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嵌入式DSP上的视频编解码

来源:嵌入式在线?? 2007年04月20日 ?? 收藏0

  随着数字多媒体的应用日渐广泛,视频解码 在嵌入式系统设计中变成一个基本要素。视频标准有多种,依赖于产品可实施其中的一个或者多个标准。当然这不是全部,视频仅仅是多媒体码流的一部分,另外还 有音频或者语音需要并行处理。因此,一个精确的处理存储或数据流的同步层是必需的。此外,视频解码本身对性能要求较高,需要不同于先前基于语音和信息应用 的系统架构;这就对便携系统提出了特殊挑战,而桌面应用同样面临这些问题。

  通用视频标准和编解码器

  联合视频组(Joint Video Team, JVT)由 ITU的视频编码专家组(Video Coding Experts Group, VCEG)和ISO/IEC运动图像专家组(Moving Picture Experts Group, MPEG)组成。VCEG开发自愿性标准,用于会话和非会话类音/视频应用的先进移动图像编码。 MPEG开发国际标准,用于移动图像、音频及两者组合的压 缩、编码、解压缩、处理等,以满足各种应用。总之,JVT已经开发了包括ITU H.262/MPEG2和H.264/MPEG-4 AVC在内的最流行的视频标准。

  MPEG-2 Video/H.262:MPEG2(ISO/IEC 13818-2),也被称为ITU-T H.262,是目前消费类电子视频设备中使用最广泛的视频编码标准。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)或者30fps(NTSC)的固定帧率下达到720x576象素成像。此外,它也是DVD视频中必需的编解码器。

  MPEG-4-SP/ASP: ISO/IEC 14496-2描述了 MPEG4简单类(Simple Profile, SP)/高级简单类(Advanced Simple Profile, ASP)。其中,SP用于下一代便携式终端和窄带互联网。而ASP增加若干工具,编码效率提高了1.5到2倍。他们两个均在市场上获得越来越多的接受

  MPEG-4-AVC/ITU-T H.264:先进视频编码(AVC)是由ISO/MPEG和ITU-T联合技术委员会开发的多媒体标准。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,可变比特率,以及与MPEG-4-AVC/H.264相媲美的容错工具。除了用于家庭电 脑,WMV9目前也在电影院用于数字投影。电影中使用的编码可以是7~12Mbps的恒定比特率CBR或可变比特率VBR,并达到DVE解析度 (720x480)。

  应用方案

  特定的目标应用决定了系统要求,因而带动了系统设计的选择。

  个人媒体播放器(PMP):个人媒体播放器是带大容量存储器的便携式设备,通过对存储的文件进行解码,可以观看视频、听音乐或者浏览数码照片。由于是便携式播 放器,因此功耗至关重要。既然编码和流处理功能都不需要,并且屏幕尺寸通常是比较小的QVGA或者CIF格式,其可通过基于DSP的 方案很好的解决。采用DSP的优势还在于可轻松支持多种视频和音频标准。例如:LSI针对高性能嵌入式系统的可授权DSP核ZSP500,可为此类应用提 供充足的视频处理能力。此外,ZSP500还可以提供杰出的音频解码能力,使DSP可在较低的频率下运行;从而使音频/视频子系统功耗很低。而存储器、键 盘、显示和文件系统可通过微控制器执行。

标准视频编解码器的时间表

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普通电视机的视频输出功能。虽然PMP集成的显示屏幕相对较小,但现在的视频解码尺寸通常达到D1格式。依据播放器的功 能列表要求,设备需要集成1个或者多个视频解码标准;对于在电视帧率(25-30帧/秒)下D1格式视频解码,硬件视频解码器是最佳选择。多个视频解码标 准可能需要多个硬件模块。实行多个解码标准会提高系统成本,但不会提高功耗,因为同一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,而无需增加额外的硬件成本(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— 如典型的MP3播放器,也可使用单DSP解决方案。此系统中DSP进行音频解码、文件/流数据处理,还同时控制键盘、显示屏和存储器等。由于DSP处理音 频解码更为高效,因此使用如ZSP400 DSP而非微控制器可以显著降低功耗。此外,基于DSP的解决方案可进行软件升级,以支持运算更为密集的音频标准(比如aac Plus),此时微控制器可能无法处理额外增加的负荷。


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