基于ADV212芯片的視頻壓縮系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)技術(shù)

1 引 言

　　近十年來(lái)， 高清數(shù)字電視(HDTV )業(yè)務(wù)在全球范圍內(nèi)得到廣泛的推廣應(yīng)用(美國(guó)03 年率先開通了HDTV 的路基有線網(wǎng)， 中國(guó)也確定了幾年內(nèi)HDTV 逐漸取代傳統(tǒng)電視網(wǎng)的計(jì)劃) ， 但是由于其視頻數(shù)據(jù)量巨大， 不便于存儲(chǔ)與傳輸， 而傳統(tǒng)的壓縮系統(tǒng)存在壓縮質(zhì)量不高及實(shí)時(shí)性不強(qiáng)等特點(diǎn)， 因此， 研究基于高清視頻信號(hào)的壓縮系統(tǒng)變得意義重大。美國(guó)AD公司新推出的編解碼芯片ADV 212， 采用小波變換和自適應(yīng)算術(shù)編碼技術(shù)， 具有層進(jìn)式傳輸， 焦點(diǎn)區(qū)域壓縮， 多尺度、多分辨率分析和時(shí)域局部化等特點(diǎn)， 使壓縮后的信號(hào)可以輕易通過有線甚至窄帶無(wú)線信道傳遞給中央控制臺(tái)， 具有壓縮可調(diào)范圍大， 壓縮質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)?；绱?， 本文設(shè)計(jì)了一種ADV212結(jié)合FPGA和DSP的高效視頻壓縮系統(tǒng)。

　　2 ADV212結(jié)構(gòu)及功能

　　2. 1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　ADV212是一種低價(jià)、單片、低功耗、全數(shù)字的CMOS超大規(guī)模集成電路。它在實(shí)現(xiàn)JPEG2000 圖像壓縮必需的高強(qiáng)度計(jì)算同時(shí)能產(chǎn)生適用于大多數(shù)應(yīng)用的碼流。該芯片的核工作電壓1. 5V， I /O 電壓2. 5V 到3. 3V， 主要包括一個(gè)專門的小波變換引擎，3個(gè)熵編碼器， 一個(gè)片內(nèi)存儲(chǔ)器， 一個(gè)內(nèi)置精簡(jiǎn)指令集( R ISC )處理器。圖像或視頻數(shù)據(jù)由AD 內(nèi)部12位像素接口輸入， 采樣結(jié)果隔行輸入小波變換引擎，然后采用5 /3或9 /7濾波器將每個(gè)圖塊或幀分解為子帶， 得到的小波系數(shù)寫入內(nèi)部存儲(chǔ)器。熵編解碼器將數(shù)據(jù)編碼為JPEG2000 標(biāo)準(zhǔn)。內(nèi)部DMA 引擎提供存儲(chǔ)器之間的高帶寬傳輸及各模塊和存儲(chǔ)器之間的高性能傳輸。圖1為ADV212的內(nèi)部功能圖。

圖1 ADV212的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)圖

　　2. 2 ADV212功能模塊分析

　　( 1)小波變換引擎。

　　DV212提供了一個(gè)高精度的小波變換處理器，可實(shí)現(xiàn)6級(jí)小波分解。在編碼模式下， 小波處理器對(duì)原始采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行變換、量化， 并將小波系數(shù)存入內(nèi)部存儲(chǔ)器中。

　　在解碼模式下， 從內(nèi)部存儲(chǔ)器中讀取小波變換系數(shù)， 并通過解碼計(jì)算， 得到編碼前的原始數(shù)據(jù)。

　　( 2)熵編碼器。

　　熵編解碼器用來(lái)對(duì)小波系數(shù)的編碼塊進(jìn)行背景建模和算術(shù)編碼， 同時(shí)可在壓縮過程中計(jì)算最佳速率和失真性能所必需的失真度。由于熵編碼過程在JPEG2000 壓縮工程中對(duì)計(jì)算要求最高， 因此，ADV202內(nèi)部提供了三個(gè)專用的硬件熵編解碼器。

　　( 3)內(nèi)部存儲(chǔ)器。

　　存儲(chǔ)系統(tǒng)的主要功能是管理小波系數(shù)數(shù)據(jù)和臨時(shí)的代碼塊特征數(shù)據(jù)， 以及創(chuàng)建、分解、存儲(chǔ)JPEG2000代碼流的臨時(shí)工作空間。此外， 存儲(chǔ)系統(tǒng)還被用于R ISC處理器的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

　　( 4)嵌入式R ISC處理器。

　　ADV212內(nèi)嵌了一個(gè)32 位的R ISC 處理器， 可用來(lái)配置、控制和管理其它專用硬件模塊以及分解和產(chǎn)生JPEG2000視頻流。RISC 處理器具有和每一個(gè)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、中斷控制器、標(biāo)準(zhǔn)總線接口及定時(shí)器計(jì)數(shù)器所對(duì)應(yīng)的ROM 和RAM。