FH8735 在H.264 音视频压缩卡上的应用

1 前言

　　音视频压缩卡是数字视频监控的重要产品，主要有软压缩卡和硬压缩卡。软压缩卡，由于PCI 总线数据吞吐量太大，而且主要由CPU 进行H.264 图像压缩处理，导致其稳定性较差。硬压缩卡的主要方案有DSP 和ASIC 方案，DSP 方案的技术难度大，开发门槛高；早期的ASIC 芯片没有满足监控市场的特殊需求，比如说动态侦测、时间戳叠加、屏幕遮挡、动态调整帧率等，使得早期的ASIC 方案在压缩卡产品中反应平平。

　　随着视频监控产品的规格化，ASIC 方案在成本和稳定性方面逐渐显露出优势，富瀚微电子公司顺应安防市场的趋势，针对音视频压缩卡市场适时推出了FH8735 芯片。FH8735能够支持两路720P30 高清或者8 路D1 或者16 路CIF 的实时编码，大大提高了压缩卡的集成度，降低了成本，同时，进一步降低硬压卡的开发门槛。

2 FH8735 H.264 压缩芯片简介

　　FH8735 是一款高性能的H.264 压缩芯片，支持H.264 Main profile 和Baseline profile 视频压缩格式，可以进行八路标清或者2 路720p 高清的实时压缩编码和多路音频编码。在编码的同时，完成音视频同步，输出ES/PES/PS/TS。

　　除了高性能的视频编码能力，FH8735 提供了丰富的视频预处理功能，如de-interlace,de-noise, OSD 叠加，缩放，移动侦测等。

　　FH8735 的视频输入接口可以同时接收8 路标准BT.656。也可以根据需要把视频输入接口配置为2 路高清视频输入接口。FH8735 可以接收来自CMOS/CCD 模组, 视频解码器，LVDS 接收器以及HDMI 接收器等输出的数字视频。除此之外，FH8735 可以直接接收TW2815/TW2816 输出的增强656 视频。

　　FH8735 可以同时接收八路立体声音频输入。亦可以根据应用的需要配置为16 路单声道的音频输入。

　　为了配置外接的视频和音频接收芯片，FH8735 提供两路完全独立的标准I2C 接口，以应对可能出现的外部设备I2C 地址的冲突。

　　FH8735 的典型应用包括视频会议系统，安防监控等需要高分辨率或者多路视频编码的领域。

　　FH8735 的系统方框图如下图所示：

　　和其他同类型芯片相比，FH8735 主要技术优势如下：

　　1) 超强压缩编码性能

　　FH8735 的H.264 编码由纯硬件完成，具有高编码能力、高编码质量、低功耗等特点。FH8735 支持双码流，编码能力最高可支持8D1+8CIF 实时编码：

　　200fps D1+ 200fpsCIF @PAL
　　240fps D1+ 240fpsCIF @NTSC

　　通过对典型视频编码的对比结果表明，在相同的码率下，FH8735 接近JM11.0 的视频编码质量。

　　2) 针对视频监控的视频处理功能

　　为了满足数字视频监控的特殊功能需求，FH8735 提供了灵活的视频编码选项和专门的数字视频处理功能。可以在编码的同时修改分辨率、码流、帧结构等编码参数。在压缩过程中可强制关键帧输出、改变帧率、量化系数、分辨率、码流、帧结构而无须停止、启动压缩编码。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。

　　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。

　　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。特别是ABR 算法，因其算法的创新性和实用性，获得了一项国家专利认证。

[page]

3 基于 FH8735 的音视频压缩卡方案

　　为加快客户的前期评估和开发需要，富瀚提供了基于 FH8735 的8 路D1，16 路CIF 全实时和16 路D1 非实时的音视频压缩卡参考设计。

　　该压缩卡支持最多 16 路音频和16 路视频输入，可以完成音视频的采集，H.264 编码，并通过PCI 接口发送到主机。

　　基于 FH8735 音视频压缩卡参考设计的系统示意图如下：

图 1 音视频压缩卡的系统示意图

　　FH8735 音视频压缩卡实物如下图所示：

图3 FH8735 音视频压缩卡

　　富瀚提供的参考设计包括 FH8735 的Firmware，支持Windows XP/win 7 和Linux 的驱动程序，Windows/Linux SDK 和演示程序，并可以根据用户具体的应用来修改固件满足定制化功能。

　　Windows/Linux SDK 实现了FH8735 的前段视频输入类型配置，编码参数设置、OSD 文本叠加、OSD 图形叠加、移动侦测、区域屏蔽和预览YUV 数据的获取等。

　　相比主流的 DSP 方案和ASIC 方案，该方案的主要特点和优势如下：

　　1) 性价比高

　　FH8735 单芯片即可完成8 路D1,16 路CIF 全实时和16 路D1 非实时的板卡，相比其他的DSP 和ASIC 方案，具有明显的性价比优势。

　　2) 方案开发周期短

　　该方案的软硬件设计简单，软件方面由于复杂的视音频编码完全由硬件完成，并已经有稳定的驱动和SDK，客户基于驱动和SDK 完成定制化的应用程序。因此能够缩短开发周期，快速推向市场。

4 结语

　　FH8735 具有单芯片8 路全D1 的H.264 实时编码能力，并提供针对视频监控的视频处理功能，能显著地提高客户产品性能，并减少开发时间，是目前监控市场最具竞争力的新一代高性价比视音频硬压缩板卡方案。FH8735 H.264 压缩板卡方案将会使硬压缩卡市场进一步普及和扩大。