MICROCHIP H.264 PolarFire I-Frame Encoder IP
Informazione di u produttu
U pruduttu hè un IP H.264 I-Frame Encoder. Hè una implementazione hardware chì codifica dati in u formatu H.264. U diagramma di bloccu IP mostra i diversi inputs è outputs di l'encoder.
Funzioni chjave:
- Supporta a codificazione H.264
- Fornisce input per i dati di pixel luma è chroma
- Supporta diversi signali di cuntrollu per l'iniziu di u quadru, a fine di u quadru è a validità di dati
- Permette di stabilisce u fattore di qualità per a quantizazione
- Emette dati codificati H.264
Famiglie Supportate: Questa infurmazione ùn hè micca furnita in u manuale d'utilizatore.
Istruzzioni per l'usu di u produttu
Implementazione di hardware
Per implementà l'Encoder I-Frame H.264, seguitate questi passi:
- Cunnette i seguenti inputs à e fonti appropritate:
- RESET_N: Cunnette à un signalu di reset asincronu attivu-bassu.
- SYS_CLK: Cunnette à u clock di input cù quale i pixel entranti sò sampguidatu.
- DATA_Y_I: Cunnette à l'input di pixel luma 8-bit in furmatu 422.
- DATA_C_I: Cunnettete à l'input di pixel chroma 8-bit in formatu 422.
- DATA_VALID_I: Cunnette à u signale validu di dati di pixel input.
- FRAME_END_I: Cunnette à a fine di u signale di indicazione di u quadru.
- FRAME_START_I: Cunnette à u principiu di u signale di indicazione di u quadru.
- HRES_I: Cunnette à a risuluzione horizontale di l'imagine di input. Deve esse un multiplu di 16.
- VRES_I: Cunnette à a risoluzione verticale di l'imaghjini di input. Deve esse un multiplu di 16.
- QP_I: Connect to the quality factor for H.264 quantization. U valore varieghja da 0 à 51.
- L'output di dati codificati H.264, DATA_O, deve esse cunnessu à a destinazione desiderata.
- Assicuratevi chì l'alimentazione elettrica è a terra adattate sò furnite per l'implementazione di hardware.
Porti di input è output
| Signal Name | Direzzione | Larghezza | Port Valid Under | Descrizzione |
|---|---|---|---|---|
| RESET_N | Input | 1 | — | Segnale di reset asincronu attivu-bassu à u disignu. |
| SYS_CLK | Input | 1 | — | Input clock cù quale pixel entranti sò sampguidatu. |
| DATA_Y_I | Input | 8 | — | Input Luma pixel 8-bit in furmatu 422. |
| DATA_C_I | Input | 8 | — | Input Chroma pixel 8-bit in furmatu 422. |
| DATA_VALID_I | Input | 1 | — | Segnale validu di dati Pixel input. |
| FRAME_END_I | Input | 1 | — | Indicazione di a fine di u quadru. |
| FRAME_START_I | Input | 1 | — | Inizio di l'indicazione di Frame. L'ascesa di stu signalu hè cunzidiratu comu principiu di quadru. |
| HRES_I | Input | 16 | — | Risoluzione horizontale di l'immagine di input. Deve esse multiple di 16. |
| VRES_I | Input | 16 | — | Risoluzione verticale di l'immagine di input. Deve esse multiple di 16. |
| QP_I | Input | 6 | — | Fattore di qualità per a quantizazione H.264. U valore varieghja da 0 à 51 induve 0 rapprisenta a più alta qualità è a compressione più bassa è 51 rapprisenta a cumpressione più alta. |
| DATA_O | Output | 8 | — | L'output di dati codificati H.264 chì cuntene unità NAL, slice header, SPS, PPS, è i dati codificati di macroblocchi. |
| DATA_VALID_O | Output | 1 | — | Segnale di validità di dati per l'output. |
Introduzione
H.264 hè un standard di cumpressione video populari per cumpressione di video digitale. Hè canusciutu macari comu MPEG-4 Part10 o Advanced Video Coding (MPEG-4 AVC). H.264 usa l'approcciu sàviu di bloccu per cumpressione u video induve a dimensione di u bloccu hè definitu cum'è 16 × 16 è tali bloccu hè chjamatu macroblocu. U standard di cumpressione sustene diversi profiles chì definiscenu u rapportu di cumpressione è a cumplessità di l'implementazione. I frames video per esse cumpressu sò trattati cum'è I-Frame, P-Frame è B-Frame. Un I-Frame hè un quadru intra-coded induve a compressione hè fatta usendu l'infurmazioni cuntenute in u quadru. Nisun altru frames sò nicissarii à decode un I-Frame. Un P-Frame hè cumpressu utilizendu i cambiamenti in quantu à un quadru precedente chì pò esse un I-Frame o un P-Frame. A cumpressione di B-Frame hè fatta usendu i cambiamenti di muvimentu in quantu à un quadru precedente è à un quadru prossimu.
