德州儀器的數字視頻編解碼器的應用

數字教育平臺為了滿足o型制造商對更多功能、更高性能的需求，德州儀器（ti）使用先進的數字信號處理器（sd）技術，為開發人員提供了基于z和每件的更高級的解決方案。以達芬奇技術為基礎,TI正致力于提供更先進的產品開發工具和更高水平的技術支持。其首批處理器TMS320DM6446與TMS320DM6443堪稱名符其實基于創新型DSP的片上系統(SoC),而且具備專用于加速數字視頻應用的集成式協處理器引擎。但是,達芬奇技術不僅僅包含傳統的開發工具和應用支持套件,還可以滿足開發人員快速、輕松實現數字視頻的基本軟件需求。這種策略的目標是將數字視頻推向組件級,從而使開發人員能夠在無需任何DSP代碼編程的情況下也能為應用引入數字視頻功能。這一切得益于應用編程接口(API),因為開發人員無需手動編碼和優化匯編級代碼,而是通過API實施數字視頻,這就顯著降低了設計復雜性。換言之,達芬奇技術使開發人員能夠以最低設計投資實現最佳的創新功能和高性能的數字視頻能力。視頻應具有三種基本功能開發人員目前所面對的主要設計挑戰之一是準確確定數字視頻的內涵。例如,數字視頻編碼可以采用不同格式:MPEG-2,MPEG-4,WindowsMediaVideo(WMV),DivX,H.264,H.263。數字視頻的存儲可以采用各種機制:非易失存儲器,如便攜閃存;本地硬盤;遠程服務器;固定媒體,如DVD或VCD;遠程設備,如相機或個人媒體播放器。數字視頻可以采用數種訪問方式:固定文件,廣播媒體,實時網絡數據流,非實時數據流,固網,無線網絡。可以通過多種方式處理內容,以使內容:擴展至多個視角;針對不同編解碼器進行碼制轉換,以便使用非兼容設備播放;存儲到非易失存儲器或硬盤,以便隨后播放;使用對象識別和跟蹤技術進行分析,以便用于實時安全應用。集成了數字視頻功能的最佳應用應當能夠支持各種變化形式的視頻功能,因為用戶不希望在視頻交互地點和方式方面受到限制。事實上此類細節對用戶是透明的。盡管用戶不希望對具體視頻流的來源費心,但是從實施角度來看數字視頻設備需要理解各種視頻源和目的地之間的差異,因為每種機制都具有不同優勢和劣勢,而其直接影響視頻質量和視頻流的最佳處理方式。例如,通過網絡傳輸的視頻需要在不影響視頻質量情況下容許抖動和時延。以無線方式傳輸的視頻容易出現丟包現象,而且也必須能夠根據現有網絡條件對數據速率進行動態調整。由于無法重新傳輸壞幀,因此通過天線接收的廣播視頻必須具備糾錯機制。即使簡單的DVD讀取也必須考慮DVD表面的劃痕,因為它們可能會導致讓人無法忍受的畫面定格和無數次重讀。上述各種情況下的問題都相當復雜,而且實現它們也不能說微不足道。除此之外,用戶希望這些問題都能得到解決,而且并不認為實現這些功能是產品的什么新奇之處。現在的開發人員沒有足夠的帶寬來容納這些變化,因為實施細節已占用大量帶寬。避免任何難題這正是API的用武之地。通過從應用使用中抽取實施細節,API使開發人員能夠集中精力實施應用開發,而無需將大量時間用于考慮具體實施問題。例如,從應用角度來看,開發人員只需考慮視頻流的訪問。利用API,只需通過GetVideo()如此簡單的函數調用即可實現上述目的。GetVideo()函數包含此例中涉及檢索下一幀視頻的所有復雜細節。值得注意的是,這實際上并不能避免任何難題。GetVideo()的首要任務是明確視頻來源,然后著手所有復雜的實施細節。API的任務是將復雜性封閉在應用層。這樣,應用能以各種來源訪問視頻流,而不管其實施差異,不用大幅修改應用程序代碼。這是達芬奇技術和集成組件的主要價值定位之一。通過提供必要的軟件和API基礎架構,達芬奇API使開發人員能夠通過簡單的函數調用實現數字視頻。開發人員無需為編解碼器的實施細節煩心。他們能夠利用現成的驅動程序與編解碼器,而無需花費數月時間設計算法以及針對特定平臺和應用進行優化,同時可以把精力和開發資源投入到能夠真正增值的應用層軟件上。為了保護OEM廠商的代碼投資,API另外還為他們提供關鍵的保障。通過提高代碼的可移植性,API可以實現跨產品的平穩過渡。開發人員不但可以在初始和后續設計過程中更迅速進入市場,而且還能夠輕松兼容不斷變化和演進的多媒體格式。TI及其合作伙伴將確保達芬奇驅動程序和編解碼器采用最新的標準,保證開發人員通過使自己的設計支持最新、最流行的多媒體格式而獲得最大的競爭優勢。另外,由于格式的實施細節包含在底層驅動程序的API之中,開發人員無需對此煩心。開發人員任何時候都不需要了解如何為DSP編程,也不需要了解基于硬件的復雜的視頻加速引擎,只用一門心思地充分利用達芬奇器件的高性能特性。強大的數字視頻引擎達芬奇技術為簡化數字視頻實施所提供的一大要素是采用現有成熟標準和進程。