基于嵌入式DSP的視頻編解碼分析

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。

視頻移動(dòng)電話：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，既可滿足這些設(shè)備的性能要 求。而且大多數(shù)的電話集成了微控制器和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)法滿足要求，這就需要額外的硬件加速。

視頻桌面電話：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，大部分桌面電話具備QVGA或者更大的顯示屏;此外，用戶通常期望有比無(wú)線移動(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。

表：各種視頻格式的典型帶寬。

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。