U prucessu di cumpressione I-Frame hà quattru stages-Predizione intra, trasfurmazioni Integer, Quantization è Entropia codifica. H.264 supporta dui tipi di codificazione-Codificazione di lunghezza variabile adattativa di u cuntestu (CAVLC) è codificazione aritmetica binaria adattativa di u cuntestu (CABAC). A versione attuale di l'IP implementa Baseline profile è usa CAVLC per a codificazione di entropia. Inoltre, l'IP sustene a codificazione di solu I-Frames.
Funzioni chjave
- Implementa a cumpressione in u formatu video YCbCr 420
- Aspetta l'input in u formatu video YCbCr 422
- Supporta 8-bit per ogni cumpunente (Y, Cb è Cr)
- ITU-T H.264 Annex B cumpatibile NAL byte stream output
- Funzionamentu standalone, CPU, o assistenza à u processatore ùn hè micca necessariu
- Fattore di qualità QP configurabile da l'utilizatore durante u tempu di esecuzione
- Computazione à a tarifa di 1 pixel per clock
- Supporta a cumpressione finu à a risoluzione di 1080p 60 fps
Famiglie sustegnu
- PolarFire® SoC FPGA
- PolarFire® FPGA
Implementazione di hardware
A figura seguente mostra u schema di bloccu IP di l'Encoder I-Frame H.264.
Figura 1-1. H.264 I-Frame Encoder IP Block Diagram
Ingressi è Outputs
A tavula seguente lista i porti di input è output di H.264 Frame Encoder IP.
Table 1-1. Input è Output Ports di H.264 I-Frame Encoder IP
| Signal Name | Direzzione | Larghezza | Port Valid Under | Descrizzione |
| RESET_N | Input | 1 | — | Segnale di reset asincronu attivu-bassu à u disignu. |
| SYS_CLK | Input | 1 | — | Input clock cù quale pixel entranti sò sampguidatu. |
| DATA_Y_I | Input | 8 | — | Input Luma pixel 8-bit in furmatu 422. |
| DATA_C_I | Input | 8 | — | Input Chroma pixel 8-bit in furmatu 422. |
| DATA_VALID_I | Input | 1 | — | Segnale validu di dati Pixel input. |
| FRAME_END_I | Input | 1 | — | Indicazione di a fine di u quadru. |
| FRAME_START_I | Input | 1 | — | Inizio di l'indicazione di Frame. U filu ascendente di stu signalu hè cunsideratu cum'è iniziu di quadru. |
| HRES_I | Input | 16 | — | Risoluzione horizontale di l'immagine di input. Deve esse multiple di 16. |
| VRES_I | Input | 16 | — | Risoluzione verticale di l'immagine di input. Deve esse multiple di 16. |
| QP_I | Input | 6 | — | Fattore di qualità per a quantizazione H.264. U valore varieghja da 0 à 51 induve 0 rapprisenta a più alta qualità è a compressione più bassa è 51 rapprisenta a cumpressione più alta. |
| DATA_O | Output | 8 | — | L'output di dati codificati H.264 chì cuntene unità NAL, slice header, SPS, PPS, è i dati codificati di macroblocchi. |
| DATA_VALID_O | Output | 1 | — | U signale chì denota i dati codificati hè validu. |
Parametri di cunfigurazione
L'IP H.264 I-Frame Encoder ùn usa micca paràmetri di cunfigurazione.
