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高速大容量的可编程逻辑硬件资源将是未来视频开发验证系统的首选。系统在可编程逻辑资源方面还需要进一步提升。 2． 外存储器受限
在开发有较高图像分辨率的视频编解码器时，对于开发系统外存储器的要求是相当高的。这不仅体现在存储器容量上，也体现在存储器的数据带宽上。根据计算，在开发1920×1080的高清晰度电视图像过程中，至少需要12MB以上的帧存空间和1GB/s以上的数据带宽。外存储器的存储空间大小和工作频率直接影响到开发系统的性能。MPEG-4开发系统使用了最高时钟频率133MHZ的8MB的SDRAM，其最高数据传输带宽只有533MB/s，无法满足高清晰度视频编解码系统的开发要求。 3． 输入输出带宽不足
MPEG-4开发系统主要使用USB1.1, RS232等输入输出接口，这些接口的问题在于数据带宽不足以支持高要求的应用。就码流速率而言，AVS基准档次4.0/4.2 级别都需要10Mbps 的比特率，而6.0/6.2级别的比特率更是高达20Mbps，对于开发这样的级别或者更高级别的视频编解码器，MPEG-4开发系统就无能为力了。 4． 测试手段和应用模块不足 在视频编解码器的开发和测试过程中，各种测试手段和应用模块的支持对于提高开发效率、缩短设计周期是非常重要的。这不仅体现在硬件上，也体现在开发系统的各种应用模块上。如果有完善的硬件测试工具，并且辅以完整的开发系统应用模块支持，开发者就可以集中精力于视频编解码器结构本身的设计和开发，从而更快的给出高质量的设计。
2.5 本章小节
本章的第一部分主要介绍了MPEG-4视频编解码芯片开发系统及其框架结构和重要的模块的设计情况。这一开发系统可以满足MPEG-4 ASP@L5视频编解码器的开发要求。它以两块Xilinx的FPGA XC2V3000FG676-4为主体，采用了子母板结构以达到降低成本、减小互相干扰和增加兼容性目的。 第二部分主要介绍了在开发系统上开发成功的MPEG-4专用结构解码芯片。为了简化电路，节约资源，减少数据总线的等待时间，系统内部采用了局部总线的设计方法。在阐述了芯片的内部总体结构后，对芯片内部最为重要的几个模块进行了介绍。使用0.18μm工艺进行流片。芯片为QFP208封装。 第三部分介绍了为了测试MPEG-4专用解码芯片的功能而设计的验证系统，其设计为MPEG-4 专用ASIC芯片测试提供了强大支持，提供了各种ASIC正常工作的资源环境，可编程逻辑，以及更换ASIC芯片的便利性等等。 最后的部分阐述了MPEG-4编解码芯片开发系统在可编程逻辑硬件资源、外存储器容量和带宽、输入输出带宽、测试手段和应用模块等方面存在的缺陷和不足。 虽然基于FPGA的MPEG-4编解码芯片开发系统有着上述的缺陷与不足，但是它为我们下一章提到的高性能视频开发验证平台的设计奠定了坚实的基础。它的一些设计思想和理念都在高性能平台上有所体现。
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第3章 高性能视频开发验证平台设计
原有的MPEG-4编解码芯片开发系统由于在可编程逻辑硬件资源、外存储器容量和带宽、输入输出数据带宽、测试手段和应用模块等方面存在着不足，已经无法满足未来的视频编解码器开发验证的需要。为此，我们开发设计了一套新的系统，这套系统具有高性能的特点，在上述几个原有的系统缺陷与不足基础上进行了全面的改造与升级。这一高性能视频开发验证平台可以满足现在与未来的视频开发的需要，具有广泛的应用空间。
3.1 平台简介
3.1.1 设计目标与应用范围
高性能视频开发验证平台的设计初衷就是为了能在其上进行高级别视频编解码器的开发与验证，因此我们为平台制定了如表 3-1所列的设计目标：
表 3-1高性能视频开发验证平台设计目标
