OMAP3平臺移動多媒體的視頻解碼方案
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(2)DSP內(nèi)核
TMS320C64X+內(nèi)核具有最佳的功耗性能比，工作主頻最高為520 MHz；它具有高度的并行能力，32位讀寫和功能強大的EMIF，雙流水線的獨立操作以及雙MAC的運算能力。它采用3項關(guān)鍵的革新技術(shù)：增大的空閑省電區(qū)域、變長指令和擴大的并行機制。其結(jié)構(gòu)針對多媒體應(yīng)用高度優(yōu)化，適合低功耗的實時語音圖像處理。另外，TMS320C64X+內(nèi)核增加了固化了算法的硬件加速器，來處理運動估計、8×8的DCT／IDCT和1／2像素插值，降低了視頻處理的功耗。
(3)流量控制器
流量控制器TC用于控制ARM、DSP、DMA以及本地總線對OMAP3530內(nèi)所有存儲器(包括SRAM，SDRAM、Flash和ROM等)的訪問。
OMAP3530具有豐富的外圍接口，如液晶控制器、存儲器接口、攝像機接口、空中接口、藍(lán)牙接口、通用異步收發(fā)器、I2C主機接口、脈寬音頻發(fā)生器、串行接口、主客戶機USB口、安全數(shù)字多媒體卡控制器接口、鍵盤接口等。這些豐富的外圍接口使應(yīng)用OMAP的系統(tǒng)具有更大的靈活性和可擴展性。
1．2 OMAP3530的軟件平臺
利用OMAP可以建立兩個操作系統(tǒng)：基于ARM的操作系統(tǒng)(如WinCE、Linux等)，以及基于DSP的DSP／BIOS。連接兩個操作系統(tǒng)使用的核心技術(shù)是DSP／BIOS橋。0MAP支持多種實時多任務(wù)操作系統(tǒng)在ARM微處理器上工作，用來對ARM微處理器進(jìn)行實時多任務(wù)調(diào)度管理，對TMS320C64X+進(jìn)行控制和通信；同時，支持多種實時多任務(wù)操作系統(tǒng)在TMS320C64X+上工作，實現(xiàn)復(fù)雜的多媒體信號處理。DSP／BIOS橋包含DSP管理器、DSP管理服務(wù)器、DSP和外圍接口鏈接驅(qū)動器。DSP／BIOS橋提供運行在Cortex-A8上的應(yīng)用程序和運行TMS320C64X+上的算法之間的通信管理服務(wù)。開發(fā)者可以利用DSP／BIOS橋中的應(yīng)用編程接口控制在DSP中實時任務(wù)的執(zhí)行，并同DSP交換任務(wù)運行結(jié)果和狀態(tài)消息。在這個環(huán)境下，開發(fā)者可以調(diào)用局部DSP網(wǎng)關(guān)組件來實現(xiàn)諸如視頻、音頻和語音等功能。因此，開發(fā)者不需要了解DSP和DSP／BIOS橋，就能開發(fā)新的應(yīng)用軟件。使用標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用編程接口開發(fā)的應(yīng)用軟件，與基于0MAP的未來無線設(shè)備兼容。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/166652.htm
2 視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)與OMAP圖形圖像庫應(yīng)用
2．1 視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)
從1988年開始，ISO／IEC MPEG和ITU-T針對不同的應(yīng)用制訂了一系列視頻編碼國際標(biāo)準(zhǔn)。MPEG的有MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)，ITU-T的有H．261、H．263、H_263+／H．263++以及H．264標(biāo)準(zhǔn)。2001年12月，ISO和ITU-T正式成立聯(lián)合視頻小組(Joint Video Team，JVT)共同制定新的H．264編碼標(biāo)準(zhǔn)。2002年6月，我國信息產(chǎn)業(yè)部制訂了我國的數(shù)字音視頻編碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(Audio-Video Coding Standard，AVS)。AVS是我國具備自主知識產(chǎn)權(quán)的第二代信源編碼標(biāo)準(zhǔn)。與目前比較流行的標(biāo)準(zhǔn)(如MPEG-2、MPEG-4、H．263、H．264)相比，從編碼效率來看，MPEG-4是MPEG-2的1．4倍，AVS和H．264都是MPEG-2的2倍以上；從算法復(fù)雜度上來看，H．264的算法在編碼端比MPEG-2復(fù)雜4～5倍，在解碼端復(fù)雜2～3倍，而AVS在復(fù)雜度上比H．264有較大幅度降低，且不需要交納高昂的專利費用。
