基于嵌入式DSP的視頻編解碼分析

MC+DSP-微控制器和DSP用于低視頻解析度(CIF)，軟件可升級，支持多種音、視頻標準的系統(tǒng)。DSP用于音頻解碼，視頻解碼和音/視頻同步。雖然性能有限，但系統(tǒng)非常靈活，此平臺可輕松實現(xiàn)多種音頻和視頻解碼格式支持。

MC +[DSP+VHW]—該視頻硬件模塊用于高解析度視頻編/解碼。DSP管理音頻編/解碼，也負責音/視頻同步，同時也能用于畫中畫或者其他視頻疊加功 能。該系統(tǒng)的一個優(yōu)勢是音頻/視頻子系統(tǒng)可設計為一個標準的多媒體編/解碼器，可輕松植入系統(tǒng)而不會增加太多的復雜性。DSP是系統(tǒng)多媒體部分的控制器。 由于多媒體編/解碼系統(tǒng)與微控制系統(tǒng)的連接很松散，因此其能夠被輕松整合進眾多現(xiàn)有微控制器系統(tǒng)中，從而使這個方案具備相當吸引力。該編/解碼系統(tǒng)可被當 作一個具有標準本地總線接口的ASSP產品。

MC+DSP+VHW-在該配置中，DSP用于音頻編/解碼，而微控制器用于實現(xiàn)音/視頻同 步。這就需要更復雜的微控制器設計，但可采用與MC+[DSP+VHW]系統(tǒng)相比功耗、成本都更低的DSP。由于微控制器必須協(xié)調DSP和VHW，同時還 要執(zhí)行其它的控制任務以及所有的協(xié)調操作，因此該方案實現(xiàn)困難很多。

該配置的一個變種是由DSP執(zhí)行視頻解碼、音頻編/解碼，而視頻編碼仍然由硬件執(zhí)行，這需要一個性能強大的DSP，但會使系統(tǒng)靈活性更強，并支持多種視頻解碼標準。

MC +VHW+AHW-在該配置中，微控制器執(zhí)行除音、視頻編/解碼外的所有任務。音/視頻同步也由微控制器執(zhí)行。該解決方案除音頻子系統(tǒng)靈活性較差(僅能執(zhí) 行原始設計中的音頻編解碼器而不能軟件升級)外，和MC+DSP+VHW很相象。其好處在于它能與特定應用配合，與各種前述方案相比具有最佳的功耗。

視頻移動電話：該類應用的視頻尺寸是QCIF或者CIF，幀率從10到30幀每秒。 是否需要支持多種視頻/音頻解碼標準取決于電話的功能要求。視頻將是流視頻或者短的視頻序列回放。通過軟件解碼而無需額外硬件，既可滿足這些設備的性能要 求。而且大多數(shù)的電話集成了微控制器和DSP，因此視頻解碼可通過DSP實現(xiàn)，這也使得低功耗精巧系統(tǒng)成為可能。另外一些電話可能包含PMP或者數(shù)碼攝像 機的一些功能，單純的DSP設計方案無法滿足要求，這就需要額外的硬件加速。

視頻桌面電話：該設備提供視頻會議功能，需要在強實時限制下完 成編解碼。如果幀尺寸和幀率有限，單DSP解決方案仍然可行。然而，大部分桌面電話具備QVGA或者更大的顯示屏;此外，用戶通常期望有比無線移動設備更 佳的語音/視頻質量。這意味幀率應當更高，掉幀率/卡幀率應當盡可能低，此時可能需要采用硬件解決方案完成視頻編解碼。語音編解碼可通過低成本的DSP (如ZSPneo)或者系統(tǒng)中的微控制器實現(xiàn)。

移動數(shù)碼攝像機(DVR)：對于該類設備，多標準編解碼沒有必要，大多數(shù)僅使用單一視頻編解碼標準。由于大尺寸，高幀率和低功耗的苛刻要求，純硬件解決方案通常是首選。而不需要DSP，此時系統(tǒng)微控制器用于驅動視頻和音頻硬件模塊。

