德州儀器的數(shù)字視頻編解碼器的應(yīng)用

數(shù)字教育平臺(tái)為了滿足o型制造商對(duì)更多功能、更高性能的需求，德州儀器（ti）使用先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理器（sd）技術(shù)，為開發(fā)人員提供了基于z和每件的更高級(jí)的解決方案。以達(dá)芬奇技術(shù)為基礎(chǔ),TI正致力于提供更先進(jìn)的產(chǎn)品開發(fā)工具和更高水平的技術(shù)支持。其首批處理器TMS320DM6446與TMS320DM6443堪稱名符其實(shí)基于創(chuàng)新型DSP的片上系統(tǒng)(SoC),而且具備專用于加速數(shù)字視頻應(yīng)用的集成式協(xié)處理器引擎。但是,達(dá)芬奇技術(shù)不僅僅包含傳統(tǒng)的開發(fā)工具和應(yīng)用支持套件,還可以滿足開發(fā)人員快速、輕松實(shí)現(xiàn)數(shù)字視頻的基本軟件需求。這種策略的目標(biāo)是將數(shù)字視頻推向組件級(jí),從而使開發(fā)人員能夠在無(wú)需任何DSP代碼編程的情況下也能為應(yīng)用引入數(shù)字視頻功能。這一切得益于應(yīng)用編程接口(API),因?yàn)殚_發(fā)人員無(wú)需手動(dòng)編碼和優(yōu)化匯編級(jí)代碼,而是通過(guò)API實(shí)施數(shù)字視頻,這就顯著降低了設(shè)計(jì)復(fù)雜性。換言之,達(dá)芬奇技術(shù)使開發(fā)人員能夠以最低設(shè)計(jì)投資實(shí)現(xiàn)最佳的創(chuàng)新功能和高性能的數(shù)字視頻能力。視頻應(yīng)具有三種基本功能開發(fā)人員目前所面對(duì)的主要設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)之一是準(zhǔn)確確定數(shù)字視頻的內(nèi)涵。例如,數(shù)字視頻編碼可以采用不同格式:MPEG-2,MPEG-4,WindowsMediaVideo(WMV),DivX,H.264,H.263。數(shù)字視頻的存儲(chǔ)可以采用各種機(jī)制:非易失存儲(chǔ)器,如便攜閃存;本地硬盤;遠(yuǎn)程服務(wù)器;固定媒體,如DVD或VCD;遠(yuǎn)程設(shè)備,如相機(jī)或個(gè)人媒體播放器。數(shù)字視頻可以采用數(shù)種訪問(wèn)方式:固定文件,廣播媒體,實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流,非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流,固網(wǎng),無(wú)線網(wǎng)絡(luò)?？梢酝ㄟ^(guò)多種方式處理內(nèi)容,以使內(nèi)容:擴(kuò)展至多個(gè)視角;針對(duì)不同編解碼器進(jìn)行碼制轉(zhuǎn)換,以便使用非兼容設(shè)備播放;存儲(chǔ)到非易失存儲(chǔ)器或硬盤,以便隨后播放;使用對(duì)象識(shí)別和跟蹤技術(shù)進(jìn)行分析,以便用于實(shí)時(shí)安全應(yīng)用。集成了數(shù)字視頻功能的最佳應(yīng)用應(yīng)當(dāng)能夠支持各種變化形式的視頻功能,因?yàn)橛脩舨幌Ｍ谝曨l交互地點(diǎn)和方式方面受到限制。事實(shí)上此類細(xì)節(jié)對(duì)用戶是透明的。盡管用戶不希望對(duì)具體視頻流的來(lái)源費(fèi)心,但是從實(shí)施角度來(lái)看數(shù)字視頻設(shè)備需要理解各種視頻源和目的地之間的差異,因?yàn)槊糠N機(jī)制都具有不同優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì),而其直接影響視頻質(zhì)量和視頻流的最佳處理方式。例如,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)囊曨l需要在不影響視頻質(zhì)量情況下容許抖動(dòng)和時(shí)延。