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(duì)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(hào):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(shí)它含有128個(gè)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(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)進(jìn)行5個(gè)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(shí)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(shí)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(shí),Tm1300可通過I2C總線來配置一些外圍的芯片。作為從模式時(shí),I2C總線從EEPROM中讀出數(shù)據(jù),Tm1300上電啟動(dòng)時(shí)采用這種模式,它通過I2C總線讀入一級(jí)啟動(dòng)代碼,以便Tm1300進(jìn)一步讀入二級(jí)應(yīng)用程序,使之正常運(yùn)行。
Tm1300提供一個(gè)同步串口(SSI),設(shè)計(jì)時(shí)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(gè)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(shí)的系統(tǒng),為此首先必需選擇一種實(shí)時(shí)的嵌入式操作系統(tǒng)作為操作平臺(tái)??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(shí)可留兩個(gè)視頻輸入接口,一個(gè)模擬接口,一個(gè)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(hào)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(hào),視頻數(shù)字信號(hào)直接送入Trimedia,經(jīng)過壓縮編碼后,與編碼后的語音信號(hào)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(hào)解碼,然后送至PAL編碼芯片,最終將模擬的視頻信號(hào)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(duì)低碼率視頻通信而制定的。視頻的編解碼在整個(gè)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(shí),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(gè)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(hào)的壓縮編碼與解碼。對(duì)64kb/s的或128kb/s的線性語音信號(hào)進(jìn)行編碼,將其壓縮至8kb/s或更低碼率的數(shù)字信號(hào),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(hào)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(hào)就轉(zhuǎn)變?yōu)?28kb/s的數(shù)字信號(hào),再壓縮至8kb/s或更低碼率,然后與編碼后的視頻信號(hào)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(hào)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(shí),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(duì)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(dòng)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(duì)多個(gè)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(gè)系統(tǒng)。
評(píng)論