在電影《阿凡達》中,，當(dāng)Neytiri救了地球人狀態(tài)的JakeSully時,，JakeSully一句深情的“Iseeyou”推動劇情走向最高潮，這句臺詞隨之也被人們廣為傳誦,。JakeSully和Neytiri對世界美好的愿望和共同的追求,，使雙方互相看到了地球人和納威人之間不可分割的聯(lián)系，而觀眾則通過先進的3D視頻處理技術(shù),，觀賞到了3D電影的逼真效果,，感受到這部電影帶來的震撼。 

 

　　    FPGA主導(dǎo)3D視頻處理市場 

 

　　    《阿凡達》3D電影的熱映,，引發(fā)了前所未有的3D熱潮,。不僅3D電影頻頻出擊，3D電視也著實火了一把,，在前不久舉辦的CES（國際消費電子產(chǎn)品展）展上,，各大電視廠商包括索尼、三星,、松下等等都紛紛推出3D電視,，使之成為CES的最大亮點之一,。而無論是電影、電視還是其他3D產(chǎn)品,，其實都離不開一項關(guān)鍵技術(shù)———3D視頻處理,，目前在這方面唱主角的則是FPGA(可編程邏輯門陣列)技術(shù)。 

 

　　    由于3D產(chǎn)業(yè)剛剛開始發(fā)展,，在標準等方面還不完善,，攝像設(shè)備與終端產(chǎn)品在視頻處理上都還沒有很成熟的ASIC（專用芯片）解決方案,，因此FPGA就成為產(chǎn)品設(shè)計者的首選,。據(jù)悉，F(xiàn)PGA兩大廠商賽靈思與Altera都在積極與3D產(chǎn)品制造商合作,，并受益于該市場的發(fā)展,。賽靈思公司亞太區(qū)市場及應(yīng)用總監(jiān)張宇清告訴記者，在當(dāng)前3D市場發(fā)展初期,，半導(dǎo)體供應(yīng)商對3D視頻解決方案的投入多半不深,，有些甚至還抱持著觀望態(tài)度，這段過渡期正是FPGA大顯身手的時機,。 

 

　　    在2D視頻處理中常用的DSP（數(shù)字信號處理器）也難以滿足3D的復(fù)雜需求,，而FPGA在3D應(yīng)用中則有諸多優(yōu)勢。另一家FPGA大廠Altera通訊及廣播應(yīng)用業(yè)務(wù)部資深技術(shù)市場經(jīng)理杜澤心表示,，傳統(tǒng)的DSP處理器體系結(jié)構(gòu)只能夠?qū)崟r完成不太復(fù)雜的視頻處理功能,，可以用在消費類產(chǎn)品方面，但在廣播設(shè)備方面功能不夠強大,，而最新的FPGA方案內(nèi)置了硬核DSP和存儲器模塊,，效率和靈活性要遠遠優(yōu)于DSP器件。 

 

　　    記者對3D廠商的采訪也印證了上述觀點,。深圳掌網(wǎng)立體時代視訊技術(shù)有限公司推出了3D照相機,、數(shù)碼相框等多種產(chǎn)品。公司副總經(jīng)理夏登海告訴記者,，由于市場及標準的不確定性,，目前3D視頻處理多采用FPGA來實現(xiàn)，它被集中應(yīng)用在圖像的獲取和2D轉(zhuǎn)3D上,。他們目前采用FPGA來完成立體圖像的獲取,、同步、合成以及顯示,。“FPGA的優(yōu)勢在于它是全硬件處理,，要求的極限速度低、外圍簡單,。”他表示,。 

 

　　    ASIC處理器遭遇標準瓶頸 

　　    根據(jù)以往的經(jīng)驗，在有些消費市場，F(xiàn)PGA雖然具備設(shè)計的較大靈活性,，但當(dāng)市場大規(guī)模啟動之后,，F(xiàn)PGA主導(dǎo)地位往往由于不具備成本優(yōu)勢而逐漸被ASIC取代。據(jù)悉,，由于《阿凡達》等3D電影的帶動,，3D產(chǎn)業(yè)很可能將快速啟動，產(chǎn)品規(guī)模量產(chǎn)的進程也將被提速,。中國立體視像(3D)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟秘書長唐斌告訴記者,，3D電影的火爆必將帶動整個3D消費電子的大發(fā)展，2010年被業(yè)內(nèi)人士稱作“3D電視元年”,，這一年將有很多國際廠商將自己的3D電視推向市場,。而3D筆記本、投影儀,、攝像機,、照相機、數(shù)碼相框等產(chǎn)品也將隨之發(fā)展,。因此,，3D視頻處理ASIC的進展也值得業(yè)界關(guān)注。 

