全面解讀 嵌入式DSP上的視頻編解碼
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時(shí)間：2012-10-12
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)
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當(dāng)僅用于播放音頻時(shí)—如典型的MP3播放器，也可使用單DSP解決方案。此系統(tǒng)中DSP進(jìn)行音頻解碼、文件/流數(shù)據(jù)處理，還同時(shí)控制鍵盤(pán)、顯示屏和存儲(chǔ)器等。由于DSP處理音頻解碼更為高效，因此使用如ZSP400 DSP而非微控制器可以顯著降低功耗。此外，基于DSP的解決方案可進(jìn)行軟件升級(jí)，以支持運(yùn)算更為密集的音頻標(biāo)準(zhǔn)(比如aac Plus)，此時(shí)微控制器可能無(wú)法處理額外增加的負(fù)荷。
視頻移動(dòng)電話(huà)：該類(lèi)應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)取決于電話(huà)的功能要求。視頻將是流視頻或者短的視頻序列回放。通過(guò)軟件解碼而無(wú)需額外硬件，既可滿(mǎn)足這些設(shè)備的性能要求。而且大多數(shù)的電話(huà)集成了微控制器和DSP，因此視頻解碼可通過(guò)DSP實(shí)現(xiàn)，這也使得低功耗精巧系統(tǒng)成為可能。另外一些電話(huà)可能包含PMP或者數(shù)碼攝像機(jī)的一些功能，單純的DSP設(shè)計(jì)方案無(wú)法滿(mǎn)足要求，這就需要額外的硬件加速。
視頻桌面電話(huà)：該設(shè)備提供視頻會(huì)議功能，需要在強(qiáng)實(shí)時(shí)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(huà)具備QVGA或者更大的顯示屏；此外，用戶(hù)通常期望有比無(wú)線(xiàn)移動(dòng)設(shè)備更佳的語(yǔ)音/視頻質(zhì)量。這意味幀率應(yīng)當(dāng)更高，掉幀率/卡幀率應(yīng)當(dāng)盡可能低，此時(shí)可能需要采用硬件解決方案完成視頻編解碼。語(yǔ)音編解碼可通過(guò)低成本的DSP(如ZSPneo)或者系統(tǒng)中的微控制器實(shí)現(xiàn)。
移動(dòng)數(shù)碼攝像機(jī)(DVR)：對(duì)于該類(lèi)設(shè)備，多標(biāo)準(zhǔn)編解碼沒(méi)有必要，大多數(shù)僅使用單一視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)。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(shí)系統(tǒng)微控制器用于驅(qū)動(dòng)視頻和音頻硬件模塊。
機(jī)頂盒：機(jī)頂盒需要完成高質(zhì)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(zhì)量的要求(幀尺寸，幀率，比特率和容錯(cuò)能力)使其幾乎只能通過(guò)硬件解碼來(lái)進(jìn)行。當(dāng)然，因?yàn)椴幌褚苿?dòng)設(shè)備對(duì)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(lái)設(shè)計(jì)可處理各種視頻編解碼器的系統(tǒng)。根據(jù)功能要求，機(jī)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(wǎng)絡(luò)流媒體領(lǐng)域。這時(shí)可用DSP中的軟件處理音頻。為了實(shí)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(shí)用于音頻處理的DSP將會(huì)是如ZSP500這樣的高性能處理器，以實(shí)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(shè)計(jì)配置
針對(duì)本文宗旨，我們可以考慮以下4種基本設(shè)計(jì)配置：第一種設(shè)計(jì)包含1個(gè)微控制器和1個(gè)DSP(MC+DSP)；第二種設(shè)計(jì)包括1個(gè)微控制器和1個(gè)DSP，但是DSP同時(shí)也控制1個(gè)視頻編碼/解碼硬件模塊(MC+[DSP+VHW])；第三種設(shè)計(jì)使用1個(gè)微控制器，DSP和視頻編碼/解碼硬件模塊(MC+DSP+VHW)，在該設(shè)計(jì)中微控制器控制DSP和視頻硬件模塊；最后一種設(shè)計(jì)包含1個(gè)微控制器，1個(gè)視頻編碼/解碼硬件模塊，1個(gè)音頻編碼/解碼硬件模塊(MC+VHW+AHW)。在上述各類(lèi)設(shè)計(jì)中，微控制器負(fù)責(zé)典型的嵌入式控制任務(wù)：包括用戶(hù)控制連接(如操縱桿控制)，USB/UART/以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)，協(xié)議層(如TCP/IP, HTTP)等。
MC+DSP－微控制器和DSP用于低視頻解析度(CIF)，軟件可升級(jí)，支持多種音、視頻標(biāo)準(zhǔn)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(tái)可輕松實(shí)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(fù)責(zé)音/視頻同步，同時(shí)也能用于畫(huà)中畫(huà)或者其他視頻疊加功能。該系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是音頻/視頻子系統(tǒng)可設(shè)計(jì)為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的多媒體編/解碼器，可輕松植入系統(tǒng)而不會(huì)增加太多的復(fù)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(jìn)眾多現(xiàn)有微控制器系統(tǒng)中，從而使這個(gè)方案具備相當(dāng)吸引力。該編/解碼系統(tǒng)可被當(dāng)作一個(gè)具有標(biāo)準(zhǔn)本地總線(xiàn)接口的ASSP產(chǎn)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(shí)現(xiàn)音/視頻同步。這就需要更復(fù)雜的微控制器設(shè)計(jì)，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(diào)DSP和VHW，同時(shí)還要執(zhí)行其它的控制任務(wù)以及所有的協(xié)調(diào)操作，因此該方案實(shí)現(xiàn)困難很多。
該配置的一個(gè)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(gè)性能強(qiáng)大的DSP，但會(huì)使系統(tǒng)靈活性更強(qiáng)，并支持多種視頻解碼標(biāo)準(zhǔn)。
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(wù)。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(shè)計(jì)中的音頻編解碼器而不能軟件升級(jí))外，和MC+DSP+VHW很相象。其好處在于它能與特定應(yīng)用配合，與各種前述方案相比具有最佳的功耗。
本文小結(jié)
嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)取決于特定的目標(biāo)應(yīng)用。軟件靈活性、功耗和性能的綜合考慮決定最佳配置方案。應(yīng)用很廣泛，解決方案則反映了不同應(yīng)用的需求。一些應(yīng)用需要低功耗而其他需要靈活性和/或高性能。DSP可提供良好的性能和低功耗，同時(shí)可增加靈活性；完美適合于各種應(yīng)用。由于整個(gè)多媒體解決方案(音/視頻編解碼和音/視頻同步)可作為單一模塊輕松集成至現(xiàn)有和新系統(tǒng)中；這將使大量復(fù)雜問(wèn)題得到一次性解決并在以后可多次重用，從而降低了使用多媒體模塊的系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成本和總體開(kāi)發(fā)時(shí)間。
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