在電影《阿凡達》中，當Neytiri救了地球人狀態的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系，而觀眾則通過先進的3D視頻處理技術，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3D視頻處理市場 

 

　　    《阿凡達》3D電影的熱映，引發了前所未有的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產品，其實都離不開一項關鍵技術———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。 

 

　　    由于3D產業剛剛開始發展，在標準等方面還不完善，攝像設備與終端產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就成為產品設計者的首選。據悉，FPGA兩大廠商賽靈思與Altera都在積極與3D產品制造商合作，并受益于該市場的發展。賽靈思公司亞太區市場及應用總監張宇清告訴記者，在當前3D市場發展初期，半導體供應商對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（數字信號處理器）也難以滿足3D的復雜需求，而FPGA在3D應用中則有諸多優勢。另一家FPGA大廠Altera通訊及廣播應用業務部資深技術市場經理杜澤心表示，傳統的DSP處理器體系結構只能夠實時完成不太復雜的視頻處理功能，可以用在消費類產品方面，但在廣播設備方面功能不夠強大，而最新的FPGA方案內置了硬核DSP和存儲器模塊，效率和靈活性要遠遠優于DSP器件。 

 

　　    記者對3D廠商的采訪也印證了上述觀點。深圳掌網立體時代視訊技術有限公司推出了3D照相機、數碼相框等多種產品。公司副總經理夏登海告訴記者，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，它被集中應用在圖像的獲取和2D轉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 

　　    根據以往的經驗，在有些消費市場，FPGA雖然具備設計的較大靈活性，但當市場大規模啟動之后，FPGA主導地位往往由于不具備成本優勢而逐漸被ASIC取代。據悉，由于《阿凡達》等3D電影的帶動，3D產業很可能將快速啟動，產品規模量產的進程也將被提速。中國立體視像(3D)產業聯盟秘書長唐斌告訴記者，3D電影的火爆必將帶動整個3D消費電子的大發展，2010年被業內人士稱作“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、數碼相框等產品也將隨之發展。因此，3D視頻處理ASIC的進展也值得業界關注。 

 

　　    據夏登海預計，今年應用于電視的3D處理芯片將大量上市，目前正在積極開發的有三星等公司，預計在年中會出現在電視產品中。記者注意到，泰鼎微系統公司也推出了一款3D電視視頻協處理器，其電視業務部門市場經理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)，采用該款器件的產品無須為了3D而采用FPGA，從而降低了3D系統的整體成本。 

 

　　    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，盡管在消費類產品市場當標準最終完善后，由于成本原因ASIC或者ASSP（專用標準芯片）或將替代FPGA，但在專業廣播設備領域，仍將是FPGA的天下。3D終端售價高是其不能普及的關鍵問題之一，從這個意義上說，FPGA能否提供不斷降低成本的方案將是其生命力的關鍵所在。 

 

　　    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，在沒有相關行業標準的時候，FPGA無疑還是會被大多數廠家所采用。 

 3D市場成FPGA廠商藍海 

    ●3D相關市場還處于早期發展階段,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，因此在系統設計中FPGA扮演的角色也有所轉變。 

 

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

 

　　    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遠遠超出了傳統DSP處理器的能力。 

 

　　    3D視頻技術使攝像頭數量翻番，進而推動所需視頻數據帶寬也翻了一番。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。統一架構則能提供設計可擴展性，滿足不同終端產品的性價比要求。 

 

　　    因為3D視頻對芯片硬件的處理效能要求更高，因此在系統設計中，FPGA扮演的角色也有所轉變。以客戶應用設計為例，FPGA已經在扮演類似超級電腦應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計，該可編程器件是適用于眾多應用、成本最低的FPGA解決方案之一。與傳統的高分辨率播放器結合使用，這款處理器可實現任何設備、任何格式的3D視頻輸出，從而可提供一種低成本、影院品質的視頻體驗。 

 

　　    FPGA視頻處理在專業廣播市場唱主角 

    ●FPGA一直在大部分專業數字廣播產品中扮演著主要角色。 

    ●用戶一般會采用FPGA定制他們的設計，以提高產品競爭力。 

　　    FPGA設計一直在大部分專業數字廣播產品中扮演著主要角色，例如演播攝像機、視頻交換機、路由器、服務器、編碼器等視頻傳輸設備。影院中用于播放3D影片的數字電影設備也被認為是專業產品。3D與2D的區別不大，只是需要規模更大、密度更高的FPGA來處理多維視頻流。因此，FPGA會繼續在3D視頻內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設計進行產品的初步原型開發，在3DLCD和LED電視等產品中也會被采用。 

 

　　    最新的FPGAIC內置了硬核DSP和存儲器模塊，效率和靈活性要遠遠優于DSPIC。目前的DSPIC速度還沒有快到足以處理最新的專業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定制他們的設計，以提高產品競爭力。SDI是典型的FPGA前端視頻接口。FPGA接收這一未經處理的視頻流，進一步處理縮放、濾波，并進行格式轉換和顏色空間轉換。這類功能需要使用FPGA的內部DSP模塊、板上高速收發器接口和內部存儲器模塊。 

 

　　    FPGA可以幫助消費類產品生產商在競爭中突出他們的優勢。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，適應新標準。考慮到成本問題，我們需要把專業廣播和消費類市場分開，對于專業市場，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，但是對產品成本會有影響。 

　　  

    ●泰鼎微系統公司的視頻協處理器能夠處理3D幀序列。 

    ●采用這種處理器的產品無須為了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)，使用運動預計/運動補償來避免圖像“顫動”，并使用再定時來確保左右幀在時間上的同步。 

 

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

 

　　    PNX5130架構是基于功能強大的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行業合作。 

　　    3D電視普及將先行 

    ●相關3D標準尚未制定，導致3D產品無法量產。 

    ●從目前來看終端的發展趨勢，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消費電子的大發展。毫無疑問，2010年是中國3D產業發展的關鍵之年。我們不能袖手旁觀，要盡快行動起來，聯合中國3D企業加入3D產業的大潮中，建設整個3D產業鏈。我們正在全力推進相關3D行業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3D標準尚未制定，導致3D產品無法量產；二是3D內容的嚴重缺乏，現在3D設備基本已經具備，但是缺乏內容支持，無法大面積推廣應用；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顯示技術能廣泛應用，對3D終端市場的發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市場(教育、演示)的應用，而隨著內容的普及，它進入家庭，打造3D家庭影院的勢頭也不錯；大量3D內容(電影、電視節目)的制作需求，對專業3D攝像機的普及有至關重要的推動作用；3D數碼相框、3D數碼相機、3D手機市場也將有不錯的市場前景。 

 

　　    合成SoC將降低3D設備成本 

    ●今年，應用于電視的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，比如富士的照相機、華映的2D/3D轉換等都采用FPGA。目前FPGA集中應用在圖像的獲取和2D轉3D上。現在看到產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。在沒有很復雜的圖像運算與數據處理的條件下，FPGA比DSP在開發速度、運算速度、成本上均有優勢。 

 

　　    在立體攝錄一體機沒有面世前，3D內容的匱乏以及產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，必須兼容絕大多數格式；二是開發專業的立體鏡頭，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狀況下應用沒有什么問題，但在3D中應用問題就比較多，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，應用于電視的3D處理芯片將大量上市，目前正在積極開發的有三星等公司，預計在年中會出現在電視產品中，但攝像機芯片的出現要相對較晚，應該在明年初，因為應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720p的高清視頻同步、立體合成與立體顯示，該芯片已經被某知名品牌使用，預計在今年3月可以給客戶演示其效果，其價格也具有較大的優勢。