TI不要求開發人員熟悉所有專用API,而是使達芬奇技術以Linux開發人員已經熟悉的Linux驅動程序為基礎。達芬奇技術目前支持基于MontaVista公司MontaVista專業版的Linux2.6.10。從互連角度來看,利用標準API調用可以執行標準通信操作,如:打開、關閉、讀出和寫入。這樣,開發人員就能夠簡單明了地訪問豐富的外設和視頻源,而無需重新開發自己的接口。另外,對于基于存儲的外設而言,開發人員可以通過文件系統界面存取數據,從而進一步簡化數字視頻開發過程。用于達芬奇技術、基于Linux的視頻驅動程序使開發人員能夠完全訪問和控制視頻功能,而不需要成為數字視頻或DSP方面的專家。開發人員利用API可以在不進行復雜編程的情況下根據具體應用的需求配置基于硬件的視頻引擎。例如,開發人員可以設置參數,以便調整圖像尺寸、每像素位數、刷新頻率和調色板(colormappalette),以及管理幀緩沖器和達芬奇處理器的屏幕菜單式調節(OSD)功能(該功能使開發人員能夠在視頻上疊加文字、圖像并能為畫中畫功能疊加多個視頻流)。此外,達芬奇的音頻驅動程序也可提供豐富的功能,如錄制、播放和實現多種采樣頻率(8KHz、16KHz、22KHz、44.1KHz、48KHz與96KHz)。此外,每種功能實施背后的復雜細節均由通過通用LinuxAPI訪問的底層驅動程序處理,因此對開發人員是完全透明的。TMS320DM644x器件的計算資源采用最佳方式實現,無需開發人員進行任何編程。其中包括復雜的操作,如優化利用DSP資源與硬件加速引擎、為了提高數據傳輸效率以連鎖模式利用增強型直接存儲器存取(EDMA)外設、以及為了靈活地滿足不同應用需求以Interrupt而非Tasklet模式進行數據包處理。標準接口的視頻存儲以家庭媒體網關為例——其允許用戶播放各種來源的視頻,包括通過以太網連接的PC、通過USB2.0連接的相機以及通過ATA連接到硬盤的文件存儲器。由于達芬奇技術是基于標準Linux驅動程序之上,因此用于視頻數據的應用程序代碼在視頻源打開之后可以像上述各種情況下的文件傳輸一樣簡單:顯示H.264視頻的HDD偽代碼示例:這就是訪問各種來源的視頻的全部代碼。重要的是,同樣的代碼可以用于各種情況,從而使應用程序代碼具有靈活性和多功能性。在確定數字視頻的目的地時上述靈活性同樣至關重要。以機頂盒為例,其可直接連接家庭影院監視器或PC屏幕,或者可以向個人媒體播放器下載內容。每種顯示器都具有不同的分辨率,而且可能不支持接收視頻的原始格式。同樣,在視頻源打開并且配置之后,應用程序代碼就簡單明了:修改顯示尺寸的偽代碼示例:由于達芬奇技術采用了業界流行的API,因此高級視頻功能的實施同樣極為簡單。例如,時移(Time-shifting)功能使觀眾能夠在泡茶或接電話時暫停實時視頻源的播放。因此,時移功能要求把實時視頻存儲到硬盤而不是立即播放,從而使用戶不錯過任何節目。當用戶繼續播放時,設備在播放已經保存的視頻時必須繼續把進入的視頻存儲到硬盤上(即:視頻的同時編解碼)。應用程序代碼與前面的例子一樣簡單明了:用于暫停與繼續視頻播放的偽代碼示例:fpga模塊達芬奇的靈活性來自于其可編程架構。例如,TMS320DM644x就是一種雙核ARM可編程架構具有非常顯著的優勢。雖然ASIC提供完整實施,但它們只能夠用于單個產品。另外,如果產品規格不斷變化,就必須重新設計ASIC,而這是一個費時費錢的過程。盡管FPGA提供充分的可編程處理能力,但是它們遠遠不能提供完整的實施,實際上帶來的是十分低下的設計效率,因為開發人員必須在另外一種獨立的硬件開發環境中工作。達芬奇技術兼具這兩種方案的優勢。由于其架構對于ARM和DSP核心均具備可編程性,開發人員能夠通過代碼和驅動程序將系統保持在最新、最優狀態。由于必要的API代碼和驅動程序是由TI及其合作伙伴提供的,因此數字視頻實施具有完整性。憑借達芬奇處理器的可編程性,基于單個應用開發的IP能夠得到重復利用。而對于ASIC,系統支持的每個編解碼器都需要單獨的硬件。由于DM644x的可編程性,相同的硬件資源可以進行動態配置,以支持適時所需的任何編解碼器,從而可以保護和最大程度地利用硬件資源,盡可能降低系統成本。linux基石隨著低成本芯片的充足供應,數字視頻將迅速成為消費類與嵌入式電子產品市場中突顯產品特色的一項功能。為了保持競爭力,開發人員需要能夠以盡可能快的速度、盡可能高的效率在設計中引入數字視頻功能。由于基于SoC技術的先進芯片是實現數字視頻上市的要素,因此,如果離開適當的軟件工具與全面的集成軟件,開發人員就不得不把大量設計資源投入到開發基本數字視頻功能的艱巨任務中,而無法集中力量增加應用層的價值。借助高級Linux支持、業界標準API及可用