以無(wú)線方式傳輸?shù)囊曨l容易出現(xiàn)丟包現(xiàn)象,而且也必須能夠根據(jù)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)條件對(duì)數(shù)據(jù)速率進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。由于無(wú)法重新傳輸壞幀,因此通過(guò)天線接收的廣播視頻必須具備糾錯(cuò)機(jī)制。即使簡(jiǎn)單的DVD讀取也必須考慮DVD表面的劃痕,因?yàn)樗鼈兛赡軙?huì)導(dǎo)致讓人無(wú)法忍受的畫面定格和無(wú)數(shù)次重讀。上述各種情況下的問(wèn)題都相當(dāng)復(fù)雜,而且實(shí)現(xiàn)它們也不能說(shuō)微不足道。除此之外,用戶希望這些問(wèn)題都能得到解決,而且并不認(rèn)為實(shí)現(xiàn)這些功能是產(chǎn)品的什么新奇之處。現(xiàn)在的開發(fā)人員沒(méi)有足夠的帶寬來(lái)容納這些變化,因?yàn)閷?shí)施細(xì)節(jié)已占用大量帶寬。避免任何難題這正是API的用武之地。通過(guò)從應(yīng)用使用中抽取實(shí)施細(xì)節(jié),API使開發(fā)人員能夠集中精力實(shí)施應(yīng)用開發(fā),而無(wú)需將大量時(shí)間用于考慮具體實(shí)施問(wèn)題。例如,從應(yīng)用角度來(lái)看,開發(fā)人員只需考慮視頻流的訪問(wèn)。利用API,只需通過(guò)GetVideo()如此簡(jiǎn)單的函數(shù)調(diào)用即可實(shí)現(xiàn)上述目的。GetVideo()函數(shù)包含此例中涉及檢索下一幀視頻的所有復(fù)雜細(xì)節(jié)。值得注意的是,這實(shí)際上并不能避免任何難題。GetVideo()的首要任務(wù)是明確視頻來(lái)源,然后著手所有復(fù)雜的實(shí)施細(xì)節(jié)。API的任務(wù)是將復(fù)雜性封閉在應(yīng)用層。這樣,應(yīng)用能以各種來(lái)源訪問(wèn)視頻流,而不管其實(shí)施差異,不用大幅修改應(yīng)用程序代碼。這是達(dá)芬奇技術(shù)和集成組件的主要價(jià)值定位之一。通過(guò)提供必要的軟件和API基礎(chǔ)架構(gòu),達(dá)芬奇API使開發(fā)人員能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的函數(shù)調(diào)用實(shí)現(xiàn)數(shù)字視頻。開發(fā)人員無(wú)需為編解碼器的實(shí)施細(xì)節(jié)煩心。他們能夠利用現(xiàn)成的驅(qū)動(dòng)程序與編解碼器,而無(wú)需花費(fèi)數(shù)月時(shí)間設(shè)計(jì)算法以及針對(duì)特定平臺(tái)和應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化,同時(shí)可以把精力和開發(fā)資源投入到能夠真正增值的應(yīng)用層軟件上。為了保護(hù)OEM廠商的代碼投資,API另外還為他們提供關(guān)鍵的保障。通過(guò)提高代碼的可移植性,API可以實(shí)現(xiàn)跨產(chǎn)品的平穩(wěn)過(guò)渡。開發(fā)人員不但可以在初始和后續(xù)設(shè)計(jì)過(guò)程中更迅速進(jìn)入市場(chǎng),而且還能夠輕松兼容不斷變化和演進(jìn)的多媒體格式。TI及其合作伙伴將確保達(dá)芬奇驅(qū)動(dòng)程序和編解碼器采用最新的標(biāo)準(zhǔn),保證開發(fā)人員通過(guò)使自己的設(shè)計(jì)支持最新、最流行的多媒體格式而獲得最大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。