FH8735 在H.264 音視頻壓縮卡上的應用

關鍵詞： FH8735 , 壓縮卡 , 音視頻

1 前言

音視頻壓縮卡是數(shù)字視頻監(jiān)控的重要產(chǎn)品，主要有軟壓縮卡和硬壓縮卡。軟壓縮卡，由于PCI 總線數(shù)據(jù)吞吐量太大，而且主要由CPU 進行H.264 圖像壓縮處理，導致其穩(wěn)定性較差。硬壓縮卡的主要方案有DSP 和ASIC 方案，DSP 方案的技術難度大，開發(fā)門檻高；早期的ASIC 芯片沒有滿足監(jiān)控市場的特殊需求，比如說動態(tài)偵測、時間戳疊加、屏幕遮擋、動態(tài)調整幀率等，使得早期的ASIC 方案在壓縮卡產(chǎn)品中反應平平。

隨著視頻監(jiān)控產(chǎn)品的規(guī)格化，ASIC 方案在成本和穩(wěn)定性方面逐漸顯露出優(yōu)勢，富瀚微電子公司順應安防市場的趨勢，針對音視頻壓縮卡市場適時推出了FH8735 芯片。FH8735能夠支持兩路720P30 高清或者8 路D1 或者16 路CIF 的實時編碼，大大提高了壓縮卡的集成度，降低了成本，同時，進一步降低硬壓卡的開發(fā)門檻。

2 FH8735 H.264 壓縮芯片簡介

FH8735 是一款高性能的H.264 壓縮芯片，支持H.264 Main profile 和Baseline profile 視頻壓縮格式，可以進行八路標清或者2 路720p 高清的實時壓縮編碼和多路音頻編碼。在編碼的同時，完成音視頻同步，輸出ES/PES/PS/TS。

除了高性能的視頻編碼能力，F(xiàn)H8735 提供了豐富的視頻預處理功能，如de-interlace,de-noise, OSD 疊加，縮放，移動偵測等。

FH8735 的視頻輸入接口可以同時接收8 路標準BT.656。也可以根據(jù)需要把視頻輸入接口配置為2 路高清視頻輸入接口。FH8735 可以接收來自CMOS/CCD 模組, 視頻解碼器，LVDS 接收器以及HDMI 接收器等輸出的數(shù)字視頻。除此之外，F(xiàn)H8735 可以直接接收TW2815/TW2816 輸出的增強656 視頻。

FH8735 可以同時接收八路立體聲音頻輸入。亦可以根據(jù)應用的需要配置為16 路單聲道的音頻輸入。

為了配置外接的視頻和音頻接收芯片，F(xiàn)H8735 提供兩路完全獨立的標準I2C 接口，以應對可能出現(xiàn)的外部設備I2C 地址的沖突。

FH8735 的典型應用包括視頻會議系統(tǒng)，安防監(jiān)控等需要高分辨率或者多路視頻編碼的領域。

FH8735 的系統(tǒng)方框圖如下圖所示：

和其他同類型芯片相比，F(xiàn)H8735 主要技術優(yōu)勢如下：

1) 超強壓縮編碼性能

FH8735 的H.264 編碼由純硬件完成，具有高編碼能力、高編碼質量、低功耗等特點。FH8735 支持雙碼流，編碼能力最高可支持8D1+8CIF 實時編碼：

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

通過對典型視頻編碼的對比結果表明，在相同的碼率下，F(xiàn)H8735 接近JM11.0 的視頻編碼質量。

2) 針對視頻監(jiān)控的視頻處理功能

為了滿足數(shù)字視頻監(jiān)控的特殊功能需求，F(xiàn)H8735 提供了靈活的視頻編碼選項和專門的數(shù)字視頻處理功能?？梢栽诰幋a的同時修改分辨率、碼流、幀結構等編碼參數(shù)。在壓縮過程中可強制關鍵幀輸出、改變幀率、量化系數(shù)、分辨率、碼流、幀結構而無須停止、啟動壓縮編碼。另外，F(xiàn)H8735 支持對輸入視頻進行去隔行、去噪聲、多個文本和圖形OSD 疊加、圖像畫面縮小、移動偵測等多種圖像處理功能，還支持抓取無損的原始視頻信號，供主機端進行一些智能化分析和處理如車牌識別，人臉識別等。

FH8735 內(nèi)部有兩組獨立的DDR 控制器，可以接兩組外部DDR SDRAM。根據(jù)實際系統(tǒng)對編碼器性能的需求配置一組或者兩組外部DDR SDRAM。

3) 專利碼率控制技術

FH8735 提供四種碼率控制策略：固定量化系數(shù)（QP：quantisation parameter），恒定比特率(CBR：Constant Bit Rate），可變比特率(VBR：Variable Bit Rate)和平均比特率(ABR：Average Bit Rate）。每種算法都經(jīng)過精心優(yōu)化，能自適應對視頻場景進行預先檢測和判斷，從而在保證視頻主觀質量的同時，又使得編碼器輸出的碼率平滑和穩(wěn)定，保證網(wǎng)絡傳輸?shù)男屎头€(wěn)定性。特別是ABR 算法，因其算法的創(chuàng)新性和實用性，獲得了一項國家專利認證。

3 基于 FH8735 的音視頻壓縮卡方案

為加快客戶的前期評估和開發(fā)需要，富瀚提供了基于 FH8735 的8 路D1，16 路CIF 全實時和16 路D1 非實時的音視頻壓縮卡參考設計。

該壓縮卡支持最多 16 路音頻和16 路視頻輸入，可以完成音視頻的采集，H.264 編碼，并通過PCI 接口發(fā)送到主機。

基于 FH8735 音視頻壓縮卡參考設計的系統(tǒng)示意圖如下：

圖 1 音視頻壓縮卡的系統(tǒng)示意圖

FH8735 音視頻壓縮卡實物如下圖所示：

圖3 FH8735 音視頻壓縮卡

富瀚提供的參考設計包括 FH8735 的Firmware，支持Windows XP/win 7 和Linux 的驅動程序，Windows/Linux SDK 和演示程序，并可以根據(jù)用戶具體的應用來修改固件滿足定制化功能。

Windows/Linux SDK 實現(xiàn)了FH8735 的前段視頻輸入類型配置，編碼參數(shù)設置、OSD 文本疊加、OSD 圖形疊加、移動偵測、區(qū)域屏蔽和預覽YUV 數(shù)據(jù)的獲取等。

相比主流的 DSP 方案和ASIC 方案，該方案的主要特點和優(yōu)勢如下：

1) 性價比高

FH8735 單芯片即可完成8 路D1,16 路CIF 全實時和16 路D1 非實時的板卡，相比其他的DSP 和ASIC 方案，具有明顯的性價比優(yōu)勢。

2) 方案開發(fā)周期短

該方案的軟硬件設計簡單，軟件方面由于復雜的視音頻編碼完全由硬件完成，并已經(jīng)有穩(wěn)定的驅動和SDK，客戶基于驅動和SDK 完成定制化的應用程序。因此能夠縮短開發(fā)周期，快速推向市場。

4 結語

FH8735 具有單芯片8 路全D1 的H.264 實時編碼能力，并提供針對視頻監(jiān)控的視頻處理功能，能顯著地提高客戶產(chǎn)品性能，并減少開發(fā)時間，是目前監(jiān)控市場最具競爭力的新一代高性價比視音頻硬壓縮板卡方案。FH8735 H.264 壓縮板卡方案將會使硬壓縮卡市場進一步普及和擴大。