 

　　    據(jù)夏登海預(yù)計,，今年應(yīng)用于電視的3D處理芯片將大量上市,，目前正在積極開發(fā)的有三星等公司，預(yù)計在年中會出現(xiàn)在電視產(chǎn)品中,。記者注意到,，泰鼎微系統(tǒng)公司也推出了一款3D電視視頻協(xié)處理器，其電視業(yè)務(wù)部門市場經(jīng)理JosKlippert對記者表示,，這款芯片能夠處理3D幀序列(以多種輸入格式),，采用該款器件的產(chǎn)品無須為了3D而采用FPGA，從而降低了3D系統(tǒng)的整體成本,。 

 

　　    雖然未來將有ASIC的競爭,，但FPGA廠商對3D視頻處理市場的看法仍然十分樂觀。杜澤心認為,，盡管在消費類產(chǎn)品市場當(dāng)標準最終完善后,，由于成本原因ASIC或者ASSP（專用標準芯片）或?qū)⑻娲鶩PGA，但在專業(yè)廣播設(shè)備領(lǐng)域,，仍將是FPGA的天下,。3D終端售價高是其不能普及的關(guān)鍵問題之一，從這個意義上說,，F(xiàn)PGA能否提供不斷降低成本的方案將是其生命力的關(guān)鍵所在,。 

 

　　    在成本降低方面,，夏登海也提出了另一種看法，他認為將3D立體處理芯片與壓縮編碼芯片,、CPU等合成一個SoC（系統(tǒng)級芯片）,，將是有效降低成本的辦法。 

 

　　    但不管是ASIC還是SoC方案,，都必須有一個前提,，就是標準必須明確，在沒有相關(guān)行業(yè)標準的時候,，F(xiàn)PGA無疑還是會被大多數(shù)廠家所采用,。 

 3D市場成FPGA廠商藍海 

    ●3D相關(guān)市場還處于早期發(fā)展階段,正是FPGA大顯身手的時機。 

    ●3D視頻對芯片硬件的處理效能要求更高,，因此在系統(tǒng)設(shè)計中FPGA扮演的角色也有所轉(zhuǎn)變,。 

 

　　    3D視頻特別是3D電視是目前比較熱門的話題之一，但在當(dāng)前3D市場發(fā)展初期,，由于芯片供應(yīng)商必須審慎評估市場風(fēng)險，所以不管是標準產(chǎn)品或定制化解決方案的選擇現(xiàn)在均相當(dāng)有限,，從而讓FPGA得以在這片藍海市場中大展身手,。在這波3D風(fēng)潮中，賽靈思也順勢占據(jù)了有利位置,。 

 

　　    視頻處理主要分為視頻編解碼和目標信息識別兩大類,。其中，各類編解碼算法,，特別是視頻處理算法對計算性能的要求已經(jīng)遠遠超出了傳統(tǒng)DSP處理器的能力,。 

 

　　    3D視頻技術(shù)使攝像頭數(shù)量翻番，進而推動所需視頻數(shù)據(jù)帶寬也翻了一番,。制造商需要靈活的硬件來支持10G-SDI,、12G-SDI和DisplayPort等各種不同的新標準。超高端FPGA可提供處理2k×4k和8k×16k標準視頻所需的密度,、性能以及高存儲器緩沖帶寬,。統(tǒng)一架構(gòu)則能提供設(shè)計可擴展性，滿足不同終端產(chǎn)品的性價比要求,。 

 

　　    因為3D視頻對芯片硬件的處理效能要求更高,，因此在系統(tǒng)設(shè)計中，F(xiàn)PGA扮演的角色也有所轉(zhuǎn)變,。以客戶應(yīng)用設(shè)計為例,，F(xiàn)PGA已經(jīng)在扮演類似超級電腦應(yīng)用中的硬件加速器角色。 

 

　　    3D立體處理器制造商SENSIO公司的S3D-PRO處理器采用了賽靈思的Spartan-3可編程器件來進行設(shè)計,，該可編程器件是適用于眾多應(yīng)用,、成本最低的FPGA解決方案之一,。與傳統(tǒng)的高分辨率播放器結(jié)合使用，這款處理器可實現(xiàn)任何設(shè)備,、任何格式的3D視頻輸出,，從而可提供一種低成本、影院品質(zhì)的視頻體驗,。 

 

