TrimediaDSP芯片在視頻通信中的應(yīng)用

Trimedia集成電路是Philips公司新近推出的針對多媒體應(yīng)用的一種高性能DSP兼CPU，它能夠進(jìn)行高質(zhì)量的視頻和音頻處理。Trimedia現(xiàn)有三種型號：Tm1000、Tm1100和Tm1300，處理器的主頻分別為100MHz、133MHz和166MHz。下面以Tm1300為例，來介紹Trimedia在視頻通信中的設(shè)計(jì)方法和技巧。

芯片簡介

Tm1300采用BGA封裝，引腳數(shù)為292，尺寸為27×27×1.55mm。Tm1300提供兩部分電源：內(nèi)核電源和輸入輸出電源。內(nèi)核電源電流為1200mA，電壓為2.5V。輸入輸出電源電流為150mA，電壓為3.3V。

首先簡要介紹一下Tm1300,它的結(jié)構(gòu)如圖1所示：

Tm1300的核心是32位的處理器，能夠進(jìn)行32位的線性尋址，尋址能力可達(dá)到4GB。同時它含有128個通用寄存器，它們不象其它DSP的寄存器那樣分段，所有的操作都可以使用這些寄存器。Tm1300核心處理器采用的是VLIW (超長指令字)結(jié)構(gòu)，可以在每一時鐘周期內(nèi)同時進(jìn)行5個操作，VLIW結(jié)構(gòu)還可以減少處理器的工作量。Tm1300支持16KB的數(shù)據(jù)高速緩存和32KB的指令高速緩存，并且數(shù)據(jù)高速緩存是雙端口的，允許同時雙向接入。

Tm1300有別于一般的通用DSP，它有專門的視頻接口，音頻接口，網(wǎng)絡(luò)接口和相應(yīng)的處理單元。

(1) Tm1300的視頻處理單元包括：標(biāo)準(zhǔn)的視頻接口、圖象協(xié)處理器(ICP)和變字長解碼器(VLD)。標(biāo)準(zhǔn)的視頻輸入輸出口使Trimedia較方便地與具有CCIR656接口的PAL編解碼芯片互連。圖象協(xié)處理器主要用于圖象的濾波或縮放，提高處理的速度，節(jié)約處理器的資源。同樣，變字長解碼器可以減輕Trimedia用于Huffman解碼的工作量，有助于高比特率的MPEG-1、MPEG-2解碼，而在低碼率的視頻通信系統(tǒng)中可以通過軟件來實(shí)現(xiàn)而無需采用硬件VLD。

(2) Tm1300的音頻處理單元包括標(biāo)準(zhǔn)的音頻接口，能夠與大多數(shù)串行數(shù)據(jù)的音頻ADC和DAC相連接，通過編程可處理大多數(shù)的串行數(shù)據(jù)協(xié)議。與視頻處理單元一樣，音頻輸入輸出單元的緩沖器都在外部的DRAM中，這樣可以提高數(shù)據(jù)交換速度，有利于進(jìn)行實(shí)時處理。

Tm1300的I2C串行總線可以工作在主從兩種模式下。作為主模式時，Tm1300可通過I2C總線來配置一些外圍的芯片。作為從模式時，I2C總線從EEPROM中讀出數(shù)據(jù)，Tm1300上電啟動時采用這種模式，它通過I2C總線讀入一級啟動代碼，以便Tm1300進(jìn)一步讀入二級應(yīng)用程序，使之正常運(yùn)行。
Tm1300提供一個同步串口(SSI)，設(shè)計(jì)時可以靈活地使用該串口來接入各種網(wǎng)絡(luò)。既可以通過調(diào)制解調(diào)器接入模擬電話網(wǎng)，也可以接入ISDN網(wǎng)。通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn)主要通過軟件由Trimedia來完成。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

根據(jù)Tm1300的種種特征，可以利用它所提供的各種資源來靈活設(shè)計(jì)一個低碼率視頻通信系統(tǒng)。

系統(tǒng)的大部分工作都是由該DSP來完成，其中包括：視頻的編解碼，語音的編解碼，網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn)以及其他一些相關(guān)的工作。由于視頻通信系統(tǒng)是一種實(shí)時的系統(tǒng)，為此首先必需選擇一種實(shí)時的嵌入式操作系統(tǒng)作為操作平臺?？晒┻x擇的嵌入式操作系統(tǒng)有很多，如OS9000、PSOS等，用戶可根據(jù)實(shí)際需要來選擇。所有的軟件開發(fā)都是基于選定的操作系統(tǒng)之上的，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖（如圖2）如下：