機頂盒：機頂盒需要完成高質量視頻流的處理和已錄制的視頻文件的解碼。同DVR一樣，視頻質量的要求(幀尺寸，幀率，比特率和容錯能力)使其幾乎只能通過硬 件解碼來進行。當然，因為不像移動設備對功耗要求那樣苛刻，也可采用多DSP核配合一些基本的硬件加速的方案來設計可處理各種視頻編解碼器的系統(tǒng)。根據(jù)功 能要求，機頂盒可能需要一定的靈活性：尤其是將其用于媒體播放器、數(shù)字VCR或網絡流媒體領域。這時可用DSP中的軟件處理音頻。為了實現(xiàn)這種靈活性，要 選擇不同的編解碼器完成回放、編碼、譯碼等功能，此時用于音頻處理的DSP將會是如ZSP500這樣的高性能處理器，以實現(xiàn)迎合家庭影院最新潮流的環(huán)繞 聲、聲音處理等功能要求。

基本設計配置

針對本文宗旨，我們可以考慮以下4種基本設計配置：第一種設計包含1個 微控制器和1個DSP(MC+DSP);第二種設計包括1個微控制器和1個DSP，但是DSP同時也控制1個視頻編碼/解碼硬件模塊(MC+[DSP+ VHW]);第三種設計使用1個微控制器，DSP和視頻編碼/解碼硬件模塊(MC+DSP+VHW)，在該設計中微控制器控制DSP和視頻硬件模塊;最后 一種設計包含1個微控制器，1個視頻編碼/解碼硬件模塊，1個音頻編碼/解碼硬件模塊(MC+VHW+AHW)。在上述各類設計中，微控制器負責典型的嵌 入式控制任務：包括用戶控制連接(如操縱桿控制)，USB/UART/以太網驅動，協(xié)議層(如TCP/IP, HTTP)等。

表：各種視頻格式的典型帶寬。

MC+DSP-微控制器和DSP用于低視頻解析度(CIF)，軟件可升級，支持多種音、視頻標準的系統(tǒng)。DSP用于音頻解碼，視頻解碼和音/視頻同步。雖然性能有限，但系統(tǒng)非常靈活，此平臺可輕松實現(xiàn)多種音頻和視頻解碼格式支持。

MC +[DSP+VHW]—該視頻硬件模塊用于高解析度視頻編/解碼。DSP管理音頻編/解碼，也負責音/視頻同步，同時也能用于畫中畫或者其他視頻疊加功 能。該系統(tǒng)的一個優(yōu)勢是音頻/視頻子系統(tǒng)可設計為一個標準的多媒體編/解碼器，可輕松植入系統(tǒng)而不會增加太多的復雜性。DSP是系統(tǒng)多媒體部分的控制器。 由于多媒體編/解碼系統(tǒng)與微控制系統(tǒng)的連接很松散，因此其能夠被輕松整合進眾多現(xiàn)有微控制器系統(tǒng)中，從而使這個方案具備相當吸引力。該編/解碼系統(tǒng)可被當 作一個具有標準本地總線接口的ASSP產品。

MC+DSP+VHW-在該配置中，DSP用于音頻編/解碼，而微控制器用于實現(xiàn)音/視頻同 步。這就需要更復雜的微控制器設計，但可采用與MC+[DSP+VHW]系統(tǒng)相比功耗、成本都更低的DSP。由于微控制器必須協(xié)調DSP和VHW，同時還 要執(zhí)行其它的控制任務以及所有的協(xié)調操作，因此該方案實現(xiàn)困難很多。

該配置的一個變種是由DSP執(zhí)行視頻解碼、音頻編/解碼，而視頻編碼仍然由硬件執(zhí)行，這需要一個性能強大的DSP，但會使系統(tǒng)靈活性更強，并支持多種視頻解碼標準。

MC +VHW+AHW-在該配置中，微控制器執(zhí)行除音、視頻編/解碼外的所有任務。音/視頻同步也由微控制器執(zhí)行。該解決方案除音頻子系統(tǒng)靈活性較差(僅能執(zhí) 行原始設計中的音頻編解碼器而不能軟件升級)外，和MC+DSP+VHW很相象。其好處在于它能與特定應用配合，與各種前述方案相比具有最佳的功耗。