Microchip PolarFire® FPGA H.264 Encoder IP User Guide

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 da esse cumpressi sò trattati cum'è I frame, P frame è B frame. Un quadru I hè un quadru intra-codificatu induve a compressione hè fatta utilizendu l'infurmazioni cuntenute in u quadru. Nisun altru frames hè necessariu per decodificà un frame I. U quadru AP hè cumpressu utilizendu i cambiamenti in quantu à un quadru precedente chì pò esse un quadru I o un quadru P. A cumpressione di u quadru B 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 codificatore H.264 I frame.

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	Portu Valida Sottu	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 H.264 I Frame Encoder.

Figura 1-2. H.264 I Frame Encoder IP Block Diagram

Design Description for H.264 I Frame Encoder IP

Questa sezione descrive i diversi moduli interni di l'IP generatore di frame H.264 I. 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.

1. 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
2. Andà à u Files tab è selezziunate simulazione > Importà Files.
   
   Figura 2-2. Importà Files
3. 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.
4. 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
5. Andà à u Stimulus Gerarchia tabulazione 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 Aiutu in ligna 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 utilizendu 4:2:2 sampling di dati input.

Table 5-1. Utilizazione di risorse di l'IP di codificatore H.264 I Frame

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
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

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 produttu - Schede tecniche è errata, note d'applicazione è 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

Questa publicazione è l'infurmazioni quì ponu esse aduprate solu cù i prudutti Microchip, cumpresu per cuncepisce, pruvà è integrà i prudutti Microchip cù a vostra applicazione. L'usu di sta infurmazione in ogni altra manera viola questi termini. L'infurmazioni riguardanti l'applicazioni di u dispositivu sò furnite solu per a vostra comodità è ponu esse rimpiazzate da l'aghjurnamenti. Hè a vostra rispunsabilità per assicurà chì a vostra applicazione risponde à e vostre specificazioni. Cuntattate u vostru uffiziu di vendita Microchip locale per supportu supplementu o, uttene supportu supplementu à www.microchip.com/en-us/support/design-help/client-support-services.

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AgileSwitch, APT, ClockWorks, The Embedded Control Solutions Company, EtherSynch, Flashtec, Hyper Speed ​​Control, HyperLight Load, IntelliMOS, Libero, motorBench, mTouch, Powermite 3, Precision Edge, ProASIC, ProASIC Plus, ProASIC Plus logo, Quiet- Wire, SmartFusion, SyncWorld, Temux, TimeCesium, TimeHub, TimePictra, TimeProvider, TrueTime, WinPath è ZL sò marchi registrati di Microchip Technology Incorporated in i Stati Uniti.

Suppressione di chjave adiacente, AKS, Analogicu per l'Età Digitale, Qualchese Capacitor, AnyIn, AnyOut, Switching Augmented, BlueSky, BodyCom, CodeGuard, CryptoAuthentication, CryptoAutomotive, CryptoCompanion, CryptoController, dsPICDEM, dsPICDEM.net, Dynamic DAM Matching , ECAN, Espresso T1S, EtherGREEN, GridTime, IdealBridge, Programmazione Seriale In-Circuit, ICSP, INICnet, Parallelazione Intelligente, Connettività Inter-Chip, JitterBlocker, Knob-on-Display, maxCrypto, maxView, memBrain, Mindi, MiWi, MPASM, MPF, MPLAB Certified logo, MPLIB, MPLINK, MultiTRAK, NetDetach, NVM Express, NVMe, Omniscient Code Generation, PICDEM, PICDEM.net, PICkit, PICtail, PowerSmart, PureSilicon, QMatrix, REALICE , Ripple Blocker, RTAX, RTG4, SAMICE, Serial Quad I/O, simpleMAP, SimpliPHY, SmartBuffer, SmartHLS, SMART-IS, storClad, SQI, SuperSwitcher, SuperSwitcher II, Switchtec, SynchroPHY, Total Endurance, TSHARC, USBCheck, VariSense, VectorBlox, VeriPHY,

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© 2022, Microchip Technology Incorporated è e so filiali. Tutti i diritti riservati.
ISBN: 978-1-5224-9663-2

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Tel: 31-416-690399
Fax: 31-416-690340

Norvegia - Trondheim
Tel: 47-72884388

Pulonia - Varsavia
Tel: 48-22-3325737

Romania - Bucarest
Tel: 40-21-407-87-50

Spagna - Madrid
Tel: 34-91-708-08-90
Fax: 34-91-708-08-91

Svezia - Gothenberg
Tel: 46-31-704-60-40

Svezia - Stoccolma
Tel: 46-8-5090-4654

UK - Wokingham
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Documenti / Risorse

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	MICROCHIP PolarFire FPGA H.264 Encoder IP [pdfGuida di l'utente PolarFire FPGA H.264 Encoder IP, PolarFire FPGA, H.264 Encoder IP

Referenze

• Manuale d'usu