Implementazione Hardware di H.264 I-Frame Encoder IP
A figura seguente mostra u schema di bloccu IP di l'Encoder I-Frame H.264.
Figura 1-2. H.264 I-Frame Encoder IP Block Diagram
Descrizzione di Design per H.264 I-Frame Encoder IP
Questa sezione descrive i diversi moduli interni di l'IP H.264 I-Frame Generator. L'input di dati à l'IP deve esse in forma di una maghjina di scansione raster in u formatu YCbCr 422. L'IP usa u formatu 422 cum'è input è implementa a compressione in u formatu 420.
16×16 Matrix Framer
Stu modulu frames i macroblocchi 16 × 16 per u cumpunente Y cum'è a specifica H.264. I buffer di linea sò usati per almacenà 16 linee orizontali di l'imagine di input è una matrice 16 × 16 hè inquadrata cù i registri di shift.
8×8 Matrix Framer
Stu modulu frames i macroblocchi 8 × 8 per u cumpunente C cum'è l'specificazione H.264 per u formatu 420. I buffer di linea sò usati per almacenà 8 linee orizontali di l'imagine di input è una matrice 8 × 16 hè inquadrata cù i registri di shift. Da a matrice 8 × 16, i cumpunenti Cb è Cr sò siparati per quadru ogni matrice 8 × 8.
4×4 Matrix Framer
A trasformazione intera, a quantificazione è a codificazione CAVLC operanu nantu à un subbloccu 4 × 4 in un macrobloccu. U quadru di matrice 4 × 4 genera un subbloccu 4 × 4 da 16 × 16 o 8 × 8 macrobloccu. Stu generatore di matrice attraversa tutti i sub-blocchi di un macrobloccu prima di andà à u prossimu macrobloccu.
Previsione intra
H.264 usa diversi modi intra-prediction per riduce l'infurmazioni in un bloccu 4 × 4. U bloccu intra-prediction in l'IP usa solu a prediczione DC nantu à a dimensione di a matrice 4 × 4. U cumpunente DC hè calculatu da a cima adiacente è manca i blocchi 4 × 4.
Trasformazione Integer
H.264 usa a trasformazione di u cosenu discretu integer induve i coefficienti sò distribuiti in a matrice di trasformazione intera è a matrice di quantizazione in modu chì ùn ci sò micca multiplicazioni o divisioni in a trasformazione intera. A trasformazione intera stage implementa a trasfurmazioni usendu shift and add operations.
Quantization
A quantizazione multiplica ogni output di trasformazione intera cù un valore di quantizazione predeterminatu definitu da u valore di input di l'utente QP. A gamma di u valore QP hè da 0 à 51. Qualchese valore più di 51 hè clamped à 51. Un valore QP più bassu denota una compressione più bassa è una qualità più alta è vice versa.
CAVLC
H.264 usa dui tipi di codificazione d'entropia - Codificazione di lunghezza variabile adattativa di u cuntestu (CAVLC) è codificazione aritmetica binaria adattativa di u cuntestu (CABAC). L'IP usa CAVLC per codificà l'output quantized.
Generatore di header
U bloccu generatore di l'intestazione genera l'intestazione di bloccu, l'intestazione di slice, u set di parametri di sequenza (SPS), u set di parametri di l'imaghjini (PPS) è l'unità di astrazione di rete (NAL) secondu l'istanza di u quadru video.
H.264 Stream Generator
U bloccu di u generatore di flussu H.264 combina l'output CAVLC cù l'intestazione per creà l'output codificatu in u formatu standard H.264.
banc d'essai
Testbench hè furnitu per verificà a funziunalità di H.264 I-Frame Encoder IP.
Simulazione
A simulazione usa una maghjina 224 × 224 in u formatu YCbCr422 rapprisintatu da dui files, ognunu per Y è C cum'è input è genera un H.264 file formatu chì cuntene dui frames. I seguenti passi descrizanu cumu simulà u core cù u testbench.
