基于TMS320DM6446的數(shù)字電影放映系統(tǒng)設計

引言
數(shù)字電影，是指以數(shù)字技術和設備攝制、制作、存儲，并通過衛(wèi)星、光纖、磁盤、光盤等物理媒體傳送，將數(shù)字信號還原成符合電影技術標準的影像與聲音，放映在銀幕上的影視作品。與傳統(tǒng)電影相比，它具有畫面清晰、穩(wěn)定性高、節(jié)約成本、利于環(huán)保等特點。從國際上來看，經過初期階段的摸索，數(shù)字電影技術已經相對成熟，創(chuàng)作人員已從過去單純地運用數(shù)字特技逐步轉化為將其與傳統(tǒng)攝制、傳統(tǒng)特技融為一體的表現(xiàn)手法。在國內，數(shù)字電影經歷了引進、消化、模仿、創(chuàng)新的過程。為了鼓勵和推動我國數(shù)字電影的發(fā)展進程，國家投入了大量的資金，在全國建設了100多個數(shù)字影院。根據(jù)我國國情，首先是普及和推進我國社區(qū)及農村地區(qū)的數(shù)字電影的發(fā)展，因此，需要大量的低端配置的流動數(shù)字電影放映設備。
達芬奇技術是一種內涵豐富的技術綜合體，是美國TI公司推出的針對數(shù)字多媒體應用而定制的基于DSP的系統(tǒng)解決方案組件的集合，其為多媒體設備開發(fā)者簡化設計并加速產品創(chuàng)新提供了集成的處理器、軟件與工具。TI公司在達芬奇平臺上專門為音視頻編解碼(Codec)多媒體應用精心設計了系統(tǒng)框架，提供了豐富的系統(tǒng)程序接口(SPI)、應用程序接口(API)以及視頻、圖像、話音和音頻千余種流媒體算法組件。應用系統(tǒng)開發(fā)者只需將它們封裝成運行包，就能輕松地設計出高可用性和高可靠性的數(shù)字視頻產品。
為了滿足我國的實際需求，本文在達芬奇系統(tǒng)硬件平臺的基礎上，利用達芬奇軟件技術，提出了開發(fā)數(shù)字電影放映系統(tǒng)的方案及其具體實現(xiàn)方法。該方案有利于縮短產品的研發(fā)周期，更快地占領市場。

1 硬件設計
數(shù)字電影放映系統(tǒng)主要是以數(shù)字多媒體處理器TMS320DM6446為核心來實現(xiàn)的。TMS320DM6446是TI公司的高集成度視頻處理芯片，業(yè)界稱為達芬奇(DaVinci)數(shù)字媒體片上系統(tǒng)(Digital Media system-on-Chip，DMSoC)。圖1為TMS320DM6446功能結構框圖。

如圖1所示，DMSoC包括ARM子系統(tǒng)、DSP子系統(tǒng)、視頻處理子系統(tǒng)(VPSS)、系統(tǒng)控制模塊、電源管理模塊、外部存儲接口、外圍控制模塊和交換中心資源(SCR)等。其中，ARM子系統(tǒng)主要負責TMS320DM6446系統(tǒng)的整體配置和模塊功能控制，以及調用視頻算法。工作頻率近600 MHz的DSP子系統(tǒng)負責視頻算法的執(zhí)行，其最大處理能力可以達到4800MIPS，極大地增強了音頻和視頻的解碼能力。視頻處理子系統(tǒng)包括1個視頻前端輸入接口(VPFE)和1個視頻末端輸出接口(VPBE)，視頻前端輸入接口用于捕獲視頻信號，視頻末端輸出接口將圖像輸出到OSD上顯示。
本系統(tǒng)的結構框圖如圖2所示。系統(tǒng)通過異步外部存儲器接口(EMIF)外接64 MB的NAND Flash，用于存儲啟動代碼和數(shù)據(jù)，以引導加載ARM Linux操作系統(tǒng)。利用ATA控制器接口外接160 GB 2.5 in的ATA硬盤，主要用于Linux系統(tǒng)的文件系統(tǒng)、應用程序和大量數(shù)字影片文件的存儲。由于ATA硬盤輸出的是3．3 V電壓信號，而TMS320DM6446硬盤控制器輸出的電壓信號為1．8 V，為使硬盤與主CPU正常連接，需要電壓轉換芯片來保證硬盤的正常工作。此外，為了方便改變視頻節(jié)目及便于實驗的測試，本系統(tǒng)還通過MMC／SD存儲卡接口擴展了2 GB的SD卡和USB2．0接口。利用TMS320DM6446的32位DDR2控制器接256 MB DDR2型SDRAM緩沖視頻輸入圖形數(shù)據(jù)，作為OSD的緩沖器來存儲ARM和DSP代碼。

系統(tǒng)的視頻前端輸入接口(VPFE)支持復合視頻(CVBS)輸入及S-端子輸入。視頻末端輸出接口VPBE支持模擬視頻輸出，包括復合視頻(CVB-S)輸出、S端子輸出、分量視頻輸出(YPbPr)及VGA輸出；同時，支持數(shù)字視頻輸出(DVI)。視頻解碼模塊采用TI公司的高質量視頻解碼芯片TV-P5158，把常見的基帶模擬視頻格式轉換為數(shù)字視頻格式。輸入的視頻數(shù)據(jù)通過TVP5158視頻解碼芯片轉換成10位YUV4:2:2的格式，然后送至視頻前端處理，處理完的數(shù)據(jù)再經視頻末端處理后保存至硬盤。音頻解碼模塊采用TI公司的低功耗立體聲解碼芯片TLV320AIC33。考慮到系統(tǒng)要接多個模塊，這里利用AIC33串行總線控制支持的I2C協(xié)議，通過I2C接口與DSP的音頻端接口相連。另外，為了監(jiān)控硬件平臺的啟動情況，利用TMS320DM6446集成的UART外設控制器，擴展了UART通用異步串口，配置RS232用于系統(tǒng)啟動時控制臺。