數字高清視頻處理綜合設計

熊 偉

（河南省商丘市商丘廣播電視臺，商丘 476000）

隨著時代的不斷發展，視頻處理手段以及設計要求相應提高，要想取得數字高清視頻處理設計的良好效果，務必探索最新設計思路，并應用先進技術。這不僅符合新時期社會發展要求，而且還能深化信息行業改革，為相關行業發展提供動力。可見，該論題探究具有理論補充、實踐指導作用，希望同行能夠從中有所收獲。

1 必要性分析

科技水平提高的同時，視頻發展階段日漸細化，并且視頻數字化趨勢日益顯著。現下，數字高清視頻功能不斷豐富，視頻處理系統兼容效果相應優化，進而能夠滿足使用者在高清晰度、快速處理等方面的需要。簡言之，數字高清視頻處理系統與時代發展保持同步。然而數字高清視頻處理階段，需客觀處理高數據率、深層次開發、負載清除等問題，由于處理時間有限，因此，應積極探索滿足使用要求、迎合處理需要的綜合處理平臺。在此期間，合理設計視頻接口硬件和視頻接口軟件，掌握圖像壓縮與處理最佳方式，確保數字高清視頻信號在多領域應用。可見，高清視頻處理綜合設計工作刻不容緩，對于設計工作者來講，應集思廣益，為視頻處理綜合設計工作提出合理化建議，并作出積極貢獻[1]。

2 視頻處理設計中嵌入式技術應用的意義

視頻處理設計工作具有復雜性特點，為在短時間內構建視頻處理設計平臺，取得數字高清視頻處理的良好效果，有效運用嵌入式技術是極為必要的。下文從社會趨勢、技術進步兩方面重點分析嵌入式技術應用的現實意義，以期為技術研究者在視頻設計系統構建方面提供思路。

2.1 迎合社會趨勢

目前，社會發展進入網絡信息時代，在這一時代背景中，先進技術巧妙融合，并且新型技術層出不窮。嵌入式技術屬于時代發展的產物，該技術問世時間雖短，但在數字高清視頻處理綜合設計中發揮重要作用，并得到業內人士的高度認可。嵌入式技術之所以能夠獲得較高的社會評價，主要是因為該技術的實用性較強，加之，嵌入式技術具有實時性、可拓展性、低能耗、低功率、針對性強等優點，進而能夠迎合新媒體處理需要，為數字高清視頻處理提供可靠的技術支持。

2.2 推動技術進步

嵌入式技術運用于數字高清視頻處理系統，具體體現在嵌入式視頻電話系統、嵌入式視頻系統、嵌入式車載娛樂系統、嵌入式攝像系統等多方面。隨著嵌入式技術自身的不斷升級和完善，其他類型嵌入式產品相繼問世，這無形當中為嵌入式產品向數字化方向發展提供了良好條件。基于嵌入式技術自身來講，經歷了多個發展階段，如網絡發展階段、手持終端發展階段，間接反映出，科技進步速度逐漸加快，科技水平大幅度提高[2]。

3 新時期數字高清視頻處理綜合設計及實現

數字高清視頻處理綜合設計，主要圍繞視頻接口硬件、視頻接口軟件、圖像壓縮與處理這三方面詳細設計，并針對各項設計內容進行實踐分析，以此檢驗設計內容的合理性，并為設計實踐提供切實可行的指導。

3.1 視頻接口硬件

視頻圖像綜合處理的過程中，主要借助DSP 處理器模塊和FPGA 接口模塊完成綜合處理目標。設計工作開展前，應具體掌握硬件功能，如視頻數字化模擬、高清視頻圖像緩存及預處理、數字圖像系統平臺構建。同時，合理設計系統方案，確保硬件設計工作在系統方案的指導下有序開展，從而提高視頻接口硬件的實效性。設計活動組織時，借助視頻解碼芯片ADV7188完成PAL 制式解碼任務，優選適合的輸入模式，將數字視頻信號、控制信號有序置于FPGA；針對視頻信號處理時，為合理控制數據速率，應借助LMH0341對其進行串/并轉換，最終成功設計HD-SDI 接口，確保數字高清視頻信號常規處理。