- Andà à Libero® SoC Catalog > View > Windows> Catalogu, è poi espansione Soluzioni-Video. Cliccate doppiu H264_Iframe_Encoder, è dopu cliccate OK.
Figura 2-1. H.264 I-Frame Encoder IP Core in Libero SoC Catalog
- Andà à u Files tab è selezziunate simulazione> Import Files.
Figura 2-2. Importà Files
- Importà u H264_sim_data_in_y.txt, H264_sim_data_in_c.txt, è H264_refOut.txt files da u percorsu seguente: ..\ \component\Microsemi\SolutionCore\H264_Iframe_Encoder\ 1.0.0\Stimulus.
- Per impurtà un altru file, cercate u cartulare chì cuntene i necessarii file, è cliccate Apri. L'impurtatu file hè listatu sottu simulazione, vede a figura seguente.
Figura 2-3. Impurtatu Files
- Andà à a tabulazione Stimulus Hierarchy è selezziunate H264_frame_Encoder_tb (H264_frame_Encoder_tb. v)> Simulate Pre-Synth Design> Open Interactively. L'IP hè simulatu per dui frames. Figura 2-4. Simulazione di Disegnu di Pre-Sintesi
ModelSim si apre cù u testbench file cum'è mostra in a figura seguente.
Figura 2-5. Finestra di simulazione ModelSim
Nota: Se a simulazione hè interrotta per via di u limitu di runtime specificatu in DO file, Aduprate u cumandimu run -all per compie a simulazione.
Licenza
H. 264 I-Frame Encoder IP hè furnitu in forma criptata solu sottu licenza.
Istruzzioni di stallazione
U core deve esse installatu in u software Libero SoC. Hè fattu in autumàticu attraversu a funzione d'aghjurnamentu di u Catalogu in u software Libero SoC, o CPZ file pò esse aghjuntu manualmente utilizendu a funzione di catalogu Add Core. Quandu u CPZ file hè stallatu in Libero, u core pò esse cunfiguratu, generatu è instantiatu in SmartDesign per l'inclusione in u prughjettu Libero.
Per più struzzioni nantu à l'installazione core, a licenza è l'usu generale, vede l'aiutu in linea di Libero SoC.
Utilizazione di risorse
A tavula seguente lista l'utilizazione di risorse di asample H.264 I-Frame Encoder IP design made for PolarFire FPGA (pack MPF300TS-1FCG1152I) è genera dati compressi cù 4:2:2 sampling di dati input.
Table 5-1. Utilizazione di risorsa di l'IP H.264 I-Frame Encoder
| Elementu | Usu |
| 4LUT | 15160 |
| DFF | 15757 |
| LSRAM | 67 |
| µSRAM | 23 |
| Blocchi di matematica | 18 |
| Interfaccia LUT a 4 ingressi | 3336 |
| Interfaccia DFF | 3336 |
Storia di rivisione
A tabella di storia di rivisione descrive i cambiamenti chì sò stati implementati in u documentu. I cambiamenti sò listati per rivisione, cuminciendu cù a publicazione più attuale.
| Revisione | Data | Descrizzione |
| B | 06/2022 | Cambiatu u titulu da "PolarFire FPGA H.264 Encoder IP User Guide" à "PolarFire FPGA H.264 I-Frame Encoder IP User Guide". |
| A | 01/2022 | A prima publicazione di u documentu. |
Supportu Microchip FPGA
U gruppu di prudutti Microchip FPGA sustene i so prudutti cù diversi servizii di supportu, cumpresu u serviziu di u cliente, u centru di supportu tecnicu di u cliente, un websitu, è uffizii di vendita in u mondu. I clienti sò suggeriti à visità e risorse in linea di Microchip prima di cuntattà l'assistenza postu chì hè assai prubabile chì e so dumande sò digià rispostu.
Cuntattate u Centru di Assistenza Tecnica attraversu u websitu à www.microchip.com/support. Mencione u numeru di parte di u dispositivu FPGA, selezziunate a categuria di casu adatta è carica u disignu files mentre crea un casu di supportu tecnicu.