另外,由于格式的實(shí)施細(xì)節(jié)包含在底層驅(qū)動(dòng)程序的API之中,開發(fā)人員無(wú)需對(duì)此煩心。開發(fā)人員任何時(shí)候都不需要了解如何為DSP編程,也不需要了解基于硬件的復(fù)雜的視頻加速引擎,只用一門心思地充分利用達(dá)芬奇器件的高性能特性。強(qiáng)大的數(shù)字視頻引擎達(dá)芬奇技術(shù)為簡(jiǎn)化數(shù)字視頻實(shí)施所提供的一大要素是采用現(xiàn)有成熟標(biāo)準(zhǔn)和進(jìn)程。TI不要求開發(fā)人員熟悉所有專用API,而是使達(dá)芬奇技術(shù)以Linux開發(fā)人員已經(jīng)熟悉的Linux驅(qū)動(dòng)程序?yàn)榛A(chǔ)。達(dá)芬奇技術(shù)目前支持基于MontaVista公司MontaVista專業(yè)版的Linux2.6.10。從互連角度來(lái)看,利用標(biāo)準(zhǔn)API調(diào)用可以執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)通信操作,如:打開、關(guān)閉、讀出和寫入。這樣,開發(fā)人員就能夠簡(jiǎn)單明了地訪問(wèn)豐富的外設(shè)和視頻源,而無(wú)需重新開發(fā)自己的接口。另外,對(duì)于基于存儲(chǔ)的外設(shè)而言,開發(fā)人員可以通過(guò)文件系統(tǒng)界面存取數(shù)據(jù),從而進(jìn)一步簡(jiǎn)化數(shù)字視頻開發(fā)過(guò)程。用于達(dá)芬奇技術(shù)、基于Linux的視頻驅(qū)動(dòng)程序使開發(fā)人員能夠完全訪問(wèn)和控制視頻功能,而不需要成為數(shù)字視頻或DSP方面的專家。開發(fā)人員利用API可以在不進(jìn)行復(fù)雜編程的情況下根據(jù)具體應(yīng)用的需求配置基于硬件的視頻引擎。例如,開發(fā)人員可以設(shè)置參數(shù),以便調(diào)整圖像尺寸、每像素位數(shù)、刷新頻率和調(diào)色板(colormappalette),以及管理幀緩沖器和達(dá)芬奇處理器的屏幕菜單式調(diào)節(jié)(OSD)功能(該功能使開發(fā)人員能夠在視頻上疊加文字、圖像并能為畫中畫功能疊加多個(gè)視頻流)。此外,達(dá)芬奇的音頻驅(qū)動(dòng)程序也可提供豐富的功能,如錄制、播放和實(shí)現(xiàn)多種采樣頻率(8KHz、16KHz、22KHz、44.1KHz、48KHz與96KHz)。此外,每種功能實(shí)施背后的復(fù)雜細(xì)節(jié)均由通過(guò)通用LinuxAPI訪問(wèn)的底層驅(qū)動(dòng)程序處理,因此對(duì)開發(fā)人員是完全透明的。TMS320DM644x器件的計(jì)算資源采用最佳方式實(shí)現(xiàn),無(wú)需開發(fā)人員進(jìn)行任何編程。其中包括復(fù)雜的操作,如優(yōu)化利用DSP資源與硬件加速引擎、為了提高數(shù)據(jù)傳輸效率以連鎖模式利用增強(qiáng)型直接存儲(chǔ)器存取(EDMA)外設(shè)、以及為了靈活地滿足不同應(yīng)用需求以Interrupt而非Tasklet模式進(jìn)行數(shù)據(jù)包處理。標(biāo)準(zhǔn)接口的視頻存儲(chǔ)以家庭媒體網(wǎng)關(guān)為例——其允許用戶播放各種來(lái)源的視頻,包括通過(guò)以太網(wǎng)連接的PC、通過(guò)USB2.0連接的相機(jī)以及通過(guò)ATA連接到硬盤的文件存儲(chǔ)器。由于達(dá)芬奇技術(shù)是基于標(biāo)準(zhǔn)Linux驅(qū)動(dòng)程序之上,因此用于視頻數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序代碼在視頻源打開之后可以像上述各種情況下的文件傳輸一樣簡(jiǎn)單:顯示H.264視頻的HDD偽代碼示例:這就是訪問(wèn)各種來(lái)源的視頻的全部代碼。