視頻部分

視頻處理主要包括視頻的編碼與解碼。設(shè)計(jì)時可留兩個視頻輸入接口，一個模擬接口，一個數(shù)字接口。模擬口設(shè)計(jì)比較方便，而數(shù)字口的設(shè)計(jì)主要是從降低成本的角度來考慮的。模擬口的視頻信號經(jīng)過PAL解碼后，變成標(biāo)準(zhǔn)的CCIR656 4:2:2的視頻數(shù)字信號，視頻數(shù)字信號直接送入Trimedia，經(jīng)過壓縮編碼后，與編碼后的語音信號一起送入網(wǎng)絡(luò)。在接收端，Trimedia將接收到的編過碼的視頻信號解碼，然后送至PAL編碼芯片，最終將模擬的視頻信號輸出到顯示屏上。由于Trimedia本身速率的限制，我們只能完成低碼率的視頻通信，一般視頻編解碼可采用H.261或H.263標(biāo)準(zhǔn)，這兩種標(biāo)準(zhǔn)是ITU-T針對低碼率視頻通信而制定的。視頻的編解碼在整個系統(tǒng)中占用資源最多，因此在進(jìn)行視頻編解碼軟件開發(fā)時，盡量優(yōu)化程序，使之占用盡可能少的系統(tǒng)資源。可以從以下兩個方面來優(yōu)化：（1）算法優(yōu)化和（2）代碼優(yōu)化。

語音部分

同樣語音處理的主要任務(wù)是完成語音信號的壓縮編碼與解碼。對64kb/s的或128kb/s的線性語音信號進(jìn)行編碼，將其壓縮至8kb/s或更低碼率的數(shù)字信號，因此可以選用一種專門用于聲音A/D、D/A變換的芯片，來完成聲音信號從模擬到數(shù)字或從數(shù)字到模擬的變換。在發(fā)送端，經(jīng)過此芯片的處理，模擬的語音信號就轉(zhuǎn)變?yōu)?28kb/s的數(shù)字信號，再壓縮至8kb/s或更低碼率，然后與編碼后的視頻信號經(jīng)過復(fù)接送入網(wǎng)絡(luò)。在接收端，Trimedia首先將接收到的編碼后的語音信號解碼，然后送至音頻專用芯片經(jīng)D/A變換后，輸出到揚(yáng)聲器。語音通信的標(biāo)準(zhǔn)有：G.728和G.729。

網(wǎng)絡(luò)部分

在實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議時，可用SSI串口來接入網(wǎng)絡(luò)。一般采用專用的網(wǎng)絡(luò)接口芯，來完成這部分功能，如ISDN接口芯片、IP以太網(wǎng)接口芯片或PSTN接口芯片。因?yàn)閷Ｓ眯酒ㄟ^硬件完成了通信協(xié)議底層大部分的功能，這樣就大大減少了開發(fā)人員的軟件工作量，并且開發(fā)人員的主要工作集中在上層協(xié)議的開發(fā)。

PCI/XIO總線的使用

雖然Trimedia提供的PCI/XIO口主要是針對PCI總線的，但它仍可以當(dāng)作外部總線來利用，這樣就增加了設(shè)計(jì)的靈活性，我們既可以將系統(tǒng)設(shè)計(jì)成計(jì)算機(jī)插卡形式，也可以設(shè)計(jì)成獨(dú)立一體機(jī)形式。為了能設(shè)計(jì)成獨(dú)立視頻通信系統(tǒng),可以將PCI/XIO口轉(zhuǎn)成外部總線接口來使用，這樣就可以為Trimedia配置最多為16MB的EPROM或閃存，用于存放操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序。系統(tǒng)上電啟動后就可以直接運(yùn)行已經(jīng)固化的程序，而不用通過計(jì)算機(jī)來聯(lián)機(jī)運(yùn)行。并且通過與FPGA相結(jié)合來可以將外部總線的尋址范圍進(jìn)行分段，實(shí)現(xiàn)對多個外部可尋址芯片的操作。

Trimedia提供了功能較為完善的在線調(diào)試工具，設(shè)計(jì)人員可以通過在線調(diào)試工具-JTAG來開發(fā)Trimedia的各種資源和調(diào)試各種應(yīng)用程序，從而最終實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)。