【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 制造商德州儀器（ TI ）推出的TMS320DM642（以下簡(jiǎn)稱 DM642）作為一款高性價(jià)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(xì)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(shí)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(jí)超長(zhǎng)指令字結(jié)構(gòu)（ VelociTI），使得在一個(gè)指令周期能夠并行處理多條指令。它可在 600MHz 時(shí)鐘頻率下工作，每個(gè)指令周期可并行 8 條 32bit 指令，因此，可達(dá)到 4800MIPS 的峰值計(jì)算速度。 DM642 采用兩級(jí)緩存結(jié)構(gòu)：第一級(jí)包括相互獨(dú)立的 LIP（ 16kB）和 LID（ 16kB），只能作為高速緩存使用；第二級(jí) L2（ 256kB）是一個(gè)統(tǒng)一的程序 /數(shù)據(jù)空間，可整體作為 SRAM 映射到存儲(chǔ)空間，也可整體作為第二級(jí) Cache，或是二者按比例的一種組合來使用。 DM642 具有 64 個(gè)獨(dú)立通 8 道的 EDMA（擴(kuò)展的直接存儲(chǔ)器訪問） 控制 器，負(fù)責(zé)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(jí)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(yùn)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(gè)可配置的雙通道視頻端口video port，其中每個(gè) video port 又分成 A 和 B 兩個(gè)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(shí)處理音頻，每一個(gè) video port 可以處理兩路立體聲。另外還包括 64bit 的外部存儲(chǔ)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(kuò)的存儲(chǔ)器以及外設(shè)組成，而外擴(kuò)的存儲(chǔ)器和外設(shè)均通過 DM642 的外部 存儲(chǔ)器接口（ EMIF）進(jìn)行擴(kuò)展。 DM642 基本系統(tǒng)所必須的外擴(kuò)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(jìn)行 ROM 引導(dǎo)； 9 （ 3） UART（ 288bit），擴(kuò)展 2 個(gè)異步串口（ RS232/RS422/RS485）； （ 4）板上寄存器（ n8bit），由若干個(gè) 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(chǔ)接口。 由此可見， DM642 是一個(gè)功能強(qiáng)大的多媒體處理器，可用來實(shí)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(tái) （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(shí)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(jí)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(biāo)準(zhǔn)。由于它比以前的標(biāo)準(zhǔn)在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)功能上作了進(jìn)一步改進(jìn)，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(qiáng)的差錯(cuò)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(dāng)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(yuǎn)程教育 、 會(huì)議電視 等多個(gè)行業(yè)。 除了 ITUT 和 ISO/IEC 兩個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)以外，美國微軟公司和 Real Network 公司都有自己的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。事實(shí)上，他們也是常用的網(wǎng)絡(luò)電視標(biāo)準(zhǔn)。 為了能在時(shí)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(shí)時(shí)性；較強(qiáng)的視頻傳輸魯棒 性。 目前，圖像視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)有國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 ISO 和國際電工委員會(huì) IEC 關(guān)于活動(dòng)圖像的編碼標(biāo)準(zhǔn) MPEGX，國際電信聯(lián)盟 ITUT 關(guān)于視頻電話 /視頻會(huì)議的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn) ，以及 3GPP 提出的第三代移動(dòng)通信流媒體傳輸標(biāo)準(zhǔn)。 MPEG4 已應(yīng)用于 Inter 流媒體領(lǐng)域，如移動(dòng)通信和個(gè)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(yuǎn)程視頻監(jiān)控、視頻會(huì)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(biāo)準(zhǔn)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(gè)人的多媒體收集管理系統(tǒng)等。 MPEG21 的目標(biāo)是定義一個(gè)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(duì)象，實(shí) 11 現(xiàn)多種業(yè)務(wù)模型。在 MPEG 系列中，最適合目前移動(dòng)多媒體通信技術(shù)及移動(dòng)多媒體終端制造水平的應(yīng)該是 MPEG4 視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。