FH8735在多路H.264高清视频编码系统中的应用

      摘  要：高清视频应用已成为市场热点，为满足越来越多的高清视频采集和编码的实际需求，富瀚微电子发布了FH8735和FH8736高性能视频编码芯片和一系列最具竞争力的高清视频编码解决方案。这些方案支持1路1080p30格式或2路720p60格式的高清视频实时编码，支持HDMI、DVI、YPbPr、VGA、SDI等多种高清视频接收器的视频输入。目前该方案已在视频安防监控、视频会议、高清视频游戏、远程机房控制、远程教育和远程医疗等得到广泛应用。

1 前言

      视频监控产品经历了模拟时代、数字时代、网络时代的发展后，现在已经逐步走入了高清时代。高清视频和传统标清视频相比在视频质量上有了质的飞跃。以往由于芯片编码能力、网络带宽和存储技术等众多因素限制，高清视频一直没能得到广泛应用，但随着视频编码、IC设计、宽带网络及大容量存储等技术的飞速发展，高清视频应用的主要障碍都已被扫清。H.264/AVC视频编码标准由于具有优异的编码效率，能极大降低高清视频传输的网络带宽和存储容量需求，得到广泛应用，成为了高清视频编码的必然选择。

  目前，高清视频监控已被越来越多的行业所关注和应用。这些行业用户的普遍特点都是需要更高清晰度的视频图像。上海富瀚微电子有限公司2008年9月推出了FH8735 H.264编码专用集成电路以及相应的解决方案。其具有单芯片1路 1080p@30fps或两路720p@30fps的高清视频实时编码能力，是目前市场上最具竞争力的高性能视频编码芯片，能极大满足高清视频的发展需求。

      富瀚微电子基于FH8735芯片推出了一系列高清视频产品解决方案，如高清网络摄像机方案，高清网络视频服务器方案和PCI高清视频压缩卡等。

      经过一年多的市场检验，FH8735已被广泛应用于视频安防监控、视频会议、远程教育、远程医疗、高清屏幕录制和个人消费电子等各个领域。

2 FH8735高清编码芯片简介

      FH8735是一款高性能的音视频编码芯片，支持H.264 Main profile和Baseline profile视频编码标准，可对一路1080i、2路720p的高清信号进行实时编码和控制。在编码视频数据的同时，也对相关的多路音频数据编码，并完成音视频同步，输出ES/PES/PS/TS等格式压缩码流。FH8735的各内部功能模块如图1所示。

      FH8735主要技术特点如下：

　　1）超强编码性能

　　FH8735的H.264编码由纯硬件完成，具有高编码能力，高编码质量和低功耗等特点。FH8735支持最大分辨率2048x1024的视频输入，支持1路1920x1080@30fps或者2路1280x720（1280x720@60fps）实时编码。对典型视频编码的对比结果表明，在相同的码率下，FH8735接近JM12.0的视频编码质量。

　　2）丰富的外设接口

　　FH8735支持多种高清视频输入模式，高清视频的数据格式和同步方式均可配置，可以接收来自CMOS/CCD 模组、视频解码器等输出的数字视频：

　　支持ITU-R BT.709/SMPTE 274M（24Bit 4:4:4 YCbCr、16Bit 4:2:2 YCbCr, RGB 24（8:8:8））；

　　支持SMPTE296M-2001（24Bit 4:4:4 YCbCr, 16Bit 4:2:2 YCbCr, RGB 24（8:8:8））

　　支持8bit 4:2:2 YCbCr；

　　支持内同步和外同步方式；

　　另外，FH8735还具有SPI/PCI/SD/UART/I2S/GPIO/I2C/MAC等多种外设接口。

　　3）专利码率控制技术

　　FH8735提供四种码率控制策略：固定量化系数（QP：quantisation parameter），恒定比特率（CBR：Constant Bit Rate），可变比特率（VBR：Variable Bit Rate）和平均比特率（ABR：Average Bit Rate）。每种算法都经过精心优化，能自适应对视频场景进行预先检测和判断，从而在保证视频主观质量的同时，又使得编码器输出的码率平滑和稳定，保证网络传输的效率和稳定性。

　　4）灵活的功能设置

　　除具有高性能的视频编码能力外，FH8735提供了丰富的视频预处理功能和灵活的视频编码选项。编码器的搜索范围、Intra预测类型、GOP长度、参考帧个数、编码码率和码率控制方式、编码Profile和Level等都根据需要进行灵活设定，这样就能保证和不同解码能力的解码器进行无缝对接。另外，FH8735支持对输入视频进行去隔行、去噪声、多个文本和图形OSD叠加、图像画面缩小、移动侦测等多种图像处理功能，还支持抓取无损的原始视频信号，供主机端进行一些智能化分析和处理如车牌识别，人脸识别等。

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      FH8735内部有两组独立的DDR控制器，可以接两组外部DDR SDRAM。根据实际系统对编码器性能的需求配置一组或者两组外部DDR SDRAM。比如编码一路720p视频时，就只需配置一组DDR，从而降低系统BOM成本。

　　5）优化设计的超低延时实时编码技术

　　在高清视频系统中，系统延时也是一个重要的考量要点。FH8735通过支持灵活的图像分片编码方式来降低整个视频编码的内部延时。如编码720P格式的高清视频时，每帧数据输入系统缓冲的时间约16.7ms。从图像的第一个有效行数据开始输入系统缓冲开始计时至编码器输出整帧压缩码流的时间可以控制在20ms内。这种超低延时实时编码技术可极大降低整个系统的端到端延时，从而改善和提高用户主观体验。

2 基于FH8735的多路高清视频编码板

　　为满足FH8735在高清编码应用中的前期评估和开发需要，富瀚提供了基于FH8735的多路高清视频编码卡参考设计。该高清编码卡支持DVI/HDMI和YPbPr接口的高清视频输入和PCI主机接口，可以完成高清视频的采集，编码，并通过PCI接口发送到主机。该参考设计支持Windows XP和Linux，富瀚提供相应的驱动程序和评估软件，并可以根据用户具体的应用来修改固件满足定制化功能。

　　该多路高清视频编码卡的系统示意图如下：

３结语

　　FH8735具有单芯片1路1920x1080@30fps的高清视频实时编码能力，是目前市场上最具竞争力的新一代高性能视频编码芯片。

　　FH8735的高性能和易用性为高清或者多通道视频压缩应用提供了全新的选择和空间，能显著地提高客户产品性能，并减少开发时间。