淺析數(shù)字高清視頻處理綜合設(shè)計(jì)

代文承

摘要：現(xiàn)今，數(shù)字高清視頻信號普及領(lǐng)域逐漸擴(kuò)大，高清數(shù)字視頻為應(yīng)用行業(yè)帶來優(yōu)質(zhì)體驗(yàn)的同時(shí)，存在帶寬高、數(shù)據(jù)吞吐量大等現(xiàn)實(shí)問題，基于此，應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)的創(chuàng)新圖像系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)提高數(shù)字高清視頻信號的穩(wěn)定性。本文首先進(jìn)行必要性分析，然后具體介紹視頻處理設(shè)計(jì)中嵌入式技術(shù)應(yīng)用的意義，最后重點(diǎn)探究新時(shí)期數(shù)字高清視頻處理綜合設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：高清視頻;視頻處理;設(shè)計(jì)探究

隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，視頻處理手段以及設(shè)計(jì)要求相應(yīng)提高，要想取得數(shù)字高清視頻處理設(shè)計(jì)的良好效果，務(wù)必探索最新設(shè)計(jì)思路，并應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)。這不僅符合新時(shí)期社會發(fā)展要求，而且還能深化信息行業(yè)改革，為相關(guān)行業(yè)發(fā)展提供動力。可見，該論題探究具有理論補(bǔ)充、實(shí)踐指導(dǎo)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(shí)，視頻發(fā)展階段日漸細(xì)化，并且視頻數(shù)字化趨勢日益顯著?，F(xiàn)下，數(shù)字高清視頻功能不斷豐富，視頻處理系統(tǒng)兼容效果相應(yīng)優(yōu)化，進(jìn)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(shù)字高清視頻處理系統(tǒng)與時(shí)代發(fā)展保持同步。然而數(shù)字高清視頻處理階段，需客觀處理高數(shù)據(jù)率、深層次開發(fā)、負(fù)載清除等問題，由于處理時(shí)間有限，因此，應(yīng)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(shè)計(jì)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(shù)字高清視頻信號在多領(lǐng)域應(yīng)用?？梢姡咔逡曨l處理綜合設(shè)計(jì)工作刻不容緩，對于設(shè)計(jì)工作者來講，應(yīng)集思廣益，為視頻處理綜合設(shè)計(jì)工作提出合理化建議，并作出積極貢獻(xiàn)。

2 新時(shí)期數(shù)字高清視頻處理綜合設(shè)計(jì)

數(shù)字高清視頻處理綜合設(shè)計(jì)，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(xì)設(shè)計(jì)，并針對各項(xiàng)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行實(shí)踐分析，以此檢驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容的合理性，并為設(shè)計(jì)實(shí)踐提供切實(shí)可行的指導(dǎo)。

2.1 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(biāo)。設(shè)計(jì)工作開展前，應(yīng)具體掌握硬件功能，如視頻數(shù)字化模擬、高清視頻圖像緩存及預(yù)處理、數(shù)字圖像系統(tǒng)平臺構(gòu)建。同時(shí)，合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案，確保硬件設(shè)計(jì)工作在系統(tǒng)方案的指導(dǎo)下有序開展，從而提高視頻接口硬件的實(shí)效性。設(shè)計(jì)活動組織時(shí)，借助視頻解碼芯片ADV7188完成PAL 制式解碼任務(wù)，優(yōu)選適合的輸入模式，將數(shù)字視頻信號、控制信號有序置于FPGA;針對視頻信號處理時(shí)，為合理控制數(shù)據(jù)速率，應(yīng)借助LMH0341對其進(jìn)行串/ 并轉(zhuǎn)換，最終成功設(shè)計(jì)HD-SDI 接口，確保數(shù)字高清視頻信號常規(guī)處理。DSP 處理器模塊設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)明確該處理器處理對象—高清圖像，并了解DSP 處理器運(yùn)行特點(diǎn)，根據(jù)數(shù)字高清視頻處理系統(tǒng)使用需要，優(yōu)選高性能DSP 處理器—TMS320C6416T-1000。FPGA 接口模塊設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)合理控制接口數(shù)量，并根據(jù)信號及數(shù)據(jù)處理需要，適當(dāng)配置RAM 資源。最后統(tǒng)一整理上述視頻接口硬件設(shè)計(jì)資料，有依據(jù)的制作綜合處理模塊硬件框圖。