因此一般采用 MPEG4 簡(jiǎn)單類作為目前移動(dòng)多媒體終端的首選視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)。 ITUT 頒布的 H. 261 標(biāo)準(zhǔn)，用于可視電話和會(huì)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(shí)間冗余，采用預(yù)測(cè)與變換的混合編碼方法，對(duì)殘余的數(shù)據(jù)進(jìn)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(yuǎn)程視頻監(jiān)控、視頻會(huì)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(biāo)準(zhǔn)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(huì)議和無線視頻監(jiān)控等。 3G324M 作為 3GPP 提出的第三代移動(dòng)通信流媒體傳輸標(biāo)準(zhǔn) ，可確保有線視頻傳輸系統(tǒng)與第三代移動(dòng)視頻傳輸系統(tǒng)之間的互操作性。與 ITUT 中的視訊會(huì)議標(biāo)準(zhǔn)有較緊密的聯(lián)系。 3G324M 適用于 UMTS 移動(dòng)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(jiǎn)單類第一級(jí)，缺省語音編碼器則為 GSMAMR 和 。 3GPP2也將類似的標(biāo)準(zhǔn)集應(yīng)用于 3GPP2 無線網(wǎng)絡(luò)電路交換視頻會(huì)議業(yè)務(wù)。 編解碼中的抗干擾問題 相對(duì)于有線傳輸信道，移動(dòng)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(gè)數(shù)量級(jí)。而壓縮視頻流對(duì)誤碼非常敏感，即使接收到數(shù)據(jù)包的誤碼率很低，也會(huì)對(duì)解碼后的圖像質(zhì)量造成很嚴(yán)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)的改進(jìn)的 ＋編解碼機(jī)制。借鑒了基于 Huffman 的可逆變長(zhǎng)編碼（ RVLC）的思想，每個(gè) RVLC 碼字可以前向解碼也可以反向解碼，如果在 RVLC中檢測(cè)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?jǐn)?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(biāo)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(cuò)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(jìn)的編碼器中，為了阻止 GOB 前半程 MB 行誤碼擴(kuò)撒到后半程，設(shè)定后半程 MB 行的第一個(gè)預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)矢量（ MV）的水平和垂直分量都為 0，其后宏塊（ MB）的運(yùn)動(dòng)矢量（ MV）采用運(yùn)動(dòng)矢量差（ MVD）來預(yù)測(cè)編碼。 差錯(cuò)監(jiān)測(cè)和差錯(cuò)定位。傳輸差錯(cuò)可以通過視頻信號(hào)的內(nèi)在特征或編解碼器的句法來檢測(cè)，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(yùn)動(dòng)矢量等都可以認(rèn)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(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)傳輸層及底層移動(dòng)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(biāo)識(shí)，每隔固定的比特?cái)?shù)周期性地插入重同步標(biāo)識(shí)，并在視頻編碼時(shí)去除兩個(gè)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(shí)別到不可糾正的錯(cuò)誤時(shí)，就會(huì)依據(jù)下一個(gè)重同步標(biāo)識(shí)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(yùn)動(dòng)邊界標(biāo)記（ MBM）將視頻數(shù)據(jù)分為運(yùn)動(dòng)部分和紋理部分，可以更嚴(yán)格的檢查位移估值數(shù)據(jù)的合法性，主要用于誤碼檢測(cè)及提高錯(cuò)誤定位能力。 頭信息擴(kuò)展編碼（ HEC），在視頻碼流中保護(hù)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(zhǎng)編碼（ RVLC），解碼檢測(cè)到誤碼后，可以從下一個(gè)重同步標(biāo)識(shí)開始，反向解碼直到誤碼處。 第三代移 動(dòng)通信的抗誤碼性能 第三代移動(dòng)通信是建立于直接序列擴(kuò)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(shí)延擴(kuò)展等能力。同時(shí)，第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)也采用了卷積碼及 TURBO 碼作為前向糾錯(cuò)編碼（ FEC），大大提高了移動(dòng)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(kuò)頻技術(shù)允許為移動(dòng)終端用戶分配多個(gè)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(jí)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(yùn) 13 動(dòng)矢量信息可以單獨(dú)占據(jù)一個(gè)優(yōu)先級(jí)較高的邏輯信道，而相對(duì)次要的部分，如紋理信息可以只占用優(yōu)先級(jí)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(duì)較小。 14 4 移動(dòng)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