達(dá)芬奇之旅--TI數(shù)字視頻巡回研討會的技術(shù)核心

摘要： 本文將達(dá)芬奇數(shù)字視頻的全國巡回研討會中所涉及的技術(shù)核心進(jìn)行部分介紹，以便更多讀者可以了解達(dá)芬奇技術(shù)的基本內(nèi)容。

關(guān)鍵詞： 達(dá)芬奇；DSP；軟件系統(tǒng)

德州儀器(TI)正式推出達(dá)芬奇(Davinci)數(shù)字視頻技術(shù)平臺至今已經(jīng)整整一年時間，在這過去的一年當(dāng)中，TI依照其承諾在達(dá)芬奇處理器芯片硬件和軟件的開發(fā)上成果顯著，同時對達(dá)芬奇的技術(shù)和應(yīng)用迅速推進(jìn)。

從去年冬天達(dá)芬奇樣片和開發(fā)系統(tǒng)面世之后，TI便與全球同步，加快達(dá)芬奇在中國推進(jìn)的步伐，開始醞釀并實(shí)施一系列技術(shù)推廣活動。

目前，業(yè)界對達(dá)芬奇創(chuàng)新的沖動已化為實(shí)現(xiàn)的行動，已有一些基于達(dá)芬奇的產(chǎn)品已經(jīng)推出，而更多的產(chǎn)品將在今后幾個月中陸續(xù)登場，“達(dá)芬奇效應(yīng)”正在如預(yù)期那樣蓄勢待發(fā)。

第一講：達(dá)芬奇技術(shù)總體概述

達(dá)芬奇技術(shù)(DaVinci)簡言之就是包含有針對數(shù)字音視頻優(yōu)化的基于DSP的系統(tǒng)解決方案，其中有四個基本組成，即處理器、軟件、開發(fā)工具套件和支持，如圖1所示。

圖1  達(dá)芬奇系統(tǒng)構(gòu)成

達(dá)芬奇處理器是一個單片系統(tǒng)，集成有TI高性能C64+核心DSP和ARM9核心處理器以及視頻前端處理器和視頻加速器，還有非常豐富的外圍設(shè)備，如數(shù)字視頻、數(shù)字音頻、高速網(wǎng)絡(luò)、DDR2高速存儲器、ATA硬盤和多種存儲卡等接口。

在軟件方面達(dá)芬奇全面支持由底層到高層的軟件系統(tǒng)。達(dá)芬奇在嵌入式操作系統(tǒng)方面對Linux的支持極為完善，也有支持WinCE的能力；在數(shù)字視頻、影像、語音和音頻上可以支持H.264、MPEG4/2、H.263、VC1、JPEG、G.711/G.723、MP3、WMA等多種編解碼器；通過多媒體框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)字視頻軟件系統(tǒng)的集成，并提供API驅(qū)動程序支持，同時有助于實(shí)現(xiàn)處理器間的通信。

達(dá)芬奇有多種開發(fā)工具套件以滿足各種需求，其中評估模塊和參考設(shè)計(jì)將有益于硬件設(shè)計(jì)，而數(shù)字視頻開發(fā)平臺和Green Hills開發(fā)工作將對縮短軟件系統(tǒng)集成有很大幫助。

達(dá)芬奇的支持體系很強(qiáng)大，其中既有來自TI授權(quán)軟件提供商(ASP)的支持，也有更為廣泛的第三方網(wǎng)絡(luò)的支持。

所有的數(shù)字視頻類產(chǎn)品都有機(jī)會采用達(dá)芬奇技術(shù)，這里不僅有眾所周知的產(chǎn)品，如數(shù)碼相機(jī)或攝像機(jī)、個人媒體播放器、數(shù)字機(jī)頂盒、IP可視電話、數(shù)字媒體網(wǎng)關(guān)、數(shù)字視頻服務(wù)器、IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、數(shù)字硬盤錄相機(jī)等，還有未來創(chuàng)新的數(shù)字視頻，如包含汽車智能視覺在內(nèi)的新產(chǎn)品，當(dāng)然還有更多的產(chǎn)品有待脫穎而出。

