基于RF5框架的視頻處理系統(tǒng)研究
加入技術交流群
隨著DSP芯片類型的增多和技術的不斷提高，DSP向著多功能、高性能、低功耗方向發(fā)展，DSP硬件技術的更新速度也不斷加快，然而相關軟件技術的開發(fā)卻遠遠落后于硬件的開發(fā)。TMS320 DSP算法參考框架(Reference Framework，RF)的提出就是為了應對這個難題。RF為一種使用DSP／BIOS內核和TMS320 DSP算法標準的通用初始化代碼，用戶可以通過使用并修改該通用代碼使之符合eXpressDSP標準，以實現特定的應用。按復雜程度，從用于產生緊縮用戶系統(tǒng)的RFl，到可提供多算法多通道和不同運行級別的RF5等，參考框架分為多個等級，但目前應用最廣泛的為RFl、RF3和RF5。所有的參考框架都是應用程序可屏蔽的，每個參考框架可以適用于多種應用程序，包括音頻、視頻、網絡通信等。
實際上，參考框架是應用程序的藍本。目前，存儲器管理策略、線程模型和通道封裝是開發(fā)者用于構建系統(tǒng)的主要通用框架單元。把這些工作移交給參考框架來做，開發(fā)者可以專注于自身系統(tǒng)的需求。開發(fā)者可以在參考框架的上層來構建自己的應用程序，而不用擔心下層模塊的穩(wěn)健性和對目標應用程序特性的適應性。參考框架包含了很多已設計成型并且可重用的C語言源代碼。當然，參考框架也提供了一些其他的調整入口點，以供應用程序做調整。參考框架的結構如圖1所示。左側的方框是可提供的框架成員。對于每一個成員，都有入口點，可用于改變相應的應用程序。右側的方框與左側的方框相對應，描述了相應框架所能做的改變，包括應用行為改變、算法替代、驅動改變和硬件改變。
1 RF5框架
參考框架。RF5適用于含有多通道和多算法結構的高密集度應用程序。與低等級參考框架不同，RF5使用線程(任務TSK)阻塞，可用于包含線程間有復雜依賴關系的應用程序。另外，RF5還具有可變的通道管理、基于任務TSK的應用程序、高效的任務間通信，以及結構化的線程安全控制機制，且易于替換I／O驅動設備和易于調試。
參考框架最重要的要求就是保證易于與用戶硬件接口。每一個參考架構均被打包成基于TI DSP開發(fā)工具包或其他板卡的完整的應用程序。針對每一個板卡，可以提供不同等級的參考框架。對應用軟件進行調整以適合參考框架，主要有3個基本要求：調整算法單元和改變通道數量；調整應用程序以使其適應硬件系統(tǒng)；改變驅動以利于運行終端硬件。RF5提供了一個通道基礎框架，使其很容易就可以封裝XDAIS算法。通過這一封裝，應用程序設計者可以很容易地使應用程序囊括大量的通道和算
法單元。參考框架RF5模塊的拓撲結構如圖2所示。
1．1 RF5數據處理
RF5共有4個基本的數據處理部件：任務(task)、通道(channel)、單元(cell)和標準算法(XDAIS algorithm)。它們之間的關系如圖3所示。
通常，一個任務中可以包括一個或多個通道，每個通道中可以包括一個或多個單元，而每個單元中則封裝有一個XDAIS算法。單元封裝XDAIS算法的作用在于：提供算法與外部世界的一個標準接口，每個單元執(zhí)行一個簡單的ICELL接口，通過該接口執(zhí)行算法。利用通道可以按序執(zhí)行多個單元，在典型應用中，多個通道可能包含一套執(zhí)行功能相同的單元序列。利用任務可以同時處理一個或多個通道，其目的在于組織任務間的數據通信和設備驅動會話等。與通道不同的是，任務有具體的執(zhí)行代碼，并需要用戶自己編寫。該部分代碼通常是從外界接收數據、控制通道執(zhí)行等。每個任務總是反復執(zhí)行自己的代碼，完成檢查控制信息、獲得數據、執(zhí)行通道、發(fā)送數據等操作。
