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近年來(lái)多媒體技術(shù)得到了廣泛的應用，在消費類(lèi)和通信類(lèi)產(chǎn)品中占據了越來(lái)越多的比重。多媒體技術(shù)得以廣泛應用的一個(gè)重要基礎是數字圖像和數字視頻的壓縮編碼技術(shù)的突破，使得原來(lái)無(wú)法廉價(jià)地存儲、處理和傳輸的大數據量信息得到有效的利用。因此靜止圖像和視頻圖像的壓縮編碼技術(shù)，是多媒體產(chǎn)品中的一個(gè)非常關(guān)鍵的技術(shù)，也是近十多年學(xué)術(shù)和工業(yè)界非常關(guān)注的熱點(diǎn)領(lǐng)越，發(fā)展非常地迅速，應用范圍迅速地擴張。 為了規范多媒體信息的表示，使各生產(chǎn)商的產(chǎn)品可以互相兼容，使工業(yè)界采用盡可能先進(jìn)的技術(shù)，一些國際組織結合學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的成果，制定了一系列關(guān)于多媒體應用的標準，表1列出了有關(guān)圖像、視頻和多媒體終端的幾個(gè)典型標準。 由于多媒體技術(shù)是發(fā)展中的新型技術(shù)，各種技術(shù)和標準的更新?lián)Q代十分迅速，新標準不斷出現替代舊的標準，一些標準即使沒(méi)有被替換，自身也在進(jìn)行不斷的更新和補充，這給產(chǎn)品的設計帶來(lái)困難。對實(shí)現一個(gè)標準的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，采用專(zhuān)用芯片來(lái)實(shí)現往往是最經(jīng)濟的，但專(zhuān)用芯片一般不可編程。當一個(gè)標準被替換或更新后，原來(lái)的專(zhuān)用芯片不再可用，要重新設計新的硬件系統，因此一些多媒體產(chǎn)品不但更新?lián)Q代十分地快，而且，后續的維護工作也非常困難。 對許多應用來(lái)講，用戶(hù)希望產(chǎn)品的生命期長(cháng)一些，某些平臺能夠通過(guò)軟件升級進(jìn)行更新?lián)Q代，這就要求系統的硬件平臺是可編程的。通用處理器是可編程的，但因功耗大，系統利用率不高，不太適合于專(zhuān)用設備的平臺；而單片機和一般的嵌入式處理器因為運算能力較弱，也難以擔負起可編程多媒體處理平臺的任務(wù)。數字信號處理器因其運算能力強、功耗低成為可編程多媒體系統最合適的硬件平臺。 傳統的數字信號處理器（DSP）是為一般的信號處理設計的通用接口，因此，其外圍接口并不直接適用于多媒體系統的應用，但由于多媒體信號種類(lèi)多，有些接口時(shí)序復雜（如模擬視頻信號），利用外部可編程器件（FPGA，CPLD等）設計的多媒體信號接口增加了系統的復雜性，降低了系統的可靠性，增加了系統成本。因此，為了適應多媒體應用的需要，近年一些主要的DSP廠(chǎng)家專(zhuān)門(mén)設計了針對多媒體應用的DSP，稱(chēng)之為媒體處理器（Media Signal Processor：MSP）。MSP不但集成了適合于多媒體信號的各種信號接口，也設計了適用于多媒體通信的接口，并且在CPU內部附設了專(zhuān)用于視頻或圖像處理的輔助單元，是一種非常理想的適用于多媒體產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的可編程硬件平臺。 目前，已有多個(gè)廠(chǎng)家生產(chǎn)MSP，其中包括TI、Philips和Equator等，并有多個(gè)系列產(chǎn)品問(wèn)世。本文將對TI生產(chǎn)的通用MSP系列DM64X進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，使讀者了解MSP的基本結構和應用。 