圖 1 顯示了 IPTV 的系統(tǒng)框圖,。輸入傳輸流可以是任何編碼形式如 DVB -ASI,，MPEG2 或SDI，他們通過用多格式解碼器（multi-format CODEC）傳輸,，轉(zhuǎn)換成(即解碼或重解碼)成H.264 傳輸流,。經(jīng)編碼的傳輸流用通道信息封裝并通過以太網(wǎng)發(fā)送。在接收路徑,，到來的傳輸流在顯示之前要進行解碼和后處理,，例如降噪、顏色增強,，縮放,，去隔行等。

 

    圖 2 顯示了一個用于電影制作和攝影棚的 HD(高清)專業(yè)相機的系統(tǒng)框圖,。捕獲到的圖像經(jīng)過一個圖像處理器,，進行色彩處理、亮度提高,、數(shù)碼縮放,、幀速率轉(zhuǎn)變等等。圖像處理單元通常使用一個基于 FPGA 的設(shè)計，由于大部分的圖像處理是專有的,，會經(jīng)常發(fā)生變化,。應(yīng)用處理器管理與其它設(shè)備的通訊以及壓縮并存儲捕獲到的內(nèi)容到海量存儲(HDD)。應(yīng)用處理器也有一個圖形引擎來進行屏幕顯示(OSD),，它和進來的視頻混合后顯示,。

從上述例子中，我們可以看到數(shù)據(jù)處理包括兩種類型：

1) 幀同步:

   在一些任務(wù)中需要幀同步（例如,，通過以太網(wǎng)傳輸和接收時,，當碼流速度不斷變化而解碼器需要一個恒速的傳輸流）。雖然存儲器對同步的要求似乎很小,，但當涉及到多個碼流時它可能很顯著,。這種同步可以由一個異步 FIFO 實現(xiàn)。

2) 幀存儲:

    幀存儲在這些地方需要：任何暫時的處理如幀率轉(zhuǎn)換,，數(shù)碼變焦(縮放),，或執(zhí)行去隔行。儲存的幀數(shù)量隨著需要的臨時信息數(shù)目增加而增加,。當視頻數(shù)據(jù)按照本來的順序時,，幀緩存也必須是“先進先出”。

高密度FIFO -傳統(tǒng)的實施和及其復(fù)雜性。

    幀緩存就是高密度 FIFO,，傳統(tǒng)上使用外部 DDR SDRAM 實現(xiàn),。舉例說明一個典型的視頻處理應(yīng)用和這些 FIFO 如何實現(xiàn)。

 

    圖3顯示了一個典型情況的數(shù)據(jù)路徑,，有4種不同來源的視頻流需要顯示在同一個顯示器上,。四個以 1080p60(24 位 RGB)分辨率捕捉視頻的高清相機使用一個 cameralink 接口連接到系統(tǒng)上。色彩空間轉(zhuǎn)換  (從 RGB 到 YCbCr)及色度采樣降低（從 4:4:4 到 4:2:2）后,，橫向和縱向幀按比例減少,，并儲存在 DDR2 SDRAM 里。存儲的幀可以按要求讀回和定位，結(jié)果幀和融合幀然后提高采樣速度和色彩空間轉(zhuǎn)換為通過 LVDS 連接來驅(qū)動面板,。

   讓我們看看存儲器大小和帶寬要求: 

(i)大小要求:

    盡管這里沒有涉及到時間處理,，為了避免一個源的兩幀被分開儲存，這樣當一幀正在寫時,，另一個幀可能要讀回來,。兩幀圖像的大小是((1920 * 1080* 16)/ 4)* 2 ~ = 63.3M 位。

(ii)帶寬要求

   由于讀和寫路徑為復(fù)用的,，所需帶寬是讀,、寫路徑帶寬之和。

(iii)內(nèi)存接口大小和 I / O 需求:

    當畫面以 16 位 4:2:2 格式存儲時，一個 16 位接口就足夠了,。根據(jù)計算,，F(xiàn)PGA的 I/O 總數(shù)的為 46：

   地址引腳(14 個地址線,、3 個 bank 地址線)= 17 引腳

   數(shù)據(jù)線(X16 接口)= 16 引腳

   數(shù)據(jù)選通及分離(4 個引腳用于 2 微分 DQS，2 個用于分離數(shù)據(jù))= 6 引腳   

高密度 FIFO -離散的存儲器: 

    現(xiàn)在讓我們看看使用離散可編程高密度 FIFO 的實現(xiàn)方式和特性定義,，這樣 DDR2 SDRAM存儲器就可以由簡單的數(shù)據(jù)存儲便可以由簡單的數(shù)據(jù)存儲代替,。

(i)多隊列特點:

    如果 FIFO 存儲器定義為一個單一塊的內(nèi)存，那么寫多個視頻流是不可能的,。因此,，F(xiàn)IFO 必須能夠配置并分成多個隊列。在上文的例子中,，有四種不同的畫面要寫,，并且四個幀必須同時從不同的隊列同時。因此,，我們的應(yīng)用需要至少八個隊列,。

(ii)分離和重傳:

