Xilinx全新开发平台力助广播设备制造商应对3D技术挑战

2009年,随着3D技术在影院和广播领域的快速推广以及消费类显示设备对视频分辨率不断提出更高的要求,设备设计人员与制造商迎来了前所未有的巨大机遇。《阿凡达》等3D影片为影院带来了巨额收入,成为有史以来最卖座的大片,与此同时,BSkyB、Comcast、Discovery Channel、DirecTV以及ESPN等电视内容提供商也开始计划推出3D电视,吸引客户购买包含3D内容的付费节目,以进一步实现增收。实时3D的发展趋势对设备技术提出了巨大挑战,不仅要求进一步提高存储器的速度、增强性能、尽可能地重复利用现有的基础设施,同时还要不断降低功耗预算。

与此同时,组件制造商在快速变化的环境中很难预测应追崇哪种新兴技术。现场可编程门阵列 (FPGA) 凭借其能显著加速产品开发进程,确保产品部署后仍能实现重编程等巨大优势,帮助设备制造商在标准未完全确定之前就快速抢占市场先机,从而使其当之无愧地成为设备制造商的首选技术。

作为业界领先的FPGA技术提供商,赛灵思在其服务的所有电子领域不断满足高带宽、高质量以及高性能的需求。单就广播领域而言,随着该行业积极提高技术装备,以满足全球体育赛事和其它各种活动播出的要求,赛灵思的收入在过去 12 个月内即增长了两倍。iSupply认为,上述趋势还将进一步得到保持。支持3D功能的电视机购买量将从 2010年的420万台增长到2015年的7,800 万台,年增幅达80%,这将进一步推动新一轮广播设备的采购和技术开发热潮。

在此前的技术转型过程中,由于过去NTSC与PAL数 10 年来一直是标准制式,而创新步伐却非常缓慢,OEM厂商的设备要满足计算、处理以及传输功能的需求,就只能使用固定的芯片器件,例如定制的专用集成电路 (ASIC) 或是直接购买现有的专用标准产品 (ASSP)。现在,情况已完全不同了。针对特定应用开发ASIC需要12到18个月的时间,如果OEM厂商仅靠ASIC来满足当前的视频捕获、处理、显示或存储市场需求,显然无法适应业界不断变化的标准要求,从而导致无法保证足够的供货而不能获得理想的投资回报,痛失市场。此外,我们还能从业界发展趋势中看出,广播领域的ASSP开发和投资呈下降趋势,这是因为代工厂和无工厂开发商对标准的发展完善持观望态度。但是,对 I/O性能提升、多通道的实现以及降低功耗的需求是无止境的,这就促使广播产业必须与赛灵思的“可编程技术势在必行”的理念相一致。

广播产业的“可编程技术势在必行”

从赛灵思的角度,“可编程技术势在必行”要求公司致力于可编程芯片技术的创新,提供业界领先的性价比、功耗、性能及可编程性,全面满足广播系统开发人员的需求;而从系统开发人员的角度来看,“可编程技术势在必行”有助于赛灵思不断推出更简捷、更智能、更具战略可行性的设计平台,来显著缩短创建应用基础设施所需的时间,帮助开发人员集中精力开展创新,实现产品的差异化特性。

赛灵思FPGA为其不断丰富的目标设计平台奠定了稳固的芯片基础。该平台专为满足广播等特定应用的独特要求而精心设计。赛灵思通过提供包括专用IP、第三方设计工具、开发板套件以及参考设计等的集成生态系统,为设计人员在FPGA上构建完整系统或子系统提供了所需的条件。这种平台化方案使得FPGA能更好地满足特定应用的需求,从而帮助广播开发人员更快速、便捷地在其系统中部署赛灵思的可编程平台。

赛灵思的广播解决方案

为了充分满足3D电视的需求,赛灵思及其合作伙伴共同计划添加H.264 MVC编解码器,2 x HD-SDI,新型SMPTE标准,可实现6Gbps光网络链接的2 x 3G-SDI 以及无与伦比的高性能实时硬件功能。赛灵思在本届IBC2010展会上宣布推出:

•Spartan-6 FPGA广播连接功能套件:

赛灵思广播连接功能套件支持采用低成本 FPGA 的 Spartan-6 系列进行系统开发。由于套件 BCK 支持三重速率 (SD/HD/3G) 串行数字接口 (SDI)、高清多媒体接口 (HDMI)、DisplayPort、DVI 以及 V-by-One 标准,因而设计人员可用其评估设计方案,并在其设计方案中集成各种广泛用于专业广播市场的预定义视频接口。在高度灵活的单个芯片设计中集成多种接口,并在用于非压缩视频与最新显示技术的各种标准之间实现完美桥接,这将有助于大幅精简最终终端系统的物料清单。我们认为 3D 电视的广泛普及将使相关带宽需求比当前的 1080p60 格式提高两倍,从而需要提升每套系统实施方案所需的 SDI 端口数量,或将这些端口的速度提升至 6 Gbps 乃至全新的更高标准。

•广播处理引擎支持实时视频处理:

赛灵思广播处理引擎IP核首次在IBC上公开演示。广播系统设计人员能在单颗芯片上结合使用广播处理引擎和广播连接功能套件进行视频处理,从而帮助设计人员开发出从摄像机到显示器、从交换机到存储服务器乃至任何能满足多种视频应用需求的完整视频处理链。赛灵思实现了每个视频模块输入与输出的标准化处理,因此客户能够添加自己的IP并进行升级,或通过赛灵思视频流接口 (XSVI) 与赛灵思视频 IP 混用或搭配使用。赛灵思广播处理引擎可同时支持现有的和新兴的各种标准,如3D与4Kx2K数字影院等。此外,该广播处理引擎还将支持12位色深的视频转换器中高达4Kx4K的分辨率。

•实时编码器大幅降低视频数据速率:

随着越来越多的广播公司向客户推出3D电视内容,他们必须确保现有基础设施能支持更高带宽的实时移动。首次在大会上演示的VSofts H.264/AVC-I IP核 能实现极低的时延,而且该解决方案符合ITU和Panasonic AVC-Intra标准,能在相同大小的数据通道上实现更高带宽的实时广播。H.264/AVC-I是赛灵思Encoding IP系列的最新成员。用户可通过启用这款IP以使其在广播连接功能套件上运行,并与广播处理引擎 IP 结合使用,从而能够迅速构建系统并全面验证各类视频和音频应用的性能。

•IP核压缩多通道音频:

FPGA不但能够降低视频带宽,而且还可使数据速率不断提升,同时也是压缩多通道音频方面性价比较高的解决方案。赛灵思携手Coreworks推出一系列新型的音频编解码器 IP 核,可压缩多通道音频,以降低存储需求并节约专业工作室之间或前端向消费者传输音频所需的带宽。基于FPGA的解决方案使设计人员和构建商能推出专门的数字信号处理器 (DSP),从而降低成本、功耗并缩小总面积。新型IP核可专用于支持Dolby® Digital、AAC以及MPEG-1 Layer II等标准,满足向家庭发布内容的需求,此外也支持Dolby E,可实现专业工作室之间的发布。

赛灵思FPGA:广播领域领先的芯片器件

赛灵思过去20多年来始终致力于提供可编程逻辑器件,并一直凭借其FPGA技术稳居业界领先地位。赛灵思工程师专注于降低每一个工艺节点的功耗,充分发挥工艺技术、电路设计技术以及具有功耗监控功能的设计软件的组合优势,使得赛灵思FPGA在具备业界尖端性能和出色器件密度的同时,还能确保系统良好的散热功能。FPGA 从65 nm向40 nm的过渡发展,使功耗锐降60%,而现在28 nm器件功耗将又降低了一半。

若以终端产品性价比为标准,现有两种不同系列的FPGA器件可供设计人员和制造商选择。Virtex®-6 FPGA系列为赛灵思目标设计平台的高性能技术奠定了稳定的基础。其采用业界前沿的40 nm铜工艺技术,为定制ASIC提供了一种可编程替代方案,专门为满足高计算强度应用的需求而精心设计,可支持高带宽和低功耗操作。支持高性能逻辑的针对领域优化的器件、DSP以及高速串行连接功能可满足多种不同逻辑功能的需求,并支持超过11Gbps的线路速率以及高于1200GMAC的DSP和1Tbps的串行带宽。这些器件包含众多集成型系统级模块,如36 Kb的Block BRAM/FIFO、第三代DSP SLICE、PCI Express®兼容模块以及三模以太网媒体访问控制器 (MAC) 等。这些灵活特性使设计人员能在其基于FPGA的系统中实现最高的性能水平和最强大的功能。

Spartan®-6 FPGA系列是赛灵思目标设计平台低功耗、低成本的基础。Spartan-6 FPGA将业界领先的系统集成功能与总成本最低的优势结合在一起,可全面满足广播应用的要求。系统开发人员能以前代产品一半的功耗实现两倍的功能提升,从而能够充分满足对新特性的需求,其中包括将器件密度从3,400个逻辑单元提升至148,000个,同时以支持SD和HD分辨率的多达8个3.125Gbps 收发器来实现最低成本的集成型串行连接功能。Spartan-6 FPGA采用成熟的低功耗45 nm工艺技术制造,实现了性价比和功耗的最佳平衡。其特性包括第二代DSP SLICE、PCI Express接口内核、18 Kb (2 x 9 Kb) BRAM、SDRAM存储控制器、增强型混模时钟管理器以及支持DVB-ASI、SDI和AES3音频的SelectIO™技术。这种独特的功能组合提供了定制ASIC产品的低成本可编程替代方案,同时实现了前所未有的易用性。

获得广播产业业经验证的服务和标准支持

赛灵思FPGA带动了各种视频、音频以及网络技术的不断涌现,并使这些技术在过去10年间广泛应用于广播市场。赛灵思推出了专门针对广播产业的丰富平台,满足了对多标准视频、音频以及网络接口的需求,并推出最高质量的音视频编解码器,而且还实现了实时的HD和3D电视视频处理。由于能够获得如此全面的平台支持,因此广播设备工程师能够集中精力实现产品的差异化创新。如欲了解有关赛灵思广播产业解决方案的更多详情,敬请访问: www.xilinx.com/cn/broadcast