Cuntattate u Serviziu Clienti per un supportu di produttu micca tecnicu, cum'è u prezzu di u produttu, l'aghjurnamenti di u produttu, l'infurmazioni di l'aghjurnamentu, u statu di l'ordine è l'autorizazione.
- Da l'America di u Nordu, chjamate 800.262.1060
- Da u restu di u mondu, chjamate 650.318.4460
- Fax, da ogni locu in u mondu, 650.318.8044
Infurmazioni Microchip
U Microchip Websitu
Microchip furnisce supportu in linea via u nostru websitu à www.microchip.com/. Questu website hè usatu per fà files è l'infurmazioni facilmente dispunibili à i clienti.
Alcune di u cuntenutu dispunibule include:
- Supportu di u produttu – Schede tecniche e errate, note d’applicazione e sampi prugrammi, risorse di cuncepimentu, guide d'utilizatori è documenti di supportu hardware, l'ultime versioni di u software è u software archiviatu
- Assistenza tecnica generale - Domande frequenti (FAQ), richieste di supportu tecnicu, gruppi di discussione in linea, lista di membri di u prugramma di partenarii di design Microchip
- Affari di Microchip - Selettore di prudutti è guide d'ordine, ultimi comunicati di stampa Microchip, lista di seminarii è avvenimenti, liste di uffizii di vendita di Microchip, distributori è rapprisentanti di fabbrica
Serviziu di Notificazione di Cambiamentu di Produttu
U serviziu di notificazione di cambiamentu di produttu di Microchip aiuta à mantene i clienti attuali nantu à i prudutti Microchip. L'abbonati riceveranu una notificazione per e-mail ogni volta chì ci sò cambiamenti, aghjurnamenti, rivisioni o errata in relazione à una famiglia di prudutti specifica o strumentu di sviluppu d'interessu.
Per registrà, andate à www.microchip.com/pcn è seguitate l'istruzzioni di registrazione.
Assistenza Clienti
L'utilizatori di i prudutti Microchip ponu riceve assistenza attraversu parechji canali:
- Distributore o Rappresentante
- Uffiziu di Vendita Locale
- Ingegnere di soluzioni integrate (ESE)
- Assistenza tecnica
I clienti anu da cuntattà u so distributore, rappresentante o ESE per supportu. L'uffizii di vendita lucali sò ancu dispunibili per aiutà i clienti. Una lista di l'uffizii di vendita è i lochi hè inclusa in stu documentu.
U supportu tecnicu hè dispunibule attraversu u websitu à: www.microchip.com/support
Funzione di prutezzione di codice di i dispositi Microchip
Nota i seguenti dettagli di a funzione di prutezzione di codice nantu à i prudutti Microchip:
- I prudutti Microchip rispondenu à e specificazioni cuntenute in a so specifica Scheda di Dati Microchip.
- Microchip crede chì a so famiglia di prudutti hè sicura quandu s'utilice in a manera prevista, in e specificazioni operative, è in cundizioni normali.
- Microchip valorizza è prutegge in modu aggressivu i so diritti di pruprietà intellettuale. I tentativi di violazione di e funzioni di prutezzione di u codice di u produttu Microchip sò strettamente pruibiti è ponu violà a Digital Millennium Copyright Act.
- Nè Microchip nè un altru fabricatore di semiconductor pò guarantisci a sicurità di u so codice. A prutezzione di u codice ùn significa micca chì guarantimu chì u pruduttu hè "unbreakable". A prutezzione di u codice hè in constante evoluzione. Microchip hè impegnatu à migliurà continuamente e funzioni di prutezzione di codice di i nostri prudutti.
Avvisu Legale
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da l'aghjurnamenti. Hè a vostra rispunsabilità per assicurà chì a vostra applicazione risponde à e vostre specificazioni. Cuntattate u vostru uffiziu di vendita di Microchip locale per un supportu supplementu o uttene più
sustegnu à: www.microchip.com/en-us/support/design-help/client-support-services.
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