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基于dsp的实时视频压缩系统的开发
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  随着计算机技术和数码科技的发展,人们不再满足于只用简单的文字、声音进行交流,逐渐趋向于用图、文、声、动画、视频等多种媒体进行综合交流。可以预见,在二十一世纪里,视频将成为一种应用十分广泛的媒体,因此,开发视频技术相关的产品是非常有前景的。

  上海汉唐科技有限公司是一家致力于MPEG-4核心技术软硬件应用产品开发的高科技企业,其MPEG-4技术在国内处于领先水平。公司最初的业务是向国内外知名大公司如微软、中兴等出售流媒体播放技术解决方案。近年来,随着公司的发展,接纳了国内不少流媒体业务,逐渐成为国内MPEG-4流媒体领域的一支新秀。

  除了多媒体视频流压缩解压方案的开发外,公司还花了大力气进行硬件实时视音频压缩系统的研发。现已在两个DSP硬件平台上移植了MPEG-4核心技术,一种是TI公司的TMS320C62芯片,另一种是Philips公司推出的TriMedia TM-1300芯片。两种DSP各有特点:TI的DSP芯片属于通用型DSP,由于TI的技术支持工作做得较为出色,该类芯片占有全球DSP市场最大销售额,相关书籍和开发资料较丰富,网上的相关论坛也较多;TriMedia芯片是专用于视音频处理压缩的DSP芯片,提供了大量多媒体处理相关的特殊指令,片内还集成了两个协处理单元,给MPEG-4视音频压缩算法的移植带来了方便。

  汉唐公司有望在短期内推出基于MPEG-4核心技术的硬件多媒体压缩解压产品。根据公司的市场调查,该领域各种应用型产品如远程监控系统、远程实时播放系统、有线电视视频解压机顶盒社会需求量巨大。公司希望在自身发展壮大的同时,促进民族高科技产业的兴旺发达。

  硬件实时视音频压缩系统研发情况:

  (1)基于TMS320C6201 DSP芯片的视频监控系统

  该系统由监控端摄像头、实时视频采集压缩板、远程接收主机组成。其实现方框图如下图所示(其中1-4为四路视频输入,粗线包围起来的部分为视频采集压缩板的框图):



  视频图像经过采集存储于帧缓存器中,采集完成后可编程逻辑器件向DSP芯片发出接收信号。DSP芯片接收到“图像采集好”信号后,用DMA将图像传送到片外存储器中,并启动MPEG-4视频压缩编码。编码输出码流通过HPI口送到网络模块(该模块实际上是用VmWorks实现的一个实时操作系统),该模块将输入数据组装成含有接收主机IP地址的TCP或UDP包,发送到互联网上。接收端比较简单,由接收主机将发送过来的数据流解压并将视频图像在显示器上显示出来。

  TI提供了功能强大的集成开发环境CCS(Code Composer Studio),使开发周期大大缩短。CCS对C语言循环程序段的优化效率很高,因此主要在C语言级实现MPEG-4代码的移植和优化,少数调用频率颇高而编译效果不是非常理想的程序段用线性汇编或纯汇编进行优化。经过大量代码优化后整个系统能够达到比较好的性能。

  (2)基于TriMedia TM-1300 DSP芯片的视频监控系统

  TriMedia是Philips公司推出的专门用于多媒体视频、音频应用的DSP芯片。应用范围包括视频电话、视频编辑、数字电话、安全系统、机顶盒等专用系统和PC机上的可编程的通用插卡。TM-1300的功能强大的通用CPU使它能较容易地实现多种多媒体算法,兼备开放和专用两大特性。

  TM-1300不只是一块具有特殊外设的集成微处理器,它的超长指令字(VLIW)处理器硬件内核上面能够运行一个实时操作系统。TM-1300含有DSPCPU、高速内部总线和片内DMA总线控制的外围设备。下图为TM-1300芯片的内部结构方框图,因在芯片内部集成了如视音频采集/输出、同步串口等外围设备,使片外电路得到简化。



  汉唐公司在近期内的合作项目中负责将MPEG-4算法向TriMedia芯片移植和优化。其研发目标是对帧率为25帧/秒以上的CIF 图像视频及G.729音频,视音频压缩和系统流生成要在166M芯片上实现,并在将来把所需时钟数进一步减少。由于汉唐科技有限公司多年从事视频产品开发,已经拥有一支技术精湛的研发队伍,积累了相当坚实丰富的视频开发经验。仅用了一个月的开发时间,视频压缩部分的实时性就已满足要求。对DSP程序代码的优化除了在C语言级进行之外,主要进一步在汇编级进行深入的优化。

  搞过视频压缩的开发人员都知道,因为视频图像数据量巨大,对其处理和压缩非常花费时间,因此一个实时视频压缩系统的开发实现过程中间面临的最大困难就是如何降低图像压缩编码所需的时钟数。程序结构的组织稍有不慎就会使运行时间增加。在循环次数比较大的程序(特别是多重循环)中,内层循环体运行所需的时钟数略有改变就会显著影响程序性能。DSP并行处理单元使用完全程度、冗余指令去除程度、流水线安排紧凑程度反映了DSP程序运行的效率。由于对MPEG-4程序的一些关键程序段用汇编指令和语法进行了改写,在汇编程序中精心地分配寄存器和安排循环流水线的初始化、衔接、指针更新、循环次数控制等子功能模块,使这些程序段的执行效率大大提高。另外,因为去掉了不少冗余指令,使目标文件尺寸减小。

  Philips公司不久将推出TriMedia芯片的升级版本,新版本的芯片不仅添加了更多更好的用于多媒体压缩处理的指令和处理单元,其最高允许的时钟频率也大为提高。届时MPEG-4压缩解压程序的实时性能将得到更好的满足,但是也对开发者提出了更加复杂的应用要求,比如用单块DSP同时做多路视音频采集与压缩、提供更高清晰度的图像等等。除了软件移植和优化外,高频电路板的设计与开发也是颇有难度的。硬件的设计合理、有效与否直接影响了MPEG-4核心技术的产品化进程。当前取得的成绩只是暂时的,整个DSP研发小组准备迎接更大、更困难的挑战,只有时刻找出自己的不足之处加以改进提高,才能不断向更高的山峰攀登,不断向尽善尽美靠近!

  汉唐公司正努力把能够开发市场需求两大,而软硬件实现均具有相当难度的产品作为自身发展的优势,不断壮大自身的综合实力。相信在不久的将来,汉唐公司能够成为国内乃至国际IT界的一颗亮点!

由CHINA通信网组稿

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