1．2 RF5中數據通信
RF5中的數據通信包括task級通信和cell級通信。其通信機理為使用結構體進行信息傳遞，而非通過全局變量傳輸處理數據。
1．2．1 task級通信
任務級通信主要用到了SCOM消息隊列和郵箱(MBX)。
(1)SCOM
SCOM消息是用戶定義的一個數據結構，用于任務之間交換信息。為實現信息傳遞，某個任務申請一定大小的數據緩沖區(qū)，以供其他任務讀／寫數據。每個任務需要知道其他任務的緩沖區(qū)位置，并阻止多個任務同時訪問自己的緩沖區(qū)。為保證這些功能，利用SCOM消息作為緩沖區(qū)描述器，并將其在任務之間傳遞。因此，SCOM消息相當于其所描述緩沖區(qū)的一個令牌，擁有該消息(令牌)的任務可以讀／寫對應的緩沖區(qū)。當完成讀／寫操作后，消息將傳遞給另一個任務，如圖4所示。
(2)郵 箱
在RF5中，任務通過郵箱(MBX)接收來自其他任務的控制消息。以TI公司提供的JPEG_loopback例程為例，來自用戶視頻端的圖像質量參數可通過全局變量傳遞到控制任務中。若該參數有所改變，則控制任務將改變值寫入一個郵箱中，圖像處理任務每500個時鐘周期檢查一次郵箱，并從郵箱中取出圖像質量參數的改變值，然后進行相關處理。
1．2．2 cell級通信
eell級通信同樣基于數據緩沖區(qū)，且存在一個內部cell通信對象(ICC對象)，用于對緩沖區(qū)的描述。每個cell的輸入、輸出隊列均指向該ICC對象。圖5為3個cell通信的結構圖。
通道中有3個cell和5個ICC對象。cell X從任務中讀取其數據，經處理后，將其輸出發(fā)送到另外的2個緩沖區(qū)中(Bur2和Bur3)；緩沖區(qū)Bur2供cell Y讀??；Bur3供cell Z讀取，同時cell Z也讀取cell Y的輸出。最后，任務讀取cell Z的輸出。
2 視頻處理應用
基于RF5參考框架的通用視頻處理系統(tǒng)結構如圖6所示。整個DSP上的系統(tǒng)由4個任務線程組成。TSK_Input線程完成從視頻輸入端口讀數據，TSK_Output線程完成向視頻輸出端口寫數據，TSK_Process線程完成視頻流中數據的處理，三者之間靠SCOM消息隊列進行同步和消息傳遞。TSK_Process線程中包含一個數據處理通道，該通道中包含一個cell對象，由該對象加載和運行封裝的視頻處理算法。視頻處理控制算法可以放在TSK_Control線程中運行，也可以合并在視頻處理算法中。TSK_Control線程與TSK_Process線程之間通過消息信箱完成信息傳遞。
實現不同任務之間的通信時，采用SCOM消息隊列。用RF5的SCOM機制實現TSK_Input與TSK_Process之間通信的主要程序如下：
結 語
RF5是一個擴展性很強的軟件參考框架，其設計目的是讓開發(fā)人員避開復雜的底層設計，創(chuàng)建基于多通道下復雜算法的應用程序。
采用RF5所帶來的好處是：系統(tǒng)的模塊化功能比較強，系統(tǒng)功能的組合比較方便，通過修改設備驅動程序就可以直接運行到同類型的其他硬件平臺上；通過調整數據處理通道的數量和通道中算法的數量、種類及排列順序，可以實現多種不同的系統(tǒng)功能，配置非常靈活。因此該結構具有很好的通用性，可以直接在其他視頻、圖像的產品項目中使用。
評論