    有可能從一個標準的 FIFO 曾經(jīng)讀過的數(shù)據(jù)又從 FIFO 丟失了。FIFO 指針可以重新編程，允許任何幀都可以根據(jù)需求多次讀出,。

     圖 4 顯示了賽普拉斯 CYFX072VXXX  HD-FIFO 的框圖,。

 

 

    圖 5 給出了使用賽普拉斯 HDFIFO 替代 DDR2 芯片的應(yīng)用案例。

    讓我們再來看看存儲器大小和帶寬要求: 

(i) 大小要求:

     存儲器大小和 DDR2 SDRAM 的相同,，為兩幀圖像的大小((1920 * 1080 * 16)/4)* 2 ~ = 63.3M 位,。

    由于讀和寫路徑是分立的，讀,、寫的工作頻率可以不同,。這相對于 DDR2 SDRAM 來說有很大的優(yōu)勢。

    寫路徑頻率=(每個客戶端頻率)*( 客戶端數(shù)量)=(148.5/4 )* 4 = 148.5MHz

    讀路徑頻率=輸出幀分辨率頻率= 148.5MHz,。

   實際的工作頻率對于讀和寫來說為單一的數(shù)據(jù)頻率 148.5MHz,，這里沒有額外的開銷，如 DRAM 存儲器刷新周期和 bank 地址切換,。

(iii)內(nèi)存接口大小和 I / O 需求:

     當畫面以 16 位 4:2:2 格式存儲時,，一個 16 位接口就足夠了。根據(jù)計算,，F(xiàn)PGA的 I/O 總數(shù)的為 48：

    時鐘引腳(1 個用于寫時鐘,，1 個用于讀時鐘)= 2 引腳

    命令引腳(寫使能，讀使能,，輸入使能,，輸出使能，3 個引腳用于選擇哪 8 個隊列寫,，3 個引腳用于選擇哪 8 個隊列讀,，1 個引腳用于分離，1 個引腳用于傳輸)= 12 引腳

    數(shù)據(jù)引腳(16 個引腳用于寫數(shù)據(jù),，16 個引腳用于讀數(shù)據(jù))= 32 引腳

   標志(1 個引腳用于空標志,，1 個引腳用于滿標志)= 2 引腳

   

結(jié)構(gòu)優(yōu)點:

(i) 由于讀和寫路徑是分開的，沒有其它操作開銷,，操作頻率可以降低一半以上,，這些都是很顯著的優(yōu)勢。

(ii)由于使用的是 SDRAM 控制器,，不需要仲裁機制,，F(xiàn)PGA 內(nèi)部邏輯變得更簡單。

(i) 信號開關(guān)頻率降低一半以上,，允許增加建立時間余量,，相對于 DDR2 來說沒有嚴格的輸出同步要求。

(iv) 設(shè)計里時鐘域的數(shù)量減少了,，因此降低了相關(guān)時序切換和交叉時鐘域的問題,。

電氣優(yōu)點:

(i)減少了信號切換頻率,，從而減少了線路板上的開關(guān)噪聲。

(ii) HD‐FIFO 的 IO 邏輯可以是任何 LVCMOS 接口,，相對于 DDR2 SDRAM 的 SSTL2 邏輯有更大的噪聲冗余,。

節(jié)省成本:

在高端 FPGA 的解決方案中使用 HD FIFO 可以節(jié)省 FPGA 資源，具體如下：

(i) SDRAM 控制器,，降低了所需的存儲器,，I/O，和邏輯

 (ii)視頻處理功能,，這些功能可以采用多隊列特征在 HD FIFO 上實現(xiàn),，如:

a. 視頻信號的隔行/去隔行

b. PIP 實施

c. 交叉信號處理

    使用高密度 FIFO 可以節(jié)省邏輯元件，寄存器,，內(nèi)存和 I / O,，可以幫助開發(fā)人員把高

端 FPGA 換為更小的 FPGA，從而可以節(jié)省 20 ~ 30%的成本,。

 

    高密度 FIFO 基于 SRAM 技術(shù),，為客戶提供了高數(shù)據(jù)可靠性和低延遲性。簡單易用的總線接口可以減少實施和調(diào)試工作,。高密度 FIFO 密度可以達到 144 Mb,，速度可以到 150 MHz，具備 segment 特色,，還有很多增值功能,，如多隊列和可選的存儲器架構(gòu)，可以幫助開發(fā)人員設(shè)計更快,、更有效率,，從而使其適應(yīng)廣泛的應(yīng)用。它已經(jīng)是一個成熟的解決方案,，可以加速推向市場的時間,，同時減少相關(guān)設(shè)計工作。該器件還可提供很寬的擴展選擇,，可以適應(yīng)視頻廣播,，軍事，醫(yī)學(xué)影像,，基站(網(wǎng)絡(luò))設(shè)備,，滿足很多應(yīng)用,，如:

•普通高清格式幀緩存 (720p ，1080i ,，1080p): 存儲四個 1080p 分辨率的幀

•HDTV/SDTV 幀同步

•交換或格式轉(zhuǎn)換器盒子

•高端數(shù)碼攝像機

•軍事雷達中高密度緩存

•醫(yī)學(xué)成像

•基站‐‐3G,，4G 及網(wǎng)絡(luò)