支持视频标准 视频图像尺寸 支持视频输入格式 支持视频输出格式 支持码流输入/输出接口 解码峰值码率 编码速率 外部存储器接口 其他 H.264 high 4:4:4@4 or higher AVS Jizhun@6.2 or higher 1920×1080 （4：4：4） Y/C, CVBS Y/C, CVBS, VGA USB2.0, RS232, 10BASE-T以太网 20Mbits/s 30帧/s 高速大容量外存储器 低功耗、更完善和先进的测试手段。
这一高性能视频开发验证平台系统可以应用在下列领域： 1. 各类视频标准相应的专用结构实时编解码器开发与验证 2. 各类视频标准相应的混合结构实时编解码器开发与验证 3. 各类视频标准相应的可编程结构实时编解码器开发与验证 4. 单套/小批量各类视频标准编解码器系统
3.1.2 框架结构
为了实现3.1.1节中所列的设计目标，以及综合考虑了1.3节中所列出的一个优秀的视频开发验证平台必须具备的一些特性和MPEG-4编解码芯片开发系统的缺陷与不足，我们总结了以下几点做为平台的设计要点，它们也是高性能视频编解码器开发的基本需求：
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具有大规模和高速度的可编程逻辑资源以开发高复杂度的视频编解码器 具有较大容量和高速度的外存储器资源以存储高分辨率的图像数据 具有高速度的数据传输通道以传输高带宽的码流数据 支持多种视频输入输出接口以应付不同的开发需要 支持多种测试手段和应用模块以供测试开发使用
提供多种便利性以提高开发验证的效率，缩短开发周期 充分考虑兼容性，以应对不同的开发需要
最终设计完成的平台整体框架结构如图 3-1所示： 高性能视频开发验证平台 时钟 电源 应用 软件 接口 DDR400 高速存储 SDRAM SRAM USB2.0 H O S T S W 高性能FPGA 测试 工具 测试 接口 接口应用模块 视频输入 视频输出 232、网络 外部 设备
图 3-1高性能视频开发验证平台整体结构
其各部分特性如下：
? 高性能FPGA——大规模高速度可编程逻辑
? Xilinx XC4VLX100-FF1148 FPGA ? 高达110,592 个可编程逻辑单元 ? 高达500 MHz全片内部工作频率 ? 外存储器
? 2 × Micron MT46V16M16P-5B DDR400 高速存储——大容量高速度外存储器 ? 32bit 位宽，高达1.6GB/s 数据传输速率, 64MB超大存储量
? 1 × Winbond W986432DH SDRAM 存储器，32bit 位宽，8MB容量——兼容性 ? 1 × Samsung K7N163601M SRAM 存储器，36bit位宽，18Mb容量——兼容性 ? 各类扩展I/O
? USB2.0 接口——高速度数据传输通道
? 视频输入接口（Y/C, CVBS）
? 视频输出接口（Y/C, CVBS, VGA同时输出）——支持多种视频输入输出接口
? RS232接口
? 10-BASE-T以太网 ? 应用模块
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? 平台IO接口应用模块 ? 平台存储器接口应用模块 ? 平台外围芯片控制和配置应用模块
? 测试接口——多种测试手段和工具
? 128bit超宽用户输入输出接口 ? 32bit 差分对用户输入输出接口
? JTAG端口&专用USB线缆FPGA片内信号侦测
? 数量众多的用户LED, 用户切换DIP, 用户RESET按键
3.1.3 平台优势
高性能视频开发验证平台具有如下几个方面的优势：
1． 高性能
平台高性能优势体现在如下几个方面： ? 大容量高速可编程逻辑硬件资源 ? 大容量高速外存储器 ? 高速IO带宽