　　    FPGA視頻處理在專業(yè)廣播市場唱主角 

    ●FPGA一直在大部分專業(yè)數(shù)字廣播產(chǎn)品中扮演著主要角色,。 

    ●用戶一般會采用FPGA定制他們的設(shè)計，以提高產(chǎn)品競爭力,。 

　　    FPGA設(shè)計一直在大部分專業(yè)數(shù)字廣播產(chǎn)品中扮演著主要角色,，例如演播攝像機、視頻交換機,、路由器,、服務(wù)器、編碼器等視頻傳輸設(shè)備,。影院中用于播放3D影片的數(shù)字電影設(shè)備也被認為是專業(yè)產(chǎn)品,。3D與2D的區(qū)別不大，只是需要規(guī)模更大,、密度更高的FPGA來處理多維視頻流,。因此，F(xiàn)PGA會繼續(xù)在3D視頻內(nèi)容制作方面扮演重要角色,。在消費類市場方面,，會采用某些FPGA設(shè)計進行產(chǎn)品的初步原型開發(fā)，在3DLCD和LED電視等產(chǎn)品中也會被采用,。 

 

　　    最新的FPGAIC內(nèi)置了硬核DSP和存儲器模塊,，效率和靈活性要遠遠優(yōu)于DSPIC。目前的DSPIC速度還沒有快到足以處理最新的專業(yè)2D1080p高分辨率的廣播視頻,，對于3D,，DSP在處理其他的功能時顯得更加困難。 

 

　　    用戶一般會采用FPGA定制他們的設(shè)計,，以提高產(chǎn)品競爭力,。SDI是典型的FPGA前端視頻接口。FPGA接收這一未經(jīng)處理的視頻流,，進一步處理縮放,、濾波，并進行格式轉(zhuǎn)換和顏色空間轉(zhuǎn)換,。這類功能需要使用FPGA的內(nèi)部DSP模塊,、板上高速收發(fā)器接口和內(nèi)部存儲器模塊。 

 

　　    FPGA可以幫助消費類產(chǎn)品生產(chǎn)商在競爭中突出他們的優(yōu)勢,。與ASSP或者ASIC相比,，由于邏輯是可編程的,，為標準IC增加FPGA將有助于增加更多的功能，適應(yīng)新標準,?？紤]到成本問題，我們需要把專業(yè)廣播和消費類市場分開,，對于專業(yè)市場,，成本并不重要，重要的是性能,。對于消費類市場,，增加FPGA則會提供更多的功能，但是對產(chǎn)品成本會有影響,。 

　　  

    ●泰鼎微系統(tǒng)公司的視頻協(xié)處理器能夠處理3D幀序列,。 

    ●采用這種處理器的產(chǎn)品無須為了3D而采用FPGA。 

　　

 

　　    泰鼎的PNX5130是一個非常先進的可編程器件,，能夠處理3D幀序列(以多種輸入格式),，使用運動預(yù)計/運動補償來避免圖像“顫動”，并使用再定時來確保左右?guī)跁r間上的同步,。 

 

　　    采用PNX5130器件的產(chǎn)品無須為了3D而采用FPGA,，從而降低了3D系統(tǒng)的整體成本。 

 

　　    PNX5130架構(gòu)是基于功能強大的VLIW處理器,，能夠提供一種非常靈活的視頻處理方式,。這種靈活性使得我們能夠與快速演進的3D行業(yè)合作。 

　　    3D電視普及將先行 

    ●相關(guān)3D標準尚未制定,，導(dǎo)致3D產(chǎn)品無法量產(chǎn),。 

    ●從目前來看終端的發(fā)展趨勢,，3D電視的普及將先行。 

 

　　    電影《阿凡達》以其所向披靡的驕人票房和身臨其境的3D效果贏得了全球影迷的滿堂彩,，實實在在地印證了消費者對于3D視聽走進家庭的迫切期望,。3D娛樂在2010CES(國際消費電子產(chǎn)品展)上成為絕對的主角。各消費電子巨頭索尼,、三星,、松下、LG等紛紛亮出各自的“3D殺手锏”,，欲在未來的3D消費電子大戰(zhàn)中大顯身手,。 

 

　　    3D電影的火爆必將帶動整個3D消費電子的大發(fā)展。毫無疑問,，2010年是中國3D產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵之年,。我們不能袖手旁觀，要盡快行動起來,，聯(lián)合中國3D企業(yè)加入3D產(chǎn)業(yè)的大潮中,，建設(shè)整個3D產(chǎn)業(yè)鏈。我們正在全力推進相關(guān)3D行業(yè)標準制定工作的開展,，這是迫在眉睫的事情,。 

