【文章內(nèi)容簡介】 制造商德州儀器（ TI ）推出的TMS320DM642（以下簡稱 DM642）作為一款高性價比、專用于多媒體應(yīng)用的DSP，已被國內(nèi)外視頻應(yīng)用從業(yè)者廣泛接受和 采用。本文較詳細地介紹 DM642的主要特性和系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)技術(shù)，并給出基于 DM642 的視頻 監(jiān)控 應(yīng)用實例。 DM642 是 TI 公司專門為多媒體應(yīng)用而開發(fā)的 DSP，采用 TI 的第二代高級超長指令字結(jié)構(gòu)（ VelociTI），使得在一個指令周期能夠并行處理多條指令。它可在 600MHz 時鐘頻率下工作，每個指令周期可并行 8 條 32bit 指令，因此，可達到 4800MIPS 的峰值計算速度。 DM642 采用兩級緩存結(jié)構(gòu)：第一級包括相互獨立的 LIP（ 16kB）和 LID（ 16kB），只能作為高速緩存使用；第二級 L2（ 256kB）是一個統(tǒng)一的程序 /數(shù)據(jù)空間，可整體作為 SRAM 映射到存儲空間，也可整體作為第二級 Cache，或是二者按比例的一種組合來使用。 DM642 具有 64 個獨立通 8 道的 EDMA（擴展的直接存儲器訪問） 控制 器，負責片內(nèi) L2 與其他外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳輸。容量較大的兩級緩存和 EDMA 通道是 DM642 高性能的體現(xiàn)之一，若能合理使用和管理，將能大幅度提高程序的運行性能。其結(jié)構(gòu)如圖 所示。 圖 DM642 結(jié)構(gòu)示意圖 此外 DM642 具有豐富的外圍設(shè)備接口，包括 3 個可配置的雙通道視頻端口video port，其中每個 video port 又分成 A 和 B 兩個通道， A/B 通道可分別處理一路視頻采集， 因此 DM642 最多可以處理 6 路視頻采集數(shù)據(jù)（不帶音頻）。如果將 video port 配置成用于視頻輸出，則只能在 A 通道輸出， B 通道不可以，因此DM642 最多可支持 3 路視頻輸出（不帶音頻）。如果同時處理音頻，每一個 video port 可以處理兩路立體聲。另外還包括 64bit 的外部存儲器接口（ EMIF）、10/100Mbit/s 以太網(wǎng) MAC 和多通道音頻串行端口（ McASP）以及 66MHz32bit的 PCI 接口。 DM642 的基本系統(tǒng)由 DM642 和外擴的存儲器以及外設(shè)組成，而外擴的存儲器和外設(shè)均通過 DM642 的外部 存儲器接口（ EMIF）進行擴展。 DM642 基本系統(tǒng)所必須的外擴資源包括： （ 1） SDRAM（ 4M64bit），用于存放程序和緩存數(shù)字視頻 /音頻數(shù)據(jù)； （ 2） FLASH（ 4M8bit），用于存放固化程序，以便進行 ROM 引導(dǎo)； 9 （ 3） UART（ 288bit），擴展 2 個異步串口（ RS232/RS422/RS485）； （ 4）板上寄存器（ n8bit），由若干個 8 位狀態(tài) /控制 寄存器 組成； （ 5）硬盤接口（ 2816bit），用于本地大容量存儲接口。 由此可見， DM642 是一個功能強大的多媒體處理器，可用來實現(xiàn)高速完成大數(shù)據(jù)量的數(shù)字視頻 /音頻編解碼處理，特別適合于開發(fā)多媒體通信設(shè)備。是目前構(gòu)造數(shù)字多媒體應(yīng)用的理想平臺 （如圖 ） 。 圖 以 DM642 為核心的多媒體終端的系統(tǒng)框圖 10 3 抗干擾的視頻編解碼技術(shù) 視頻編解碼技術(shù) 視頻編碼技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)電視發(fā)展的最初條件。只有高效的視頻編碼才能保證在現(xiàn)實的互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下提供視頻服務(wù)。 