在達(dá)芬奇技術(shù)研討會上，對第一批達(dá)芬奇芯片DM6446/6443的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和應(yīng)用的講解集中在ARM與DSP的高速通信、外圍高速擴(kuò)展接口的使用、視頻前端處理器(VPSS)的配置、中心交換資源(SCR)的調(diào)度等技術(shù)細(xì)節(jié)，并且深入地分析了不同開發(fā)工具的特點(diǎn)和在達(dá)芬奇軟件系統(tǒng)開發(fā)中的作用。

除了詳實(shí)的技術(shù)演講，還有生動的現(xiàn)場演示，例如在DM6446評估板所進(jìn)行的基于達(dá)芬奇的數(shù)字機(jī)頂盒的實(shí)現(xiàn)。在此可以直觀地看到H.264解碼器的性能，還可以探討以實(shí)現(xiàn)屏幕圖文顯示(OSD)的功能和效果。

第二講：達(dá)芬奇軟件技術(shù)詳解

與以往的數(shù)字視頻處理器系統(tǒng)相比，達(dá)芬奇的特別之處還在于其強(qiáng)大的軟件系統(tǒng)支持基礎(chǔ)，因此其目標(biāo)就是力爭加快數(shù)字視頻產(chǎn)品投入市場的時間。當(dāng)前的數(shù)字視頻產(chǎn)品往往需要支持多種媒體格式，在確定新產(chǎn)品思想后要經(jīng)過兩個開發(fā)階段，第一是創(chuàng)建軟件基礎(chǔ)，第二是產(chǎn)品的特色化設(shè)計(jì)。

在過去前一階段比后一階段要長得多，有時因?yàn)橥系眠^長而失去了進(jìn)入市場的時機(jī)。達(dá)芬奇的推出就是要從根本上扭轉(zhuǎn)這種局面，這便有可能將軟件開發(fā)階段縮減一半或幾分之一，而為產(chǎn)品的特色化贏得更多的時間。

在具體的軟件設(shè)計(jì)中，對于數(shù)字多種媒體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，圍繞用戶代碼的主線程有四個部分，其一是輸入源數(shù)據(jù)，其二是輸出結(jié)果，其三是算法處理實(shí)體，其四是用戶界面(GUI)。達(dá)芬奇系統(tǒng)在底層以通用嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過構(gòu)建達(dá)芬奇框架結(jié)構(gòu)Davinci Framework)來協(xié)調(diào)各部分工作流程，并對數(shù)字視頻(video)、影像(Imaging)、語音(Speech)和音頻(Audio)類的軟件提供相應(yīng)的應(yīng)用程序接口，即簡稱為VISA API，另外也對簡單外設(shè)軟件接口提供應(yīng)用程序接口，即EPSI  API。

這樣就建立了達(dá)芬奇軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系，如圖2所示。在這里，VISA包含在SPL層中，實(shí)現(xiàn)基本的編解碼器功能；而EPSI則包含在IOL層中，實(shí)現(xiàn)基本的輸入輸出功能。還有一個APL層用以支持高級應(yīng)用的開發(fā)。

圖2  達(dá)芬奇軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為了使DSP算法規(guī)范化，TI曾經(jīng)大力推廣eXpressDSP的開發(fā)理念并獲得成功，目前全球上千種由TI或第三方提供的算法具有eXpressDSP的兼容性，這個DSP的算法標(biāo)準(zhǔn)稱為xDIAS。xDIAS可以提供為所有兼容性算法與一致化的API管理存儲器資源的能力。而在達(dá)芬奇的軟件中所使用的是一個針對數(shù)字媒體的算法標(biāo)準(zhǔn)，稱為xDM，xDIAS-DM可視為是擴(kuò)展的xDIAS。對于VISA中的編解碼器引擎都有相對應(yīng)的xDM，而xDM部件也可以很容易地切換。

