全集成设计环境中开发视频 IP
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2020-12-08
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全集成设计环境中开发视频全集成设计环境中开发视频 IP
通常，视频处理系统的实现需要支持各种视频和音频标准，并负责把信号从一种标准转换到另一种标准。多媒
体应用要求以视频速率处理信号，这意味着在开发过程中仿真必须实时运行。 典型的视频处理系统使用一
个微处理器来控制一个视频流水线，该视频流水线包括一个视频源和宿，一个用于存储视频数据的大型存储
器，和一个视频处理系统（图 1）。 在实现和调试各种视频算法时，您需要通过软件和硬件仿真来验证其
功能性。视频流的实时特性和每帧所需的大量视频数据，令视频处理应用的仿真产生了特别的挑战。 设计
环境 视频基本套件 (VSK) 支持广泛视频应用领域的高性能视频处理系统的快速开发与调试。VSK
通常，视频处理系统的实现需要支持各种视频和音频标准，并负责把信号从一种标准转换到另一种标准。多媒体应用要求以
视频速率处理信号，这意味着在开发过程中仿真必须实时运行。
典型的视频处理系统使用一个微处理器来控制一个视频流水线，该视频流水线包括一个视频源和宿，一个用于存储视频数
据的大型存储器，和一个视频处理系统（图 1）。
在实现和调试各种视频算法时，您需要通过软件和硬件仿真来验证其功能性。视频流的实时特性和每帧所需的大量视频数
据，令视频处理应用的仿真产生了特别的挑战。
设计环境 设计环境
视频基本套件 (VSK) 支持广泛视频应用领域的高性能视频处理系统的快速开发与调试。VSK 采用赛灵思®Virtex™-4
XC4VSX35 器件，该器件通过结构中高比例的乘法累加块（也称为 DSP48）而针对 DSP 处理进行了优化，并具有丰富的视
频接口特性集支持，如 DVI、VGA、分量 (HD)、复合、S-视频和 SDI等。
通常，开发视频算法需要使用硬件对实时数据流进行视频操作验证，需要仿真环境来开发和测试视频处理组件。VSK 为
视频系统的每个
组件同时提供了软件仿真和实时操作，可让您开发视频 IP（包括滤波器、视频块集、加速器和视频接口转换）或最终应用程
序，如编解码器、图像增强、动态伽马校正和运动估计等。与工具套件的集成和 I/O 多样性使能快捷而容易地把视频引入板上
和优化其运行算法。
与 VSK 一起提供的还有参考设计，其中一些使用 HDL 编写，其他的则用Xilinx System Generator for DSP 设计环境构
建。为了去除通过各种视频接口引入数据并把它们发送到 Virtex-4 器件的复杂性，所以我们附带了一个视频接口块集库，使所
有接口块集均可通过一个 MicroBlaze™ 控制器来进行控制。
为了突出显示 VSK 的部分能力，我将对 MPEG-4 第 2 部分解码器演示设计进行说明。
MPEG-4 第第 2 部分部分
该 MPEG-4 解码器演示系统由 FPGA硬件评估平台、赛灵思 IP 核和嵌入式软件组成，并一起对工业标准编码视频位流执
行解压操作。
对于此设计，FPGA 被编程为执行解压和驱动视频显示之用。一个 Compact Flash 卡用于保存多个压缩视频流和 FPGA
配置位流。一个位于 FPGA 内的嵌入式处理器从 Compact Flash 卡读取位流，将其写入一个外部 DDR 存储器中，然后将其
发送到 MPEG-4 第 2 部分解码器。然后通过视频 I/O 子卡，将解码器的输出重新格式化为要在外部监视器上显示的视频标
准。
系统概览如图 2 所示。MPEG-4 解码器核、DDR 存储器控制器、颜色空间转换器、VGA 接口、宏块格式转换器、以及
MicroBlaze 软核处理器及相关外围电路，在 XC4VSX35 FPGA 中实现。
而ZBT 存储器、DDR 存储器、System ACE™ 技术、Compact Flash 连接器、两线式 LCD 显示器，和一个数模转换器，
都是位于硬件平台上。
嵌入式处理器 嵌入式处理器
视频系统一般需要有一个控制处理器。该处理器通常用于与主机系统通信，建立视频处理操作，计算系数，且一般作为低
速率数据处理器运行。
VSK 具有输入与输出源的视频标准，与 System Generator 硬件联合仿真能力相配合，可让您通过实时视频流快速测试和调试
系统。
在该 MPEG-4 演示设计中，嵌入式 MicroBlaze 处理器用作总体系统级控制器，处理以下功能，如用户接口，从
Compact Flash 卡中读取压缩位流，将位流发送到 MPEG-4 解码器核，和监视所有系统状态标志等。
通过Xilinx System Generator for DSP，可大大简化 MicroBlaze 处理器整合到框架中的设计流程。您可以结合使用 Xilinx
System Generator 与嵌入式开发套件 (EDK) 软件工具，去实现和仿真具有一个处理器和 FPGA 视频处理器功能、对实况视频
流进行操作的系统。System Generator 自动生成软件驱动程序来支持用于向 System Generator 设计的数据读写。
两种方法学目前均支持集成一个 MicroBlaze 控制器：
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