FPGA创新技术实现广播到3D的技术进步以及下个发展趋势

过去10年来，电子行业推出了一系列令人眼花缭乱的平板电视及相关技术，将阴极射线管电视、背投电视乃至模拟标清信号广播技术统统扫进了积满灰尘的“古董”库房。如今，众企业纷纷以前所未有的发展速度不断推出最新的电视技术。但是，要使客户充分获得这一快速发展技术的全部价值，要求配备协作良好的设备链，以使广播公司和电影制片厂能将采用高级技术制作的最新节目传输到起居室和本地影院，而且在不远的将来，还能传输到您的手持设备和汽车系统上。

在广播和影院设备领域相互竞争的企业很早就将赛灵思 FPGA 用作其大多数广播设备的主要逻辑 IC，从超高端的摄像机到各种类型的演播室编辑和信号传输设备都有它的身影。如今，该市场领域的设计人员也在全面开发基于FPGA 的设备，以使 1080p 广播成为主流。设计人员甚至已开始不断推出基于FPGA 的 3D 电视设备，使广播公司能将《阿凡达》画质的电视节目在小型电视屏幕上播放出来。若密切关注该类型市场中最大的板块——电视广播市场，您就不难发现设计人员将在整个广播设备链上充分利用 FPGA，以将更精彩的节目带给消费者。

广播101：从现场到您的屏幕

赛灵思广播业务营销部 (Broadcast Segment Marketing Group) 的市场营销经理 Ben Ruyan 认为广播市场的大致特点是：每个人都可以看见最终结果，但知道中间的投入有多大的人却不多。要实现最终的结果，需要涉及大量复杂的技术，荧屏背后有大量的工作要做。

在表面的光艳之下， 广播与影院市场实际上涌动着非常激烈的竞争暗潮，属于单位成本高而销售量又相对小的市场。参与这一市场竞争的企业需要生产可将电视信号传输至用户最新数字电视，或者将影片传输至 IMAX 影院或者用户家庭影院屏幕的每一种设备。Runyan 指出，影院市场往往充当最新广播技术的早期采用者，但是，由于对高质量广播的需求不断增长，电视台也在以前所未有的步伐引入新技术。Runyan 表示：“如果您有机会参观当地电视演播室或者电视网络，您就会为成堆的设备和成英里长的线缆惊叹不已。它们占据了天花板和墙壁之间的每一寸空间。将节目传输到电视上需要的工作量和技术水平让人叹为观止。”

以现场新闻报道为例，播音员在对准话筒说话的同时，眼睛看着一台非常先进、价格昂贵的数字摄像机。这台摄像机以有线或者无线的方式将未经压缩的语音原始信号发送至现场的新闻车，车上载有便携式视频监控和编辑设备以及无线电设备。该车上的各种设备都能够即时执行非常简单的信号压缩，然后将现场信号或者相关的磁带内容直接传输至差转台，或者通过卫星传输到广播演播室。

随后， 该演播室使用多台协作设备，以便接收从现场发回的广播信号，在存储服务器上录制内容，并将信号发送至混合和编辑设备以及控制室中的多屏幕监控器。然后，节目技术人员、编导人员和制作人员再将节目内容与其他来自外部的内容和在演播室中用内部摄像机录制的内容（如现场新闻的电视新闻主播报道）混合起来，并添加屏幕文字解说或者“跑马屏”画面来协调事件的顺序，最终生成主节目内容。

广播人员随后将主节目内容发送至演播室的传输设备，由传输设备将节目压缩成多种编解码器（编码器/解码器）标准格式，每种标准格式都能使用特定的介质进行传输，比如有线电视、卫星、地面以及有线广播（针对 IP 网络电视）或者无线广播（针对手机）。演播室随后通过有线及无线运营商网络广播这些已压缩的频带，送达您的有线电视或者卫星机顶盒、数字电视、PC 或者手持设备。在消费类电子产品端，上述系统将对信号解压缩，并进行节目播放的工作。

Runyan 表示，整个广播链，尤其是现场即时广播，要求大量的高带宽光纤与卫星资源，以及高性能视频编辑和巨大的存储阵列。设备必须具备相当高的可靠性，因为它必须 24X7 全天候不间断地工作，而且不能丢失视频数据的哪怕一个字节。高吞吐量、高灵活性以及高可靠性等所有这些要求都使 FPGA成为广播设备制造商的理想选择（图 1）。

 

 

图1 此广播链图中的每项技术都采用赛灵思 FPGA 技术

Runyan表示：“从现场的摄像机，到新闻车上的设备、编辑演播室的编辑设备（通过交换机、路由器和多屏幕监控器），以及后期编辑设备和大型视频服务器存储场，再到压缩和传输设备，赛灵思 FPGA 在整个广播链的每个环节上都发挥着非常重要的作用。事实上，FPGA在广播市场早已取代 ASIC 和 ASSP 而成为现在占统治地位的逻辑 IC。”他表示，由于这些数量繁多的高度先进的设备，不仅不能覆盖开发 ASIC 的成本，同时 ASSP 也“不具备进入这个市场的基本硬件性能”（图2）。