|
1 引言 人類(lèi)步入網(wǎng)絡(luò )時(shí)代以來(lái)，就一直期待著(zhù)實(shí)時(shí)傳輸視頻圖像信號，而它所面臨的主要問(wèn)題是既要保證傳輸圖像質(zhì)量，又要盡可能少地占用有限的信道資源。由于視頻圖像信號的空間冗余度和時(shí)間冗余度很大，可以方便而有效地進(jìn)行數據壓縮，因此圖像壓縮技術(shù)已成為多媒體時(shí)代最熱門(mén)的技術(shù)之一，它已廣泛地應用在電視會(huì )議、可視電話(huà)、遠程監控等遠程圖像傳輸系統中。 隨著(zhù)微處理技術(shù)的發(fā)展，專(zhuān)用的圖像壓縮/解壓縮ASIC芯片不斷出現。以前，圖像壓縮技術(shù)主要是基于DCT分塊變換編碼，這種方法的弊病是無(wú)法得到高壓縮率，如果提高了壓縮率，圖像質(zhì)量就會(huì )大大降低。小波變換是80年代中期興起的一種圖像壓縮新技術(shù)，是對整幅圖像進(jìn)行變換，充分利用了圖像整體相關(guān)性并消除了DCT編碼帶來(lái)的方塊效應。小波級數可以在不同分辨率下逼近某一函數，實(shí)現多分辨率分解，獲得很高的壓縮比，已被廣泛應用在視頻圖像壓縮領(lǐng)域。ANALOG公司首家推出基于小波變換的實(shí)時(shí)視頻壓縮解壓縮芯片ADV6××系列，其最新芯片是ADV611/612，其中，ADV611主要應用于室溫下，而ADV612適用于工業(yè)領(lǐng)域，但它們的工作原理是一致的。本文就ADV611的原理和應用等問(wèn)題進(jìn)行闡述。 2 ADV611簡(jiǎn)介 2.1 工作原理 ADV611是AD公司推出的新一代基于小波理論的視頻壓縮解壓縮芯片，是一種低價(jià)、單片、多功能、全數字的CMOS-VLSI器件。ADV611支持對CCIR-611數字視頻進(jìn)行高畫(huà)質(zhì)實(shí)時(shí)壓縮解壓縮，壓縮倍數從視覺(jué)無(wú)失真感到7500倍，并能獲得比較好的主觀(guān)評價(jià)效果。壓縮的數據率是由輸入的數據率和被選擇的壓縮率決定的，靠與之相連接的片外DSP或主機根據當前場(chǎng)統計特性計算量化步長(cháng)值。ADV611能獲得近乎穩定的壓縮比特率，片內集成了數字視頻接口、主機接口和在片SRAM等，主要應用于閉路電視等。 ADV611的基本工作原理：編碼時(shí)從它的數字視頻接口接收未壓縮的數字視頻信號，經(jīng)小波變換和幀抽取、系數量化、游程編碼和Huffman編碼，產(chǎn)生壓縮后的數據流，送入集成于片內的512×32位大小的FIFO緩沖區，一旦FIFO的數據量達到主機在寄存器里的預置值時(shí)，ADV611就發(fā)出中斷請求信號，從它與主處理器的接口輸出壓縮數據比特流。當解壓縮時(shí)，壓縮數據從主處理器接口送入到FIFO里，然后經(jīng)過(guò)與編碼時(shí)的逆過(guò)程，數字視頻接口輸出標準的數字視頻分量。 ADV611共有84個(gè)數據寄存器和一系列的狀態(tài)、控制字寄存器。其中，數據寄存器是片內FIFO的映射 ，用于存儲經(jīng)小波變換后的圖像壓縮數據（編碼和解碼過(guò)程各需要42個(gè)），以供自適應量化和熵編碼進(jìn)行進(jìn)一步數據壓縮，實(shí)現實(shí)時(shí)視頻信號壓縮。狀態(tài)和控制字寄存器是間接寄存器，ADV611對它們進(jìn)行統一編址，通過(guò)主機接口訪(fǎng)問(wèn)片內四個(gè)32位直接寄存器進(jìn)行讀寫(xiě)操作。 2.2 功能方框圖 ADV611為實(shí)現強大的壓縮功能，引出了120個(gè)引腳，采用LQFP封裝。圖1是其內部功能方框圖。 如圖1所示，整個(gè)芯片由8個(gè)功能模塊組成，其中3個(gè)是接口模塊，另5個(gè)是數字信號處理模塊。接口模塊包括數字視頻輸入I/O接口（Digital Video I/O Port）、主機 I/O接口(Host I/O Port)和外部DRAM存儲管理器（External DRAM Manager）；5個(gè)數字信號處理模塊是小波核（Wavelet Kernel）、片內變換緩沖器（On-Chip Transform Buffer）、可編程量化器（Programmable Quantizer）、游程編碼器（Run Length Coder）和Huffman編碼器（Huffman Coder）。 3 ADV611編解碼方案的實(shí)現 作為一種通用的VLSI芯片，ADV611在設計時(shí)充分考慮到兼容性和使用的方便性。支持PHILIPS公司生產(chǎn)的SAA系列視頻芯片、BROOKTREE公司的BT系列以及Raytheon等公司的視頻芯片。ADV611既可以與微型機直接連接，也可以工作在脫機條件下。ADV611的一個(gè)典型應用如圖2所示。 3.1 在微機系統中的應用 ADV611的許多優(yōu)越性能能夠在計算機應用系統中得到實(shí)現，如圖3所示，只要附加一片 SAA7111就可實(shí)現復合視頻信號的數字化、壓縮和存儲。ADV611與主機的接口有：32位數據總線(xiàn)（D0～D31）、兩位地址線(xiàn)（ADR0、 ADR1）、片選信號/CS（通過(guò)譯碼器實(shí)現）、讀寫(xiě)信號（/RD、/WR）以及具體主機跟ADV611之間的握手信號。 3.2 在脫機狀態(tài)下的應用 視頻圖像編解碼除了可以通過(guò)微機平臺實(shí)現外，還可以運用以DSP為主的微處理器控制對圖像的壓縮解壓縮。ADV611本身已集成了圖像編解碼的算法，利用高速DSP對圖像壓縮的效果進(jìn)行實(shí)時(shí)調節，控制數據速率和圖像數據的傳輸，可以方便地設計一種脫機圖像系統，如圖4所示。通過(guò)主機接口DSP對ADV611進(jìn)行控制和BW量值計算。 4 結束語(yǔ) 如上所述，ADV611要實(shí)現7500：1的視頻壓縮比，其理論依據是小波變換。為了獲得最大的壓縮效率 ，就必須要充分掌握小波濾波器的結構和性能。此外，ADV611具有ADV601所沒(méi)有的功能——區域高清晰度框的控制，可以對傳輸圖像進(jìn)行重點(diǎn)截取，進(jìn)一步提高壓縮率。在通常閉路電視或監控系統的應用中，往往并不要求視頻圖像的連續顯示，因此可以對幀速率進(jìn)行壓縮，如可把幀速率降到一秒一場(chǎng)，這在大多數場(chǎng)合是允許的。下面以A/D變換后速率為167Mbit/s的NTSC數字視頻信號為例，說(shuō)明進(jìn)行ADV611硬件壓縮到速率為25kbit/s的壓縮方法： ·圖像的小波變換、自適應量化和Huffman編碼壓縮到250：1 ·幀速率壓縮到1 frame/s ·區域高清晰度框的尺寸小于整幅圖像的1% ·背景對比度衰減18dB |
