達(dá)芬奇之旅--TI數(shù)字視頻巡回研討會(huì)的技術(shù)核心

摘要： 本文將達(dá)芬奇數(shù)字視頻的全國(guó)巡回研討會(huì)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(tái)至今已經(jīng)整整一年時(shí)間，在這過(guò)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(kāi)發(fā)上成果顯著，同時(shí)對(duì)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(kāi)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(guó)推進(jìn)的步伐，開(kāi)始醞釀并實(shí)施一系列技術(shù)推廣活動(dòng)。

目前，業(yè)界對(duì)達(dá)芬奇創(chuàng)新的沖動(dòng)已化為實(shí)現(xiàn)的行動(dòng)，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(gè)月中陸續(xù)登場(chǎng)，“達(dá)芬奇效應(yīng)”正在如預(yù)期那樣蓄勢(shì)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(jiǎn)言之就是包含有針對(duì)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(gè)基本組成，即處理器、軟件、開(kāi)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(gè)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(chǔ)器、ATA硬盤(pán)和多種存儲(chǔ)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(duì)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(yǔ)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(guò)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(dòng)程序支持，同時(shí)有助于實(shí)現(xiàn)處理器間的通信。

達(dá)芬奇有多種開(kāi)發(fā)工具套件以滿(mǎn)足各種需求，其中評(píng)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(kāi)發(fā)平臺(tái)和Green Hills開(kāi)發(fā)工作將對(duì)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(lái)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(lèi)產(chǎn)品都有機(jī)會(huì)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(gè)人媒體播放器、數(shù)字機(jī)頂盒、IP可視電話(huà)、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(pán)錄相機(jī)等，還有未來(lái)創(chuàng)新的數(shù)字視頻，如包含汽車(chē)智能視覺(jué)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(huì)上，對(duì)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(kāi)發(fā)工具的特點(diǎn)和在達(dá)芬奇軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中的作用。

除了詳實(shí)的技術(shù)演講，還有生動(dòng)的現(xiàn)場(chǎng)演示，例如在DM6446評(píng)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(zhēng)加快數(shù)字視頻產(chǎn)品投入市場(chǎng)的時(shí)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(guò)兩個(gè)開(kāi)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(guò)去前一階段比后一階段要長(zhǎng)得多，有時(shí)因?yàn)橥系眠^(guò)長(zhǎng)而失去了進(jìn)入市場(chǎng)的時(shí)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(kāi)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(shí)間。

在具體的軟件設(shè)計(jì)中，對(duì)于數(shù)字多種媒體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，圍繞用戶(hù)代碼的主線程有四個(gè)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(hù)界面(GUI)。達(dá)芬奇系統(tǒng)在底層以通用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過(guò)構(gòu)建達(dá)芬奇框架結(jié)構(gòu)Davinci Framework)來(lái)協(xié)調(diào)各部分工作流程，并對(duì)數(shù)字視頻(video)、影像(Imaging)、語(yǔ)音(Speech)和音頻(Audio)類(lèi)的軟件提供相應(yīng)的應(yīng)用程序接口，即簡(jiǎn)稱(chēng)為VISA API，另外也對(duì)簡(jiǎn)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(gè)APL層用以支持高級(jí)應(yīng)用的開(kāi)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(kāi)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(gè)DSP的算法標(biāo)準(zhǔn)稱(chēng)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(chǔ)器資源的能力。而在達(dá)芬奇的軟件中所使用的是一個(gè)針對(duì)數(shù)字媒體的算法標(biāo)準(zhǔn)，稱(chēng)為xDM，xDIAS-DM可視為是擴(kuò)展的xDIAS。對(duì)于VISA中的編解碼器引擎都有相對(duì)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(kāi)發(fā)中，信號(hào)處理內(nèi)容就存在以下四種選擇，第一種選擇，就是自己開(kāi)發(fā)自己的符合x(chóng)DM的算法；第二種選擇，就是去買(mǎi)原始的編解碼算法，這也是符合x(chóng)DIAS-DM的軟件并以庫(kù)，即.lib的方式提供；第三種選擇，就是去買(mǎi)封裝了的編解碼器組件，同樣是以.lib庫(kù)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(duì)特定市場(chǎng)而優(yōu)化，如視頻監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)AV播放、IP可視電話(huà)、視頻會(huì)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(dòng)程序是非常繁瑣的工作。在達(dá)芬奇系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中，這一部分的工作強(qiáng)度已被大大簡(jiǎn)化了?；趌inux的軟件內(nèi)核有助于I/O問(wèn)題的解決, 如圖3所示為達(dá)芬奇輸入輸出驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。

圖3  達(dá)芬奇輸入輸出驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)

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

在視頻的獲取中，有一個(gè)名為v412的標(biāo)準(zhǔn)的Linux視頻驅(qū)動(dòng)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(dòng)程序是fbdev, 可以將一個(gè)顯示設(shè)備的幀緩沖器映射到用戶(hù)空間。在達(dá)芬奇系統(tǒng)中，可以直觀地顯示出多個(gè)視頻和OSD的窗口，這也可以在DM6446的評(píng)估系統(tǒng)中進(jìn)行演示。

第四講：達(dá)芬奇技術(shù)開(kāi)發(fā)支持

達(dá)芬奇系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)其實(shí)就是TI傳統(tǒng)DSP開(kāi)發(fā)模式的延伸，仍然可以采用eXpressDSP的開(kāi)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(kāi)發(fā)集成軟件環(huán)境還是業(yè)界熟識(shí)的Code Composer Studio，版本需要V3.2；另外，實(shí)時(shí)仿真調(diào)試工具還是XDS系列JTAG適配器，當(dāng)然對(duì)于高速視頻系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，XDS560應(yīng)該更適合。

一個(gè)完整的達(dá)芬奇程序開(kāi)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(guò)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T(mén)I的軟件支持模塊，也有來(lái)自第三方的模塊和插件。

圖4  達(dá)芬奇程序開(kāi)發(fā)集成方案

在達(dá)芬奇數(shù)字視頻的全國(guó)巡回研討會(huì)中，我們不斷與許多客戶(hù)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(hù)的研討與交流還會(huì)持續(xù)深入進(jìn)行下去，我們期待達(dá)芬奇為中國(guó)企業(yè)帶來(lái)的創(chuàng)新浪潮能夠結(jié)出更多的碩果。