DSP 處理器模塊設計時，應明確該處理器處理對象—高清圖像，并了解DSP 處理器運行特點，根據數字高清視頻處理系統使用需要，優選高性能DSP 處理器—TMS320C6416T-1000。FPGA 接口模塊設計時，應合理控制接口數量，并根據信號及數據處理需要，適當配置RAM 資源。最后統一整理上述視頻接口硬件設計資料，有依據的制作綜合處理模塊硬件框圖。

3.2 視頻接口軟件

現下，數字視頻標準不斷細分，較常見的視頻標準主要有BT601、BT656、SMPTE259、SMPTE292、SMPTE274 等，不同標準的實現要求各異，這在系統實現階段應格外注意。

數字高清視頻接口軟件設計的過程中，為實現視頻圖像有效數據獲取這一目標，遵循串并轉換→干擾碼清除→狀態機識別→圖像數據提取這一流程。其中，高速收發器作為模塊化通信技術的一種，支持多種搭配形式，從而實現協議信號收發、數據還原、信號恢復等目標。當前，FPGA 具備高速收發器硬核集成功能。有效數據抽取方案制定的過程中，SMPTE292、SMPTE274在其中起到重要的輔助作用，通過解擾碼和解串行等針對性處理，來獲取有效圖像數據，并保證數字高清視頻處理系統性能。抽取狀態機設計階段，應遵循高清圖像有效數據抽取流程，根據行/場狀態機判定結果最終順利抽取有效圖像數據，在此期間，行/場狀態機應協調配合，直到完成HD-SDI 數據流時序調整，以及有效圖像數據抽取目的。為檢測上述數字高清圖像獲取結果，通過串并轉換、FPGA 校驗，最終獲取灰度圖像數據，在這一過程中，圖像獲取速率與圖像源速率應保持同步狀態，均為25幀/s[3]。

3.3 圖像壓縮與處理

圖像壓縮、處理的過程中，既要分析圖像大小、類型、緩存、分辨率，又要具體掌握視頻幀速率。在此期間，準確計算數字高清圖像數據速率，根據數據源、總線接口數據率合理制定乒乓緩存方案，確保設計完成的乒乓緩沖區具有高速率、大容量等優勢，同時，具體規定灰度圖像、真彩圖像的幀容量。圖像數據緩存后，DSP 針對圖像數據有序讀取、高效處理，并借助庫函數完成單幀圖像類型劃分任務，直觀展示各單幀圖像參數。圖像壓縮方式不盡相同，一般來講，圖像壓縮方式細分圖像格式、有損/無損壓縮、圖像壓縮質量判定標準等多種類型。這要求設計者全面掌握、動態更新圖像不同壓縮方式的內涵，以便為DSP 實現方案制定提供理論依據，從而優化圖像壓縮處理流程。

圖像處理方式細分多種，常見的圖像處理技術主要有圖像變換、圖像增強、圖像復原、圖像特征提取、圖像壓縮編碼等，不同圖像處理技術存在顯著差異，因此，應根據圖像處理需要，選用適合的處理技術。其中，圖像復原技術適用于模型矯正，該技術能在短時間內滿足圖像真實面貌還原需要；圖像壓縮編碼技術在不改變圖像信息內容、保證圖像真實性的基礎上，通過圖像信息編碼的方式來提高圖像傳輸效率。對于圖像處理DSP 實現，具體實現方法包括三種，方法一即圖像正交變換，即借助庫函數充分發揮離散余弦變換DCT 在圖像編碼變換中的作用，通過減少編碼量來完成圖像處理任務。方法二即圖像中值濾波，它即屬于非線性圖像處理技術，又屬于圖像增強技術，這一方法具有操作便捷、噪聲高效掃描等優點。但圖像中值濾波技術在細線條圖像、多尖角等圖像處理中的使用效果較差。方法三即圖像銳化，該處理技術能夠使圖像輪廓清晰顯示，通過物理邊界劃分的方式完成圖像內部物體分離任務[4]。

4 結束語

信息技術時代發展的過程中，數字高清視頻處理綜合設計平臺有效構建，該平臺既支持HD-SDI 接口視頻有效圖像數據抽取，又能為圖像綜合處理提供可靠的技術支持。這對數字高清視頻處理綜合設計平臺實用性發揮有促進意義，同時，能為數字高清視頻處理系統應用領域持續發展給與可靠的技術保障。因此，視頻處理系統設計者應不斷創新設計思維，確保視頻處理設計平臺與時俱進的優化。