H.264视频编解码FPGA低延迟解决方案

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H.264视频编解码是一个数字视频压缩标准，由VCEG(ITU-T Video Coding Experts Group)和MPEG(ISO/IEC Moving Picture Experts Group)联合组成的JVT(Joint Video Team)于2003年3月正式发布。H.264标准的主要目标就是在同等保真条件下，提高编码效率。这是一对矛盾，既然要求图像不失真，则图像传输的比特数就大，在网络带宽一定的情况下，图像信号传输的速度就快，因此，只有提高编码效率才能实现。

银亿电子以逻辑语言为基础编写的，以IP核的形式，在FPGA器件上运行，基于FPGA的解决方案使用FPGA为核心器件，实现H.264编解码的IP核，此解决方案为纯硬件的解决方案，启动时间可以忽略，编解码延迟为固定的延迟，在一定的优化情况下，延迟为所有解决方案里最小值，具体特点如下：

1.     支持各种分辨率

视频分辨率配置灵活，最大可支持分辨率由FPGA的面积和资源而定，通过多个core的并行处理，可以很容易的支持诸如4K等高分辨率，单core最大支持的分辨率为4K。支持各种非标分辨率，例如1024*1024等（为了兼容行业标准，分辨率一般为32的倍数，如分辨率不能为32的倍数，需要补齐为32的倍数）

2.     支持各种帧率

帧率由分辨率所决定，单核最大可以支持4K/30fps，1080P/120fps。可根据可用硬件资源和客户需求可提供帧率定制，如960P/120fps等。

3.     编解码延迟低

在1080P/30fps的情况下，编码的延迟在0.5ms左右，解码的延迟在23ms以下，由编码，传输码流，到解码，所组成的完整过程中，延时在70ms以下。

4.     占用FPGA资源小

单核所占的资源中，LUT占用最多，约为29000多个，其他的资源在占用率方面，均比LUT占比小。

5.     码率控制灵活

针对特殊场景，例如带宽受限时，可以通过动态调整QP值（图像质量），将码流控制在要求的带宽之下。反之在带宽并不是决定性因素的时候，可以稳定QP值（图像质量）,以达到较好的图像质量

6.     超长GOP支持

最大可以256帧才编码一个I frame，削减码流带宽高峰，仍保持优秀的容错性。

7.     定制性强

可根据实际需求优化代码，提供例如局部QP（图像质量）增强等定制化的修改。

8.     应用领域

Ø        低带宽下、超低延时的星载/机载/弹载/车载视频数据链；

Ø        需要超高清晰度、超低延时的摄像监控系统；

Ø        海量视频数据压缩、存储等。