MSP也可以分為兩類(lèi)，一類(lèi)是針對專(zhuān)用設備設計的，接口都已經(jīng)專(zhuān)門(mén)化，例如TI針對數碼相機設計的專(zhuān)用處理器；另一類(lèi)是通用MSP，支持比較寬的多媒體應用，基本包括了多媒體應用所需的各類(lèi)接口，DM64X就是這種通用MSP，下文以DM642為例，介紹其功能。圖1是DM642的結構框圖。 圖1 TMS320DM642結構圖 由圖中可以看出，DM642片上包含了如下接口： 三個(gè)可配置的視頻接口，可以和 視頻輸入，輸出或傳輸流輸入無(wú) 縫連接。 VCXO 內插控制端口(VIC) 10/100Mbps以太網(wǎng)口(EMAC) 數據管理輸入輸出模塊(MDIO) 多通道音頻串行端口(McASP) I2C(Inter-integrated circuit)總線(xiàn) 模塊 兩個(gè)多通道有緩存的串口 (McBSPs) 三個(gè)32-bit通用定時(shí)器 用戶(hù)可配置的16-bit或32-bit的 主端口接口(HPI16/HPI32) 66Mhz32-bit的PCI接口 通用I/O端口(GPIO) 64-bit的外部存儲單元接口，支持 和同步或異步存儲單元的連接 這些接口基本上提供了設計多媒體系統所需要的外部接口。同時(shí)，DM642還針對圖像和視頻處理優(yōu)化其中央處理器（CPU），包括為了滿(mǎn)足視頻和圖象處理的需要，采用VelociTI體系結構。該MSP還采用高級超長(cháng)指令字結構，使得在一個(gè)指令周期能夠并行處理多條指令。 DM642 CPU的組成部分： 兩個(gè)通用寄存器組(A和B，各32 個(gè)32-bit通用寄存器) 8個(gè)功能單元(.L1，.L2，.S1，.S2，. M1，.M2，.D1，.D2) 兩個(gè)從內存讀數據的數據通道 (LD1和LD2) 兩個(gè)寫(xiě)內存的數據通道(ST1和 ST2) 兩個(gè)數據地址通道(DA1和DA2) 兩個(gè)寄存器組數據交叉通道(1X 和2X) DM642的這些功能，使得它非常合適作為多媒體硬件平臺，基于它的各種應用系統已經(jīng)出現或正在開(kāi)發(fā)中，圖2中，可以看到一個(gè)基于DM642的網(wǎng)絡(luò )視頻監控終端的設計例子。 圖2 遠程視頻監控系統原理框圖 此系統各單元的主要功能如下。 視頻采集模塊：將從攝像頭采集的視頻流，通過(guò)解碼芯片，得到原始YUV視頻流，送入DM642的視頻端口。 視頻編碼模塊：片上可運行視頻標準H.264編解碼器。這是當前最新一代的視頻編碼標準，具有壓縮比高，視頻質(zhì)量好，抗誤碼能力強，魯棒性高，適宜網(wǎng)絡(luò )傳輸等特點(diǎn)。 此外，該編碼器還提供性能良好的碼率控制功能，能夠向網(wǎng)絡(luò )傳輸速率穩定的碼流。 網(wǎng)絡(luò )傳輸模塊：DM642提供10M/100M以太網(wǎng)借口，編碼模塊得到的編碼后碼流，經(jīng)過(guò)本模塊，由網(wǎng)絡(luò )傳輸到遠程網(wǎng)絡(luò )終端。 視頻回放模塊：將解碼器得到的實(shí)時(shí)重建視頻流，通過(guò)DM642提供的視頻接口輸出，并通過(guò)編碼芯片，將重建視頻流轉換成NTSC/PAL制，由電視回放，可以看到重建視頻效果。 嵌入式控制模塊：該模塊以一個(gè)SOC為核心，通過(guò)PCI總線(xiàn)和DM642相連，實(shí)現一些控制功能，如實(shí)現硬盤(pán)讀寫(xiě)、用戶(hù)界面管理和對整個(gè)系統的控制工作。 由于DSP的可編程性，本系統的核心編解碼算法可以方便的進(jìn)行修改，移植和升級工作。此外，本系統結合DM642以及H.264的先進(jìn)性，具有視頻壓縮比高，主觀(guān)質(zhì)量好，體積小，功耗低等特點(diǎn)。 本文討論了采用MSP實(shí)現多媒體產(chǎn)品設計存在的優(yōu)點(diǎn)，并列舉了實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明，在現有技術(shù)尚在快速發(fā)展的過(guò)程中，MSP技術(shù)有其獨特的優(yōu)點(diǎn)。 |