重要的是,同樣的代碼可以用于各種情況,從而使應(yīng)用程序代碼具有靈活性和多功能性。在確定數(shù)字視頻的目的地時(shí)上述靈活性同樣至關(guān)重要。以機(jī)頂盒為例,其可直接連接家庭影院監(jiān)視器或PC屏幕,或者可以向個(gè)人媒體播放器下載內(nèi)容。每種顯示器都具有不同的分辨率,而且可能不支持接收視頻的原始格式。同樣,在視頻源打開并且配置之后,應(yīng)用程序代碼就簡(jiǎn)單明了:修改顯示尺寸的偽代碼示例:由于達(dá)芬奇技術(shù)采用了業(yè)界流行的API,因此高級(jí)視頻功能的實(shí)施同樣極為簡(jiǎn)單。例如,時(shí)移(Time-shifting)功能使觀眾能夠在泡茶或接電話時(shí)暫停實(shí)時(shí)視頻源的播放。因此,時(shí)移功能要求把實(shí)時(shí)視頻存儲(chǔ)到硬盤而不是立即播放,從而使用戶不錯(cuò)過(guò)任何節(jié)目。當(dāng)用戶繼續(xù)播放時(shí),設(shè)備在播放已經(jīng)保存的視頻時(shí)必須繼續(xù)把進(jìn)入的視頻存儲(chǔ)到硬盤上(即:視頻的同時(shí)編解碼)。應(yīng)用程序代碼與前面的例子一樣簡(jiǎn)單明了:用于暫停與繼續(xù)視頻播放的偽代碼示例:fpga模塊達(dá)芬奇的靈活性來(lái)自于其可編程架構(gòu)。例如,TMS320DM644x就是一種雙核ARM可編程架構(gòu)具有非常顯著的優(yōu)勢(shì)。雖然ASIC提供完整實(shí)施,但它們只能夠用于單個(gè)產(chǎn)品。另外,如果產(chǎn)品規(guī)格不斷變化,就必須重新設(shè)計(jì)ASIC,而這是一個(gè)費(fèi)時(shí)費(fèi)錢的過(guò)程。盡管FPGA提供充分的可編程處理能力,但是它們遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能提供完整的實(shí)施,實(shí)際上帶來(lái)的是十分低下的設(shè)計(jì)效率,因?yàn)殚_發(fā)人員必須在另外一種獨(dú)立的硬件開發(fā)環(huán)境中工作。達(dá)芬奇技術(shù)兼具這兩種方案的優(yōu)勢(shì)。由于其架構(gòu)對(duì)于ARM和DSP核心均具備可編程性,開發(fā)人員能夠通過(guò)代碼和驅(qū)動(dòng)程序?qū)⑾到y(tǒng)保持在最新、最優(yōu)狀態(tài)。由于必要的API代碼和驅(qū)動(dòng)程序是由TI及其合作伙伴提供的,因此數(shù)字視頻實(shí)施具有完整性。憑借達(dá)芬奇處理器的可編程性,基于單個(gè)應(yīng)用開發(fā)的IP能夠得到重復(fù)利用。而對(duì)于ASIC,系統(tǒng)支持的每個(gè)編解碼器都需要單獨(dú)的硬件。由于DM644x的可編程性,相同的硬件資源可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置,以支持適時(shí)所需的任何編解碼器,從而可以保護(hù)和最大程度地利用硬件資源,盡可能降低系統(tǒng)成本。linux基石隨著低成本芯片的充足供應(yīng),數(shù)字視頻將迅速成為消費(fèi)類與嵌入式電子產(chǎn)品市場(chǎng)中突顯產(chǎn)品特色的一項(xiàng)功能。為了保持競(jìng)爭(zhēng)力,開發(fā)人員需要能夠以盡可能快的速度、盡可能高的效率在設(shè)計(jì)中引入數(shù)字視頻功能。由于基于SoC技術(shù)的先進(jìn)芯片是實(shí)現(xiàn)數(shù)字視頻上市的要素,因此,如果離開適當(dāng)?shù)能浖ぞ吲c全面的集成軟件,開發(fā)人員就不得不把大量設(shè)計(jì)資源投入到開發(fā)基本數(shù)字視頻功能的艱巨任務(wù)中,而無(wú)法集中力量增加應(yīng)用層的價(jià)值。借助高級(jí)Linux支持、業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)API及可用