平台具有11万逻辑单元的可编程逻辑硬件资源，片内最高500MHZ的高速运行频率，片外DDR400 高速大容量存储器，更有USB2.0接口作为数据输入输出通道。使得视频开发流程在任何一项硬件资源上都不再有限制瓶颈。平台的高性能可以让更高图像分辨率的视频实时编解码成为可能，可以应对越来越复杂的各种运算，也使得1.2.4节中所述的三种视频编解码器体系结构都能够在平台上实现。
2． 接口应用模块与软件支持
平台带有专门为平台设计的针对各种端口，芯片和工具使用的接口应用模块，供用户在开发视频编解码器的过程中使用，给开发过程带来极大的便利。对于平台提供的这些接口，芯片和工具，只需要在设计中进行简单的设置和连接，即可使用它们的强大功能，从而大大提高开发效率。这样使得开发者可以集中精力在开发视频系统的硬件架构和算法上。另外平台附带相应的PC端的应用软件，这些软件的应用可以使开发过程更加方便和高效，最大限度的发挥平台硬件部分的性能。
3． 更多的测试手段
平台支持各种测试手段。128bit超宽用户输入输出接口加上外接的逻辑分析仪，为视频编解码器开发过程中可能需要的同步检测各个系统各模块间的数据流提供了极大的便利。32bit差分对接口设计专为差分信号的输入输出测试使用。平台更支持FPGA片内信号实时侦测，可以在某些场合替代外接的逻辑分析仪。
4． 兼容性和扩展性
平台具有非常高的兼容性，可以单独更换子板或者母板，在需要的场合甚至可以独立使用母板。由于平台各种应用模块，在其他平台上开发的视频编解码器可以方便的移植到平台上来，只需要进行相应的连接即可。平台上的FPGA, DDR等器件都可以用相同封装的高级器件替代，这样可以满足不同要求视频编解码器开发的需求和未来的发展。
平台同时设计了三种外存储器：DDR、SDRAM和SRAM, 这样对于开发不同档次的视频编解码器是非常有用的。这是因为，各种档次的视频编解码器都可以利用这三种外存储器之中的一个进行设计，而缺少它们中任何一个平台就无法开发基于这种存储器的视频编解码器。另外，平台因为具有超宽的数据接口，其中有32bit是差分形式，这些接口也可以外接
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各种标准的高速的数据接口来进行数据传输。在这样的设计下，平台具有非常强的兼容和扩展性。
5． 低成本
平台专为开发视频编解码器而设计，设计紧凑，结构合理，每一个器件都有其实用价值，重要器件更可以用兼容的低级器件替换，与MPEG-4开发系统同样的子母板结构设计使得PCB的制作成本降低，在达成高性能指标的同时尽可能维持低成本。
3.2 平台硬件系统设计
高性能视频开发验证平台是以原MPEG-4编解码芯片开发系统为基础设计的，保留了原来的开发系统的优点。子母板结构因为在兼容性、成本与防干扰方面的独到优势，在高性能视频开发验证平台的设计中，依然保留了这个结构。
3.2.1 母板
3.2.1.1母板整体结构
平台母板依然采用6层PCB板，其基本结构如图 3-2所示：
DDR400 SDRAM 1 DDR400 SDRAM 2 电源模块 与子板的数据接口A SDRAM FPGA XC4VLX100 SRAM 与子板的数据接口B 测试接口 配置电路 时钟产生模块
图 3-2高性能视频开发验证平台母板整体结构
母板的中心是平台的可编程逻辑核心，Xilinx公司的FPGA XC4VLX100。它能够提供高达11万的可编程逻辑单元，并且片内最高运行频率达到500MHZ。它有768个用户可用IO管脚，连接到平台上其他的各个模块。两块DDR400 SDRAM组成64MB, 32bit位宽，提供1.6GB/s的数据带宽的高速大容量外存储器。母板上还有低速的外存储器SDRAM和SRAM，用以兼容较低级别视频编解码器的开发。FPGA还连接了平台所有的测试接口，供开发过程中的调试用。FPGA配置电路是除了JTAG端口的实时下载配置之外的一个补充。
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