或稱為 MPEG4 第十部分（高級視頻編碼部分）是由 ITUT 和 ISO/IEC再次聯(lián)手開發(fā)的最新一代視頻編碼標準。由于它比以前的標準在設(shè)計結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)功能上作了進一步改進，使得在同等視頻質(zhì)量條件下，能夠節(jié)省 50%的碼率，且提高了視頻傳輸質(zhì)量的可控性，并具有較強的差錯處理能力，適用范圍更廣。在低碼率情況下， 32kbps 的 圖像質(zhì)量相當于 128kbps 的 MPEG4 圖像質(zhì)量。 可應(yīng)用于 網(wǎng)絡(luò)電視 、 廣播電視 、 數(shù)字影院 、 遠程教育 、 會議電視 等多個行業(yè)。 除了 ITUT 和 ISO/IEC 兩個國際標準化組織制定的視頻編碼標準以外，美國微軟公司和 Real Network 公司都有自己的視頻編碼標準。事實上，他們也是常用的網(wǎng)絡(luò)電視標準。 為了能在時變、帶寬有限、誤碼率較高的無線信道上傳輸視頻數(shù)據(jù)，圖像視頻編碼算法必須滿足：高效的視頻壓縮比；較高的傳輸實時性；較強的視頻傳輸魯棒 性。 目前，圖像視頻壓縮標準有國際標準化組織 ISO 和國際電工委員會 IEC 關(guān)于活動圖像的編碼標準 MPEGX，國際電信聯(lián)盟 ITUT 關(guān)于視頻電話 /視頻會議的視頻編碼標準 ，以及 3GPP 提出的第三代移動通信流媒體傳輸標準。 MPEG4 已應(yīng)用于 Inter 流媒體領(lǐng)域，如移動通信和個人通信中的聲像業(yè)務(wù)，以及各種基于無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的手持式電子產(chǎn)品。今后還將可能應(yīng)用于多媒體電腦、掌上電腦、網(wǎng)絡(luò)電視、遠程視頻監(jiān)控、視頻會議和可視電話等。 MPEG7被稱為 “多媒體內(nèi)容描述接口 ”，為各類多媒體信息提供一種標準化的 描述，可以應(yīng)用于智能多媒體、多媒體編輯、多媒體目錄服務(wù)、個人的多媒體收集管理系統(tǒng)等。 MPEG21 的目標是定義一個交互式多媒體框架，跨越大范圍內(nèi)不同的網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備，使用戶能夠透明地使用多媒體資源，存取、使用并交互多媒體對象，實 11 現(xiàn)多種業(yè)務(wù)模型。在 MPEG 系列中，最適合目前移動多媒體通信技術(shù)及移動多媒體終端制造水平的應(yīng)該是 MPEG4 視頻編碼標準。因此一般采用 MPEG4 簡單類作為目前移動多媒體終端的首選視頻編解碼標準。 ITUT 頒布的 H. 261 標準，用于可視電話和會議電視。后來又陸續(xù)發(fā)展了、 ＋、 。它們的壓縮原理是充分利用視頻數(shù)據(jù)的空間和時間冗余，采用預(yù)測與變換的混合編碼方法，對殘余的數(shù)據(jù)進行編碼，保證了極大的壓縮比。 H. 263 在多媒體電腦、掌上電腦、網(wǎng)絡(luò)電視、遠程視頻監(jiān)控、視頻會議和可視電話等都己經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用。目前最新的 H. 264 標準能夠比 H. 263 節(jié)約50%左右的碼率，應(yīng)用范圍包括網(wǎng)絡(luò)廣播、網(wǎng)絡(luò)會議和無線視頻監(jiān)控等。 3G324M 作為 3GPP 提出的第三代移動通信流媒體傳輸標準 ，可確保有線視頻傳輸系統(tǒng)與第三代移動視頻傳輸系統(tǒng)之間的互操作性。與 ITUT 中的視訊會議標準有較緊密的聯(lián)系。 3G324M 適用于 UMTS 移動網(wǎng)絡(luò)中的 64kbit/s 電路交換鏈路，其復(fù)用協(xié)議為 、控制協(xié)議為 ，缺省視頻編碼器采用 及 MPEG4 簡單類第一級，缺省語音編碼器則為 GSMAMR 和 。 3GPP2也將類似的標準集應(yīng)用于 3GPP2 無線網(wǎng)絡(luò)電路交換視頻會議業(yè)務(wù)。 