嵌入式DSP上的视频编解码

    随着数字多媒体的应用日渐遍及，视频解码 在嵌入式体系计划中变成一个根本要素。视频标准有多种，依赖于产品可实行此中的一个大概多个标准。固然这不是全部，视频仅仅是多媒体码流的一部分，别的还 有音频大概语音必要并行处理惩罚。因此，一个正确的处理惩罚存储或数据流的同步层是必须的。别的，视频解码本身对性能请求较高，必要差别于先前基于语音和信息应用 的体系架构；这就对便携体系提出了特别挑衅，而桌面应用同样面对这些题目。

    通用视频标准和编解码器

    连合视频组(Joint Video Team, JVT)由ITU的视频编码专家组(Video Coding Experts Group, VCEG)和ISO/IEC活动图像专家组(Moving Picture Experts Group, MPEG)构成。VCEG开辟志愿性标准，用于会话和非会话类音/视频应用的先辈移动图像编码。MPEG开辟国际标准，用于移动图像、音频及两者组合的压 缩、编码、解压缩、处理惩罚等，以餍足种种应用。总之，JVT已经开辟了包括ITU H.262/MPEG2和H.264/MPEG-4 AVC在内的最盛行的视频标准。

    MPEG-2 Video/H.262：MPEG2(ISO/IEC 13818-2)，也被称为ITU-T H.262，是如今斲丧类电子视频配置中利用最遍及的视频编码标准。MPE2视频用于数字电视广播：包括地面、电缆和直接卫星广播。它能在25fps (Pal)大概30fps(NTSC)的牢固帧率下到达720x576象素成像。别的，它也是DVD视频中必须的编解码器。

    MPEG-4-SP/ASP： ISO/IEC 14496-2形貌了MPEG4大略类(Simple Profile, SP)/高级大略类(Advanced Simple Profile, ASP)。此中，SP用于下一代便携式终端和窄带互联网。而ASP增长多少东西，编码服从进步了1.5到2倍。他们两个均在市场上得到越来越多的担当

    MPEG-4-AVC/ITU-T H.264：先辈视频编码(AVC)是由ISO/MPEG和ITU-T连合技能委员会开辟的多媒体标准。AVC提供更高的压缩率，更好的视频质量和比MPEG2更高的容错性，有望用于互联网广播和移动通讯。

    Windows Media Video(WVM)/SMPTE VC-1：WMV9是微软的多媒体标准，其特性包括支持流处理惩罚，可变比特率，以及与MPEG-4-AVC/H.264相媲美的容错东西。除了用于家庭电 脑，WMV9如今也在影戏院用于数字投影。影戏中利用的编码可以是7~12Mbps的恒定比特率CBR或可变比特率VBR，并到达DVE分析度 (720x480)。

   应用方案

    特定的目标应用决定了体系请求，因而发动了体系计划的选择。

   个人私家 媒体播放器(PMP)：个人私家媒体播放器是带大容量存储器的便携式配置，通过对存储的文件举行解码，可以寓目视频、听音频大概欣赏数码照片。由于是便携式播 放器，因此功耗至关紧张。既然编码和流处理惩罚成果都不必要，并且屏幕尺寸通常是比较小的QVGA大概CIF格局，其可通过基于DSP的 方案很好的办理。采取DSP的上风还在于可轻松支持多种视频和音频标准。比方：LSI针对高性能嵌入式体系的可授权DSP核ZSP500，可为此类应用提 供富裕的视频处理惩罚本领。别的，ZSP500还可以提供精良的音频解码本领，使DSP可在较低的频率下运行；从而使音频/视频子体系功耗很低。而存储器、键 盘、表现和文件体系可通过微控制器实行。

图：标准视频编解码器的时间表。

    当 然，某些PMP具备把播放器连接到平凡电视机的视频输出成果。固然PMP集成的表现屏幕相对较小，但如今的视频解码尺寸通常到达D1格局。依据播放器的功 能列表请求，配置必要集成1个大概多个视频解码标准；对付在电视帧率(25-30帧/秒)下D1格局视频解码，硬件视频解码器是最佳选择。多个视频解码标 准大概必要多个硬件模块。实行多个解码标准会进步体系本钱，但不会进步功耗，由于同临时间只有一个模块会被激活。多标准音频解码可在小而高效的嵌入式 DSP核中实现，而无需增长分外的硬件本钱(存储解码器的空间除外)。而微控制器将用于控制DSP和视频硬件解码器。

   当仅用于播放音频时— 如典范的MP3播放器，也可利用单DSP办理方案。此体系中DSP举行音频解码、文件/流数据处理惩罚，还同时控制键盘、表现屏和存储器等。由于DSP处理惩罚音 频解码更为高效，因此利用如ZSP400 DSP而非微控制器可以明显低落功耗。别的，基于DSP的办理方案可举行软件升级，以支持运算更为麋集的音频标准(比如aac Plus)，此时微控制器大概无法处理惩罚分外增长的负荷。

    视频移动德律风：该类应用的视频尺寸是QCIF大概CIF，帧率从10到30帧每秒。 是否必要支持多种视频/音频解码标准取决于德律风的成果请求。视频将是流视频大概短的视频序列回放。通过软件解码而无需分外硬件，既可餍足这些配置的性能要 求。并且大多数的德律风集成了微控制器和DSP，因此视频解码可通过DSP实现，这也使得低功耗精良体系成为大概。别的一些德律风大概包括PMP大概数码摄像 机的一些成果，单纯的DSP计划方案无法餍足请求，这就必要分外的硬件加快。