2.2 視頻接口軟件

現(xiàn)下，數(shù)字視頻標(biāo)準(zhǔn)不斷細(xì)分，較常見的視頻標(biāo)準(zhǔn)主要有BT601、BT656、SMPTE259、SMPTE292、SMPTE274 等，不同標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)要求各異，這在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)階段應(yīng)格外注意。數(shù)字高清視頻接口軟件設(shè)計(jì)的過程中，為實(shí)現(xiàn)視頻圖像有效數(shù)據(jù)獲取這一目標(biāo)，遵循串并轉(zhuǎn)換→干擾碼清除→狀態(tài)機(jī)識別→圖像數(shù)據(jù)提取這一流程。其中，高速收發(fā)器作為模塊化通信技術(shù)的一種，支持多種搭配形式，從而實(shí)現(xiàn)協(xié)議信號收發(fā)、數(shù)據(jù)還原、信號恢復(fù)等目標(biāo)。當(dāng)前，F(xiàn)PGA 具備高速收發(fā)器硬核集成功能。有效數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，并保證數(shù)字高清視頻處理系統(tǒng)性能。抽取狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)階段，應(yīng)遵循高清圖像有效數(shù)據(jù)抽取流程，根據(jù)行/ 場狀態(tài)機(jī)判定結(jié)果最終順利抽取有效圖像數(shù)據(jù)，在此期間，行/ 場狀態(tài)機(jī)應(yīng)協(xié)調(diào)配合，直到完成HD-SDI 數(shù)據(jù)流時(shí)序調(diào)整，以及有效圖像數(shù)據(jù)抽取目的。為檢測上述數(shù)字高清圖像獲取結(jié)果，通過串并轉(zhuǎn)換、FPGA 校驗(yàn)，最終獲取灰度圖像數(shù)據(jù)，在這一過程中，圖像獲取速率與圖像源速率應(yīng)保持同步狀態(tài)，均為25幀/s[3]。

2.3 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(zhǔn)確計(jì)算數(shù)字高清圖像數(shù)據(jù)速率，根據(jù)數(shù)據(jù)源、總線接口數(shù)據(jù)率合理制定乒乓緩存方案，確保設(shè)計(jì)完成的乒乓緩沖區(qū)具有高速率、大容量等優(yōu)勢，同時(shí)，具體規(guī)定灰度圖像、真彩圖像的幀容量。圖像數(shù)據(jù)緩存后，DSP 針對圖像數(shù)據(jù)有序讀取、高效處理，并借助庫函數(shù)完成單幀圖像類型劃分任務(wù)，直觀展示各單幀圖像參數(shù)。圖像人工智能應(yīng)用實(shí)踐中最為常見的優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，尤其遺傳算法已經(jīng)在相關(guān)領(lǐng)域中得到了相對廣泛的應(yīng)用，對此需擺正認(rèn)識。已有的案例證明，通過CAD 技術(shù)可以降低產(chǎn)品設(shè)計(jì)的難度，并縮短新產(chǎn)品的研發(fā)周期。而在人工智能技術(shù)的輔助下，CAD 技術(shù)可以與當(dāng)前的時(shí)代需求實(shí)現(xiàn)更加緊密的結(jié)合，這方面的改革有助于提高產(chǎn)品的性能及生產(chǎn)效率。

3 結(jié)束語

人工智能技術(shù)在電氣自動化控制中的應(yīng)用能夠產(chǎn)生一系列“連鎖反應(yīng)”，它既可以提高該技術(shù)在相關(guān)行業(yè)領(lǐng)域中的實(shí)踐應(yīng)用水平，又可以為電氣自動化控制技術(shù)的發(fā)展指明方向。人工智能是一項(xiàng)內(nèi)容復(fù)雜、涉及面廣的技術(shù)，尤其對其理論和實(shí)踐應(yīng)用等問題的研究仍在穩(wěn)步推進(jìn)之中，所以在人工智能應(yīng)用于電氣自動化控制問題理論研究不夠深入的前提下提高其應(yīng)有水平也就成為了我們必須要審慎對待的命題。再者，當(dāng)前電氣自動化控制系統(tǒng)中也存在著一些矛盾和問題，未來我們需要進(jìn)一步推進(jìn)相關(guān)工作的研究實(shí)踐，確保人工智能可以在電氣自動化控制領(lǐng)域中發(fā)揮出應(yīng)有的作用，上文中筆者對此類問題進(jìn)行了分析探究。

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（作者單位：武漢大學(xué)信息管理學(xué)院）