編解碼中的抗干擾問題 相對于有線傳輸信道，移動通信所使用的無線傳輸信道環(huán)境要惡劣得多，數(shù)據(jù) 包的接收誤碼率要高出幾個數(shù)量級。而壓縮視頻流對誤碼非常敏感，即使接收到數(shù)據(jù)包的誤碼率很低，也會對解碼后的圖像質(zhì)量造成很嚴重的影響。因此，抗干擾技術(shù)成為各種編解碼技術(shù)中的關(guān)鍵問題。 抗干擾機制 為了提高壓縮效率并拓展在無線通信中的適用范圍，提出了一種基于 編解碼標準的改進的 ＋編解碼機制。借鑒了基于 Huffman 的可逆變長編碼（ RVLC）的思想，每個 RVLC 碼字可以前向解碼也可以反向解碼，如果在 RVLC中檢測到突發(fā)誤碼，解碼器將跳到該分段的結(jié)束處開始反向解碼，結(jié)果只是丟棄了碰到誤碼的分段的部分數(shù)據(jù)，更多的數(shù)據(jù)可以恢復(fù)。 在 +基線模式編碼過程中，同步標志不僅可以用來向后同步，也可以用來向前同步，在不降低編碼效率的前提下，結(jié)合差錯掩蓋，極大的提高視頻圖像在無線網(wǎng)絡(luò)等噪聲信道中傳輸?shù)馁|(zhì)量。 12 在改進的編碼器中，為了阻止 GOB 前半程 MB 行誤碼擴撒到后半程，設(shè)定后半程 MB 行的第一個預(yù)測運動矢量（ MV）的水平和垂直分量都為 0，其后宏塊（ MB）的運動矢量（ MV）采用運動矢量差（ MVD）來預(yù)測編碼。 差錯監(jiān)測和差錯定位。傳輸差錯可以通過視頻信號的內(nèi)在特征或編解碼器的句法來檢測，如相 鄰宏塊（ MB）或者塊（ block）的邊界存在劇烈的跳變，沖突的碼字 , 無效的運動矢量等都可以認為出現(xiàn)了誤碼。 MPEG4 抗誤碼工具 MPEG4 提供了多種抗誤碼工具，承載流媒體業(yè)務(wù)的實時網(wǎng)絡(luò)傳輸層及底層移動通信系統(tǒng)可以根據(jù)傳輸信道的質(zhì)量、系統(tǒng)需要提供的圖像質(zhì)量，以及在圖像壓縮效率和抗誤碼性能間的權(quán)衡，自適應(yīng)地選擇抗誤碼工具，改善流媒體傳輸?shù)目拐`碼性能。 MPEG4 的 抗誤碼工具包括： 包的重同步標識，每隔固定的比特數(shù)周期性地插入重同步標識，并在視頻編碼時去除兩個不同視頻包之間所有數(shù)據(jù)的依賴 性。解碼器在解碼過程中識別到不可糾正的錯誤時，就會依據(jù)下一個重同步標識重新編碼流同步信息，這樣，就減少了由于失步而不得不丟棄的數(shù)據(jù)量。 數(shù)據(jù)分割（ DP），使用運動邊界標記（ MBM）將視頻數(shù)據(jù)分為運動部分和紋理部分，可以更嚴格的檢查位移估值數(shù)據(jù)的合法性，主要用于誤碼檢測及提高錯誤定位能力。 頭信息擴展編碼（ HEC），在視頻碼流中保護重要的頭信息等，視頻頭信息可以在特定的視頻包中重復(fù)發(fā)送。 可逆的變長編碼（ RVLC），解碼檢測到誤碼后，可以從下一個重同步標識開始，反向解碼直到誤碼處。 第三代移 動通信的抗誤碼性能 第三代移動通信是建立于直接序列擴頻、軟切換及快速功率控制等最新通信技術(shù)上的，因此具備抗窄帶干擾、抗多徑衰落及抗時延擴展等能力。同時，第三代移動通信系統(tǒng)也采用了卷積碼及 TURBO 碼作為前向糾錯編碼（ FEC），大大提高了移動環(huán)境下數(shù)據(jù)傳送的抗誤碼性能。而且，由于直接序列擴頻技術(shù)允許為移動終端用戶分配多個語音或數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)邏輯信道，為在視頻流媒體傳送中采用數(shù)據(jù)分割優(yōu)先級傳輸技術(shù)提供了可能。壓縮視頻流中更重要的部分，如同步頭或運 13 動矢量信息可以單獨占據(jù)一個優(yōu)先級較高的邏輯信道，而相對次要的部分，如紋理信息可以只占用優(yōu)先級較低的邏輯信道，這樣可以確保在同樣的傳輸環(huán)境條件下，視頻質(zhì)量受到誤碼的影響相對較小。 14 4 移動通信網(wǎng)絡(luò) 目前，能傳輸多媒體業(yè)務(wù)的寬帶無線接入技術(shù)有多種，如 VSAT