FPGA量化QP控制與ISP圖像處理技術(shù)應用

　　I幀是一個(gè)視頻序列的第1幀，所以一般變換量化后的質(zhì)量都比P幀和B幀高，采用的量化參數QP也要比P幀和B幀所采用的QP要小。但是對于一些運動(dòng)物體少的區域可以考慮用較大的QP來(lái)降低編碼，就是說(shuō)I幀的不同區域可以有不同的QP。

　　P幀一般只對運動(dòng)宏塊有變換量化后的結果，所采用的量化參數QP要比I幀大，至于大多少可以根據運動(dòng)速度來(lái)定，速度慢的話(huà)量化參數QP要比I幀大1～2，速度快的話(huà)量化參數QP要比I幀大3～4，因為運動(dòng)速度快時(shí)人眼看的就有點(diǎn)模糊，所以圖像質(zhì)量損失大點(diǎn)也感覺(jué)不明顯。

　　B幀的結果可以不作為參考幀，所以B幀的量化參數QP要比P幀大，以獲得更少的碼流。

　　從上面的分析可以知道，不僅3種幀的QP大小不同，QP也會(huì )根據運動(dòng)情況而變化，這樣的QP控制很復雜，而且ASIC的H.264編碼器也不一定有這樣的控制功能，FPGA正好可以實(shí)現這樣的控制。

　　ISP―FPGA的濾波器和銳化器功能

　　ISP是編碼前的視頻圖像處理，其中濾波強度和銳化強度對碼流的影響也很大，濾波算法有很多，其中既能濾波又能保留邊緣的濾波算法是很復雜的，用FPGA可以方便地實(shí)現不同算法和不同強度的濾波器和銳化器。

　　智能分析―FPGA的智能分析功能

　　智能分析主要有兩個(gè)功能，圖像分析和運動(dòng)分析。運動(dòng)分析是為了獲得視頻中的運動(dòng)物體，如人和車(chē)輛等;圖像分析是為了獲得運動(dòng)區域和靜止區域的分布，可以減少靜止區域的碼流。一般ASIC的智能分析功能只有運動(dòng)分析，FPGA可以同時(shí)實(shí)現這兩個(gè)功能。

　　FPGA在智能自適應中的應用

　　影響碼流的因素主要包括：場(chǎng)景內容的變化、視頻分辨率、視頻幀率、量化參數QP、視頻濾波強度、圖像銳化強度和圖像分析靈敏度等。當場(chǎng)景內容變化時(shí)，碼流會(huì )隨之發(fā)生變化，為了實(shí)現維持碼流的穩定的目標，就需要同時(shí)調整其他參數，這就是智能自適應。智能自適應需要比較復雜的控制策略來(lái)實(shí)現，參與調整的參數分布在ISP、智能分析、H.264編碼等多個(gè)環(huán)節，對實(shí)時(shí)性要求比較高，很適合用FPGA來(lái)實(shí)現。

　　FPGA的選擇

　　H.264編碼以宏塊為單位，在處理過(guò)程中必然會(huì )涉及到宏塊的輸入輸出和緩存。1個(gè)宏塊的數據為384字節(256字節亮度數據和128字節色度數據)，如果考慮到輸入輸出和處理的并行，必須設置雙份，即768字節，所以使用1K字節的存儲塊剛好滿(mǎn)足要求。參考幀的存儲可能包括多個(gè)參考幀宏塊，需要用多個(gè)存儲塊。ISP中經(jīng)常需要緩存1行像素，1080p每行有1920個(gè)像素，需要2K字節的存儲塊。

　　從上面的分析可以看出，適合H.264編碼和圖像處理的FPGA對內部存儲器的要求是：存儲塊容量小(如1～2KB)，并且存儲塊數量越多越好;另外，對乘法器的要求也是數量越多越好。

　　結語(yǔ)

　　從上面的論述中可以看出，降低視頻的編碼碼流是一個(gè)系統性的工程，涉及到很多環(huán)節，尤其是H.264編碼器可以做的工作很多。目前我們用CYCLONEIV的EP4CE115實(shí)現了1280×720×25fps的平均碼流小于512Kbps，H.264編碼檔次是mainprofilewithcabac。隨著(zhù)FPGA工藝的進(jìn)步，FPGA的資源越來(lái)越多，運動(dòng)宏塊的預測可以做到越來(lái)越準確，編碼碼流會(huì )越來(lái)越少，下一步我們準備用CYCLONEV來(lái)實(shí)現1920×1080×25fps的平均碼流小于1024Kbps。