   视频桌面德律风：该配置提供视频集会成果，必要在强及时限定下完 成编解码。要是帧尺寸和帧率有限，单DSP办理方案仍旧可行。然而，大部分桌面德律风具备QVGA大概更大的表现屏；别的，用户通常盼望有比无线移动配置更 佳的语音/视频质量。这意味帧率应当更高，失帧率/卡帧率应当尽大概低，此时大概必要采取硬件办理方案完成视频编解码。语音编解码可通过低本钱的DSP (如ZSPneo)大概体系中的微控制器实现。

   移动数码摄像机(DVR)：对付该类配置，多标准编解码没有须要，大多数仅利用单一视频编解码标准。由于大尺寸，高帧率和低功耗的苛刻请求，纯硬件办理方案通常是首选。而不必要DSP，此时体系微控制器用于驱动视频和音频硬件模块。

    机 顶盒：机顶盒必要完成高质量视频流的处理惩罚和已录制的视频文件的解码。同DVR一样，视频质量的请求(帧尺寸，帧率，比特率和容错本领)使其险些只能通过硬 件解码来举行。固然，由于不像移动配置对功耗请求那样苛刻，也可采取多DSP核共同一些根本的硬件加快的方案来计划可处理惩罚种种视频编解码器的体系。根据功 能请求，机顶盒大概必要肯定的机动性：尤其是将其用于媒体播放器、数字VCR或网络流媒体范畴。这时可用DSP中的软件处理惩罚音频。为了实现这种机动性，要 选择差别的编解码器完成回放、编码、译码等成果，此时用于音频处理惩罚的DSP将会是如ZSP500如许的高性能处理惩罚器，以实现迎百口庭影院最新潮流的围绕 声、声音处理惩罚等成果请求。

   根本计划配置

   针对本文宗旨，我们可以思量以下4种根本计划配置：第一种计划包括1个 微控制器和1个DSP(MC+DSP)；第二种计划包括1个微控制器和1个DSP，但是DSP同时也控制1个视频编码/解码硬件模块(MC+[DSP+ VHW])；第三种计划利用1个微控制器，DSP和视频编码/解码硬件模块(MC+DSP+VHW)，在该计划中微控制器控制DSP和视频硬件模块；末了 一种计划包括1个微控制器，1个视频编码/解码硬件模块，1个音频编码/解码硬件模块(MC+VHW+AHW)。在上述种种计划中，微控制器认真典范的嵌 入式控制任务：包括用户控制连接(如利用杆控制)，USB/UART/以太网驱动，协议层(如TCP/IP, HTTP)等。

表：种种视频格局的典范带宽。

   MC+DSP－微控制器和DSP用于低视频分析度(CIF)，软件可升级，支持多种音、视频标准的体系。DSP用于音频解码，视频解码和音/视频同步。固然性能有限，但体系非常机动，此平台可轻松实现多种音频和视频解码格局支持。

   MC +[DSP+VHW]—该视频硬件模块用于高分析度视频编/解码。DSP办理音频编/解码，也认真音/视频同步，同时也能用于画中画大概其他视频叠加功 能。该体系的一个上风是音频/视频子体系可计划为一个标准的多媒体编/解码器，可轻松植入体系而不会增长太多的巨大性。DSP是体系多媒体部分的控制器。 由于多媒体编/解码体系与微控制体系的连接很疏松，因此其可以或许被轻松整合进浩繁现有微控制器体系中，从而使这个方案具备相称吸引力。该编/解码体系可被当 作一个具有标准本地总线接口的ASSP产品。

    MC+DSP+VHW-在该配置中，DSP用于音频编/解码，而微控制器用于实现音/视频同 步。这就必要更巨大的微控制器计划，但可采取与MC+[DSP+VHW]体系相比功耗、本钱都更低的DSP。由于微控制器必须和谐DSP和VHW，同时还 要实行别的的控制任务以及全部的和谐操纵，因此该方案实现困难很多。

   该配置的一个变种是由DSP实行视频解码、音频编/解码，而视频编码仍旧由硬件实行，这必要一本性能强大的DSP，但会使体系机动性更强，并支持多种视频解码标准。

   MC +VHW+AHW-在该配置中，微控制器实行除音、视频编/解码外的全部任务。音/视频同步也由微控制器实行。该办理方案除音频子体系机动性较差(仅能执 行原始计划中的音频编解码器而不克不及软件升级)外，和MC+DSP+VHW很相象。其长处在于它能与特定应用共同，与种种前述方案相比具有最佳的功耗。

   本文小结

   嵌入式体系的计划取决于特定的目标应用。软件机动性、功耗和性能的综合思量决定最佳配置方案。应用很遍及，办理方案则反应了差别应用的需求。一些应用必要低 功耗而其他必要机动性和/或高性能。DSP可提供精良的性能和低功耗，同时可增长机动性；美满得当于种种应用。由于整个多媒体办理方案(音/视频编解码和 音/视频同步)可作为单一模块轻松集成至现有和新体系中；这将使大量巨大题目得到一次性办理并在以后可多次重用，从而低落了利用多媒体模块的体系的开辟成 本和总体开辟时间。