在達(dá)芬奇系統(tǒng)的開發(fā)中，信號處理內(nèi)容就存在以下四種選擇，第一種選擇，就是自己開發(fā)自己的符合xDM的算法；第二種選擇，就是去買原始的編解碼算法，這也是符合xDIAS-DM的軟件并以庫，即.lib的方式提供；第三種選擇，就是去買封裝了的編解碼器組件，同樣是以.lib庫的方式提供，但已根據(jù)需要進(jìn)行了封裝并可直接集成到應(yīng)用系統(tǒng)中；第四種選擇，就是去獲取完整的DSP可執(zhí)行軟件，這可以從TI或TI的ASP得到，這些軟件已針對特定市場而優(yōu)化，如視頻監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)AV播放、IP可視電話、視頻會議，還有其他的新興應(yīng)用。

第三講：達(dá)芬奇輸入輸出技術(shù)分析

在數(shù)字視頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，輸入輸出(I/O)驅(qū)動程序是非常繁瑣的工作。在達(dá)芬奇系統(tǒng)的開發(fā)中，這一部分的工作強(qiáng)度已被大大簡化了。基于linux的軟件內(nèi)核有助于I/O問題的解決, 如圖3所示為達(dá)芬奇輸入輸出驅(qū)動結(jié)構(gòu)。

圖3  達(dá)芬奇輸入輸出驅(qū)動結(jié)構(gòu)

在達(dá)芬奇的實(shí)際開發(fā)工作中可以有如下四個步驟：第一，加載驅(qū)動程序到內(nèi)核；第二，創(chuàng)建一個虛擬文件作為驅(qū)動程序參考；第三，用文件系統(tǒng)放置驅(qū)動程序；第四，用打開、讀取、寫入和關(guān)閉方式進(jìn)入資源。

在視頻的獲取中，有一個名為v412的標(biāo)準(zhǔn)的Linux視頻驅(qū)動程序，在許多Linux系統(tǒng)中也常常用到，在達(dá)芬奇系統(tǒng)中同樣也有完善的支持。

在視頻的顯示中，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)Linux視頻驅(qū)動程序是fbdev, 可以將一個顯示設(shè)備的幀緩沖器映射到用戶空間。在達(dá)芬奇系統(tǒng)中，可以直觀地顯示出多個視頻和OSD的窗口，這也可以在DM6446的評估系統(tǒng)中進(jìn)行演示。

第四講：達(dá)芬奇技術(shù)開發(fā)支持

達(dá)芬奇系統(tǒng)的開發(fā)其實(shí)就是TI傳統(tǒng)DSP開發(fā)模式的延伸，仍然可以采用eXpressDSP的開發(fā)理念，只是在其中增加了豐富的數(shù)字視頻和音頻的內(nèi)容。首先，開發(fā)集成軟件環(huán)境還是業(yè)界熟識的Code Composer Studio，版本需要V3.2；另外，實(shí)時仿真調(diào)試工具還是XDS系列JTAG適配器，當(dāng)然對于高速視頻系統(tǒng)的開發(fā)，XDS560應(yīng)該更適合。

一個完整的達(dá)芬奇程序開發(fā)集成方案可以如圖4所示意，其中硬件上主系統(tǒng)與目標(biāo)可以通過仿真器或以太網(wǎng)進(jìn)行連接。在主系統(tǒng)中可以使用TI的優(yōu)化編譯包，也可使用TI第三方Green Hills的GHS優(yōu)化編譯包。調(diào)試中可以使用多工具包以適用不同需要的要求，這里大多為TI的軟件支持模塊，也有來自第三方的模塊和插件。

圖4  達(dá)芬奇程序開發(fā)集成方案

在達(dá)芬奇數(shù)字視頻的全國巡回研討會中，我們不斷與許多客戶進(jìn)行溝通，得到了很多積極的反饋和建議，這將有利于TI繼續(xù)完善達(dá)芬奇技術(shù)和系統(tǒng)的支持模式。隨著新一批達(dá)芬奇芯片的推出，TI與客戶的研討與交流還會持續(xù)深入進(jìn)行下去，我們期待達(dá)芬奇為中國企業(yè)帶來的創(chuàng)新浪潮能夠結(jié)出更多的碩果。