 

　　    坦白地說，目前我國3D終端市場的推廣效果不甚理想,，主要原因有三：一是相關(guān)3D標準尚未制定,，導(dǎo)致3D產(chǎn)品無法量產(chǎn)；二是3D內(nèi)容的嚴重缺乏,，現(xiàn)在3D設(shè)備基本已經(jīng)具備,，但是缺乏內(nèi)容支持，無法大面積推廣應(yīng)用,；三是戴眼鏡的觀看方式一定程度上制約了部分消費者(弱視,、散光等)的使用，如果裸眼3D顯示技術(shù)能廣泛應(yīng)用,，對3D終端市場的發(fā)展將有很大的推動作用,。 

 

　　    從目前來看，3D電視的普及將先行,。據(jù)了解,，各大電子巨頭包括索尼、松下,、三星,、LG等今年都有3D電視上市的計劃。3D筆記本可能配合3D游戲加快其普及速度,；3D投影機將率先進入行業(yè)市場(教育,、演示)的應(yīng)用,，而隨著內(nèi)容的普及，它進入家庭,，打造3D家庭影院的勢頭也不錯,；大量3D內(nèi)容(電影、電視節(jié)目)的制作需求,，對專業(yè)3D攝像機的普及有至關(guān)重要的推動作用,；3D數(shù)碼相框、3D數(shù)碼相機,、3D手機市場也將有不錯的市場前景,。 

 

　　    合成SoC將降低3D設(shè)備成本 

    ●今年，應(yīng)用于電視的3D處理芯片將大量上市,。 

    ●將立體處理芯片與壓縮編碼芯片,、CPU等合成一個SoC是有效降低成本的辦法。 

 

　　    由于市場及標準的不確定性,，目前3D處理多采用FPGA來實現(xiàn),，比如富士的照相機、華映的2D/3D轉(zhuǎn)換等都采用FPGA,。目前FPGA集中應(yīng)用在圖像的獲取和2D轉(zhuǎn)3D上?，F(xiàn)在看到產(chǎn)品的是富士的立體相機和很多廠家的立體電視。 

 

　　    我們目前采用FPGA來完成立體圖像的獲取,、同步,、合成以及顯示。FPGA的優(yōu)勢在于它是全硬件處理,，要求的極限速度低,、外圍簡單，便于降低成本,。在沒有很復(fù)雜的圖像運算與數(shù)據(jù)處理的條件下，F(xiàn)PGA比DSP在開發(fā)速度,、運算速度,、成本上均有優(yōu)勢。 

 

　　    在立體攝錄一體機沒有面世前,，3D內(nèi)容的匱乏以及產(chǎn)品成本的高昂是必然的,，一體機是立體普及的第一步驟。立體攝錄一體機的成本比普通的2D攝像機雖然要高,，但是較以前的3D方案要方便,、便宜得多。在未來有兩種方法可以降低成本,，一是將立體處理芯片與壓縮編碼芯片,、CPU等合成一個IC,，組成SoC，這是有效降低成本的辦法,，但它的前提是標準必須明確,，必須兼容絕大多數(shù)格式；二是開發(fā)專業(yè)的立體鏡頭,，目前立體攝像機的做法是采用兩個獨立的鏡頭,，這種鏡頭在2D狀況下應(yīng)用沒有什么問題，但在3D中應(yīng)用問題就比較多,，比如偏心率,、ZOOM和FOCUS的不同步等等，造成立體影像的破壞,。 

 

　　    FPGA在處理復(fù)雜運算的時候成本顯得偏高,，ASIC是最后必然的趨勢。在今年,，應(yīng)用于電視的3D處理芯片將大量上市,，目前正在積極開發(fā)的有三星等公司，預(yù)計在年中會出現(xiàn)在電視產(chǎn)品中,，但攝像機芯片的出現(xiàn)要相對較晚,，應(yīng)該在明年初，因為應(yīng)用在攝像機上的芯片對功耗,、成本的要求更低,。 

 

　　    3年前三星制造了第一部立體手機。他們現(xiàn)在采用的是ASIC的方案,，但這個方案的缺陷是視頻分辨率很小,，只能滿足低端需求。而我們新的FPGA方案在價格上與這種ASIC差不多,，但可以實現(xiàn)720p的高清視頻同步,、立體合成與立體顯示，該芯片已經(jīng)被某知名品牌使用,，預(yù)計在今年3月可以給客戶演示其效果,，其價格也具有較大的優(yōu)勢。