目前，應(yīng)用比較廣泛的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)中，基本上都有如下的步驟：將圖像序列編碼為幀內(nèi)模式和幀問模式兩種，并且分別進(jìn)行編碼。采用幀內(nèi)編碼時，直接對8×8的像素塊進(jìn)行DCT變換，然后將量化系數(shù)進(jìn)行變長編碼后形成輸出碼流；另一路經(jīng)反量化、反DCT變換后形成恢復(fù)圖像，直接存入幀存儲器。采用幀間編碼時，對原始數(shù)據(jù)的每個塊先進(jìn)行運動估計，并與經(jīng)運動估計后的預(yù)測圖像相減，產(chǎn)生差分圖像，接著進(jìn)行DCT變換和量化，并同運動矢量數(shù)據(jù)一起編碼形成碼流；另一路經(jīng)反量化、反DCT變換后形成恢復(fù)圖像，存入幀存儲器，用于下一步的運動估計。
不同的標(biāo)準(zhǔn)具有各自的特點，例如MPEGl與H．261采用整像素，MPEG4和H．263采用半像素，H．264與AVS采用1／4至1／8像素精度的運動估計，H．261采用單參考幀，H．264與AVS采用多參考幀等。特別是目前的H．264標(biāo)準(zhǔn)，采用整數(shù)DCT／IDCT、幀內(nèi)預(yù)測、多模式運動估計、去塊效應(yīng)濾波器等先進(jìn)技術(shù)，造成了極大的算法復(fù)雜度，對硬件實時解碼提供了很高的要求。
2．2 OMAP圖形圖像庫(IMGLIB)應(yīng)用
針對圖像與視頻處理的需要，TI提供了IMGLIB庫供C程序調(diào)用。庫里內(nèi)容主要有2部分：
①硬件加速部分。由匯編語言編寫，但是計算由硬件的加速模塊來實現(xiàn)，無法修改。例如DCT／IDCT都是針對8×8塊進(jìn)行的，變換矩陣已經(jīng)固定，硬件加速指令共有16種，其中DCT／IDCT各1條，運動估計指令10條，插值指令4條。
②軟件加速部分。用匯編語言編寫，包括矩陣量化反量化、JPEG變長編碼、一維／二維離散小波變換反變換及小波包變換反變換，以及圖像的直方圖計算、邊緣檢測、帶移位操作的3×3掩模操作等。這些軟件加速指令都提供了標(biāo)準(zhǔn)的C接口，用戶可以直接調(diào)用，也可以模仿編寫規(guī)則編譯生成自己的庫文件。
在視頻編解碼過程中，運動估計、DCT／IDCT和像素插值占據(jù)了大量的運算時間，0MAP平臺提供的硬件加速單元可以高效地完成上述運算，而幾乎不占用CPU時鐘(這里，不占用是指運算過程，實際上數(shù)據(jù)的輸入輸出仍需要花費少量時間)；同時，優(yōu)化的軟件加速單元也可以較快地完成運算。以DCT／IDCT為例，耗時情況如表1所列。
由表1可知，硬件DCT耗時約為軟件DCT的1／7，硬件IDCT耗時約為軟件IDCT的1／4．5。因此，采用硬件加速模塊可以極大地提高運算速度并降低功耗。
對于最新的H．264以及AVS標(biāo)準(zhǔn)，需要采用OMAP3530才能發(fā)揮0MAP系列的硬件加速優(yōu)勢。OMAP3530的硬件加速器集成了加速模塊的半像素插值，采用的整數(shù)DCT／IDCT類變換硬件加速模塊，而且集成了去塊效應(yīng)濾波器。在通用計算機上，H．264的解碼過程中各部分所需的時間如表2所列。
從表2中可以看出，在H．264的解碼過程中，環(huán)路濾波、插值以及反變換反量化占據(jù)了超過70％的計算時間。因此，用0MAP3530來進(jìn)行H．264以及AVS的解碼時，如果能有效地利用0MAP3530的硬件加速資源，可以提高計算效率，實現(xiàn)實時解碼。另外，除了硬件加速器之外，0MAP3530的體系結(jié)構(gòu)比較適合于視頻處理，這主要基于以下考慮：
①目前市場上推出的整合了ARM與DSP的多媒體專用芯片并不多，OMAP可以使用單一芯片實現(xiàn)嵌入式操作系統(tǒng)(Linux、WinCE等)的功能，并且可以獲得TI廣大的第三方提供的豐富的算法支持?；诓僮飨到y(tǒng)的編程更靈活方便，便于產(chǎn)品的軟件升級。相比之下，單一的DSP無法實現(xiàn)操作系統(tǒng)的功能，若額外采用ARM構(gòu)建操作系統(tǒng)，成本以及硬件軟件復(fù)雜度無疑會大于采用OMAP平臺。
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