數字視頻編解碼芯片ADV611的原理與應用
加入技術交流群
1 引言
本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/20728.htm人類步入網絡時代以來，就一直期待著實時傳輸視頻圖像信號，而它所面臨的主要問題是既要保證傳輸圖像質量，又要盡可能少地占用有限的信道資源。由于視頻圖像信號的空間冗余度和時間冗余度很大，可以方便而有效地進行數據壓縮，因此圖像壓縮技術已成為多媒體時代最熱門的技術之一，它已廣泛地應用在電視會議、可視電話、遠程監(jiān)控等遠程圖像傳輸系統中。
隨著微處理技術的發(fā)展，專用的圖像壓縮/解壓縮asic芯片不斷出現。以前，圖像壓縮技術主要是基于dct分塊變換編碼，這種方法的弊病是無法得到高壓縮率，如果提高了壓縮率，圖像質量就會大大降低。小波變換是80年代中期興起的一種圖像壓縮新技術，是對整幅圖像進行變換，充分利用了圖像整體相關性并消除了dct編碼帶來的方塊效應。小波級數可以在不同分辨率下逼近某一函數，實現多分辨率分解，獲得很高的壓縮比，已被廣泛應用在視頻圖像壓縮領域。analog公司首家推出基于小波變換的實時視頻壓縮解壓縮芯片adv6××系列，其最新芯片是adv611/612，其中，adv611主要應用于室溫下，而adv612適用于工業(yè)領域，但它們的工作原理是一致的。本文就adv611的原理和應用等問題進行闡述。2 adv611簡介
2.1 工作原理
adv611是ad公司推出的新一代基于小波理論的視頻壓縮解壓縮芯片，是一種低價、單片、多功能、全數字的cmos-vlsi器件。adv611支持對ccir-611數字視頻進行高畫質實時壓縮解壓縮，壓縮倍數從視覺無失真感到7500倍，并能獲得比較好的主觀評價效果。壓縮的數據率是由輸入的數據率和被選擇的壓縮率決定的，靠與之相連接的片外dsp或主機根據當前場統計特性計算量化步長值。adv611能獲得近乎穩(wěn)定的壓縮比特率，片內集成了數字視頻接口、主機接口和在片sram等，主要應用于閉路電視等。
adv611的基本工作原理：編碼時從它的數字視頻接口接收未壓縮的數字視頻信號，經小波變換和幀抽取、系數量化、游程編碼和huffman編碼，產生壓縮后的數據流，送入集成于片內的512×32位大小的fifo緩沖區(qū)，一旦fifo的數據量達到主機在寄存器里的預置值時，adv611就發(fā)出中斷請求信號，從它與主處理器的接口輸出壓縮數據比特流。當解壓縮時，壓縮數據從主處理器接口送入到fifo里，然后經過與編碼時的逆過程，數字視頻接口輸出標準的數字視頻分量。
adv611共有84個數據寄存器和一系列的狀態(tài)、控制字寄存器。其中，數據寄存器是片內fifo的映射 ，用于存儲經小波變換后的圖像壓縮數據（編碼和解碼過程各需要42個），以供自適應量化和熵編碼進行進一步數據壓縮，實現實時視頻信號壓縮。狀態(tài)和控制字寄存器是間接寄存器，adv611對它們進行統一編址，通過主機接口訪問片內四個32位直接寄存器進行讀寫操作。2.2 功能方框圖
adv611為實現強大的壓縮功能，引出了120個引腳，采用lqfp封裝。圖1是其內部功能方框圖。
如圖1所示，整個芯片由8個功能模塊組成，其中3個是接口模塊，另5個是數字信號處理模塊。接口模塊包括數字視頻輸入i/o接口（digital
video i/o port）、主機 i/o接口(host i/o port)和外部dram存儲管理器（external dram
manager）；5個數字信號處理模塊是小波核（wavelet kernel）、片內變換緩沖器（on-chip transform
buffer）、可編程量化器（programmable quantizer）、游程編碼器（run length coder）和huffman編碼器（huffman
coder）。
3 adv611編解碼方案的實現
作為一種通用的vlsi芯片，adv611在設計時充分考慮到兼容性和使用的方便性。支持philips公司生產的saa系列視頻芯片、brooktree公司的bt系列以及raytheon等公司的視頻芯片。adv611既可以與微型機直接連接，也可以工作在脫機條件下。adv611的一個典型應用如圖2所示。
3.1 在微機系統中的應用
adv611的許多優(yōu)越性能能夠在計算機應用系統中得到實現，如圖3所示，只要附加一片saa7111就可實現復合視頻信號的數字化、壓縮和存儲。adv611與主機的接口有：32位數據總線（d0～d31）、兩位地址線（adr0、adr1）、片選信號/cs（通過譯碼器實現）、讀寫信號（/rd、/wr）以及具體主機跟adv611之間的握手信號。
3.2 在脫機狀態(tài)下的應用
視頻圖像編解碼除了可以通過微機平臺實現外，還可以運用以dsp為主的微處理器控制對圖像的壓縮解壓縮。adv611本身已集成了圖像編解碼的算法，利用高速dsp對圖像壓縮的效果進行實時調節(jié)，控制數據速率和圖像數據的傳輸，可以方便地設計一種脫機圖像系統，如圖4所示。通過主機接口dsp對adv611進行控制和bw量值計算。
4 結束語
如上所述，adv611要實現7500：1的視頻壓縮比，其理論依據是小波變換。為了獲得最大的壓縮效率 ，就必須要充分掌握小波濾波器的結構和性能。此外，adv611具有adv601所沒有的功能——區(qū)域高清晰度框的控制，可以對傳輸圖像進行重點截取，進一步提高壓縮率。在通常閉路電視或監(jiān)控系統的應用中，往往并不要求視頻圖像的連續(xù)顯示，因此可以對幀速率進行壓縮，如可把幀速率降到一秒一場，這在大多數場合是允許的。下面以a/d變換后速率為167mbit/s的ntsc數字視頻信號為例，說明進行adv611硬件壓縮到速率為25kbit/s的壓縮方法： ·圖像的小波變換、自適應量化和huffman編碼壓縮到250：1 ·幀速率壓縮到1 frame/s
·區(qū)域高清晰度框的尺寸小于整幅圖像的1%
·背景對比度衰減18db
評論