已經(jīng)使用相同的設(shè)備長達20年之久，現(xiàn)在他們不得不轉(zhuǎn)向新的設(shè)備。在某些情況下，企業(yè)這樣做的原因僅僅在于其陳舊的設(shè)備已經(jīng)無人提供支持。” 例如，演播室會聘用幾名廣播質(zhì)量專家來監(jiān)控每路視頻的饋送，觀察其質(zhì)量狀況。在過去，這些專家一直使用超高端的CRT電視機，但如今已沒有人生產(chǎn)它們了。所以廣播公司不得不轉(zhuǎn)向新的平板電視。Runyan說：“這些專家的眼睛能夠分辨每個物體、每種顏色和每處陰影。他們一直爭論不休的是，到底那種平板電視——LCD、等離子還是OLED，以及哪個牌子的平板電視最適合做演播室級別的監(jiān)控器�！盧unyan表示，在向1080p過渡的過程中，廣播設(shè)備將主要使用最新的H.264/MPEG-4AVC編解碼器標(biāo)準(zhǔn)，但仍將支持MEPG-2及其他原有標(biāo)準(zhǔn)。H.264/MPEG-4AVC編解碼器與藍光和超高清視頻流具有很強相關(guān)性。如同大多數(shù)新興的視頻規(guī)范，H.264/AVC也是一種多方參與的標(biāo)準(zhǔn)�，F(xiàn)在其基本特性已經(jīng)得到全面的定義，不過這項標(biāo)準(zhǔn)還在不斷演進發(fā)展出新的衍生版本，例如針對3D廣播的可擴展視頻編解碼器(SVC)和多視角編解碼器(MVC)。隨著廣播公司更為廣泛地使用MPEG-4，并發(fā)掘出更多能快速可靠地實現(xiàn)HD和3D廣播所需的功能性，該項標(biāo)準(zhǔn)還會獲得更加穩(wěn)固的發(fā)展。 Runyan表示：“由于設(shè)備廠商會一直努力改善視頻質(zhì)量，這些編解碼器往往處于一邊使用、一邊發(fā)展的狀態(tài)。部分編解碼器可能會有所更改，這也是為什么FPGA一直是且仍將是這一市場最佳之選的原因。采用基于FPGA的系統(tǒng)，廣播公司可以根據(jù)需求的變化、隨同標(biāo)準(zhǔn)的演進，相應(yīng)進行新功能的添加。如果某種編解碼器發(fā)生變化，通常來說需要相應(yīng)改變的不會只是一臺設(shè)備，而是大多數(shù)。”他表示，“即便客戶演播室中的設(shè)備早已安裝到位”，賽靈思及其知識產(chǎn)權(quán)(IP)合作伙伴提供的編解碼器IP產(chǎn)品組合也能幫助客戶迅速地在其產(chǎn)品中添加新的編解碼器功能。 Sheer表示，1080p僅僅是3Gbps數(shù)據(jù)速率設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)的眾多新技術(shù)成果的一種。他表示：“所有這一切的時機選擇比較關(guān)鍵。究竟什么時候?qū)?080p的需求會到達頂峰，抑或何種格式會最終成為應(yīng)用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)，還是懸而未決的事情�！卑�3Gbps設(shè)備所賜，人們可以在移動設(shè)備和轎車中觀看廣播節(jié)目了。 Sheer表示：“今天的移動廣播還不夠理想，不過數(shù)據(jù)速率提高以后則可能會達到理想的水平�！笨瓷先�，隨著手持設(shè)備的計算功能和連接能力不斷增強，再加上消費者對在膝上型電腦和筆記本電腦上觀看廣播節(jié)目的需求，無線廣播技術(shù)將不斷發(fā)展。” 下一個大市場：3D電視 除了生產(chǎn)1080p廣播電視所需的設(shè)備，廣播設(shè)備制造商還在不斷推出可使廣播公司將更精彩的3D電視節(jié)目帶到千家萬戶的設(shè)備。Sheer與Runyan都提到，廣播公司具備3D節(jié)目的廣播能力已有數(shù)十年之久，但畫質(zhì)卻差強人意�，F(xiàn)在，新一代的高清3D也已問世，近年來消費者已經(jīng)在影院中有所體驗，并將很快走入尋常巷陌。在今年的拉斯維加斯國際消費類電子產(chǎn)品展(ConsumerElectronicsShow)上，已經(jīng)有多家廠商推出了3D電視。有些要求觀眾佩戴3D眼鏡，有些則不需要。 Runyan表示，走向“3D電視將使節(jié)目制作人員能夠為觀眾提供前所未有的優(yōu)質(zhì)服務(wù)。他們將不僅能夠提供數(shù)字電視、高清電視或3D有線電視或者衛(wèi)星電視打包節(jié)目，而且還可實現(xiàn)節(jié)目點播。您既能觀看3D電影，同時還可觀看足球以及棒球比賽等的現(xiàn)場賽事�！睂嶋H上，英國的廣播公司已經(jīng)開始測試現(xiàn)場3D播報，并計劃在2010年世界杯賽過程中進行更為廣泛的應(yīng)用。 Runyan表示，對于那些已經(jīng)安裝有1080p演播室設(shè)備的廣播公司，轉(zhuǎn)向3D播報是一項工作量相對較輕，但極其重要的升級工作。要進行3D電視信號的播報工作，業(yè)界需要采用新的H.264編解碼器技術(shù)和MVC，才能應(yīng)對3D電視所需的多點攝制帶來的帶寬增加。這就意味著演播室設(shè)備必須支持這一功能性和更龐大的數(shù)據(jù)吞吐量。 Runyan表示：“演播室的設(shè)備還需要更尖端的技術(shù)，至少他們需要能夠同時處理兩路輸入信號：一條2D播報以及一條3D播報。有些情況下，廣播公司會采用后期編輯設(shè)備來將常規(guī)的2D節(jié)目轉(zhuǎn)換為3D節(jié)目。更為先進的方式是用3D攝像機攝制節(jié)目，這也是電影制片廠沿用了很多年的方式，即詹姆士卡梅隆拍攝他的曠世大片《阿凡達》采用的方式，然后從內(nèi)容中生成2D的高清版本�！� 大部分這種3D技術(shù)尚未接受全面的現(xiàn)場檢驗。許多人對3D電視如果不使用眼鏡，亮度是否足夠，以及觀眾是否有胃口天天晚上戴3D眼鏡心存疑慮。 Sheer認為，一旦市場決定那些行得通，那些行不通，3D電視就會很快進行調(diào)整。他說：“人人都記得在影院里戴著卡片形狀的眼鏡看電影的經(jīng)歷，不過這一代3D技術(shù)，即立體的3D要好很多。它得到了好萊塢眾多人士的支持，而且已經(jīng)用在體育賽事的現(xiàn)場播報中了。其中最重要的因素可能是它能夠趕上高清的潮流�！睂嶋H上，“高清足足花了25年的時間才走向成熟，我們認為3D花的時間要少得多，因為HD在很大程序上已在基礎(chǔ)架構(gòu)方面為此奠定了基礎(chǔ)�！� 就Sheer的觀點而言，能夠引領(lǐng)3D電視市場的將是能夠播放源源不斷來自電影行業(yè)的立體3D電影的3D藍光DVD播放機。在它們之后，即是3D電視走入千家萬戶之時。Sheer表示：“以3D方式觀看現(xiàn)場體育賽事的誘惑實在是擋也擋不住�！�超越1080p與3D電視 人們可能會覺得，隨著1080p電視廣播在世界各地得到普及，3D技術(shù)在影院中獲得廣泛應(yīng)用，并迅速成為主流的電視技術(shù)，廣播技術(shù)的發(fā)展步伐可能會放緩，因為整個行業(yè)都會停下來歇口氣。顯然情況并非這樣。 Runyan表示，已經(jīng)有企業(yè)在展示“超高清電視”攝像機，能夠拍攝令人驚艷的7,680x4,320像素分辨率的影像，這也是當(dāng)今高清電視分辨率的16倍。所需的比特率如此之高，以至于現(xiàn)在這種攝像機每天只能拍攝20分鐘的影像。不過，隨著電子技術(shù)的進步和編解碼器的深入發(fā)展，在不久的將來，超高清電視級別的視頻質(zhì)量毫無疑問會成為主流。難道不會嗎？ Runyan表示：“如果行業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)超高清電視的比特率，我們的電視和影院將與今天大為不同。實際上，這種比特流已經(jīng)大到足夠支持真實的全息投影。試想一下，全息投影的現(xiàn)場體育賽事，您可以從任何角度觀看。放大率至少是1080p，與我們今天在最高級的商品化電視上看到的基本一樣�！� 到那時，我們可能也不會在電視上觀看節(jié)目，而是使用一種全新的全息投影設(shè)備，當(dāng)然賽靈思FPGA將為之提供強大動力。 |
