基于OMAP5910的移動(dòng)媒體播放機設計

1.1.1 存儲器設計
存儲器接口通信控制器（TC）管理的存儲器可分為片外和片內兩種。而TC又有兩個(gè)獨立的訪(fǎng)問(wèn)片外的存儲器接口：
(1)快速片外存儲器接口（EMIFF）：與片外SDRAM相連的快速同步接口。在EMIFF接口上，掛載SDRAM用于運行LINUX操作系統。
(2)慢速片外存儲器接口（EMIFS）：與片外FLASH、SRAM等存儲器相連的異步接口。在EMIFS接口上，分別掛載SRAM和FLASH。
1.1.2 板上CPLD和FPGA設計
(1)CPLD。本系統選用XILINX的95144XL-TQ144作為整個(gè)系統的配置。它負責系統上電后，對OMAP5910進(jìn)行復位，對整個(gè)板級的器件進(jìn)行配置，并作地址譯碼，以給存儲器分配存儲空間。
(2)FPGA。本系統擴展FPGA主要是為了擴展CF卡和以太網(wǎng)。
CF卡有多種連接方式，本設計選擇TRUE IDE方式，在FPGA中映射出CF卡內部相應的寄存器。這樣，通過(guò)控制FPGA內部的寄存器產(chǎn)生相應的時(shí)序，寫(xiě)入CF卡的內部控制器，完成相應的操作。
以太網(wǎng)選用AX88796L芯片，它具有標準的ISA接口和10Mbps/100Mbps的速度，通過(guò)FPGA進(jìn)行控制，完全能滿(mǎn)足實(shí)際的需求。
1.1.3 音視頻及人機接口設計
(1)LCD顯示。OMAP 5910內部集成了一個(gè)TFT LCD控制器，有標準的LCD控制信號。LCD電源控制、背光開(kāi)關(guān)控制、亮度控制、觸摸屏信號等將由此系統中的CPLD供給。此設計的集成板選擇的是NEC LCD：NL2432DR22-12B。
(2)鍵盤(pán)。出于人機交互的需求，本系統擴展了34的鍵盤(pán)。
(3)音頻接口。本系統采用OMAP與TLV320AIC23外部音頻解碼器完成音頻系統的設計。通過(guò)OMAP的兩根I/O線(xiàn)模仿I2C時(shí)序來(lái)配置音頻芯片，而McBSP1接口用作OMAP對音頻芯片傳輸數據。
1.1.4 擴展接口設計
(1)存儲卡接口設計。多媒體播放機需要大數據量的存儲設備，此設計選用SD卡。OMAP 5910內部集成了SD卡控制器，通過(guò)對OMAP 5910 SD卡控制器編程，就能完成對SD卡的控制。
(2)USB接口設計。OMAP 5910內部集成了USB Host和USB Function的控制器和接口，方便了USB接口的擴展。外接PDIUSBP11APW USB收發(fā)器，將OMAP 5910 USB控制器的信號轉換成USB總線(xiàn)的信號。
1.2 系統軟件設計
軟件系統主要包括MP3、MPEG4解碼算法，以及使用兩個(gè)解碼算法模塊的媒體播放機程序框架。
1.2.1 MP3音頻解碼算法
MP3算法是根據人體心理聲學(xué)模型，利用人耳的掩蔽效應，去除音頻信號中低于絕對聽(tīng)閾和掩蔽域的信號，并根據掩蔽域對剩余信號進(jìn)行動(dòng)態(tài)量化，結合子帶編碼、變換編碼以及哈夫曼編碼等技術(shù)，達到大幅縮減音頻文件的大小，同時(shí)保證音質(zhì)的目的。
MP3音頻解碼算法是根據ISO/IEC 11172-3標準編寫(xiě)的，并針對TI DSP55x進(jìn)行部分優(yōu)化。
1.2.2 MPEG4視頻解碼算法
MPEG4算法基于對象編碼，同時(shí)更加注重多媒體系統的交互性與靈活性。基于對象編碼使得對視頻對象的操控成為可能。MPEG4的一個(gè)特點(diǎn)是采用新的、高效的壓縮算法使壓縮比提高，它可以在速率相對較小的情況下，獲得高質(zhì)量的畫(huà)面效果。線(xiàn)性MPEG4視頻沒(méi)有對象交互的內容，僅僅包含需要解碼的視頻流。
MPEG4解碼算法依照ISO/IEC 14496-2編寫(xiě)，其中計算過(guò)程集中在IDCT、運動(dòng)補償和VOP重建，優(yōu)化的重點(diǎn)也放在這三個(gè)過(guò)程。針對TIDSP55x的特點(diǎn)，具體優(yōu)化方案如下：
(1)使用TI提供的圖像視頻處理庫IMGLIB提高算法性能：獲得了IDCT、運動(dòng)補償等算法實(shí)現的最高性能。
(2)減少片外存儲器的讀寫(xiě)：由于DSP對片外存儲器的讀寫(xiě)速度相對較慢，因此需要在內外部存儲器間建立DMA通道，由外部存儲器存放解碼幀數據，再由DMA通道把待解碼宏塊傳送到內部存儲器進(jìn)行高速處理。
(3)優(yōu)化代碼組織：在編寫(xiě)代碼時(shí)，注意循環(huán)展開(kāi)、循環(huán)分布以及循環(huán)交換等優(yōu)化技術(shù)，并且針對相應處理器選擇了最優(yōu)的數據類(lèi)型，使代碼效率達到最高。
1.2.3 媒體播放機軟件設計
媒體播放機軟件設計鑒于OMAP獨特的雙核結構分成MPU端和DSP端兩大部分。播放機程序就是運行在LINUX操作系統下的一個(gè)帶有圖形界面的應用程序。該應用程序通過(guò)調用DSP設備的驅動(dòng)程序，使得MPU與DSP雙方配合完成整個(gè)播放功能。圖2為媒體播放機總體框圖。

(1)MPU端軟件設計
作為MPU的ARM核的任務(wù)為：建立底層操作系統和上層與用戶(hù)交互的GUI，完成AVI文件數據讀取解析以及控制DSP核音視頻解碼。因此，可將MPU端軟件工作分為以下幾部分。
①LINUX嵌入式操作系統的移植、設備驅動(dòng)的編寫(xiě)和移植；
②基于FLTK應用程序圖形用戶(hù)界面的設計。FLTK是一套小型化的多平臺GUI快速開(kāi)發(fā)工具包，它在LINUX平臺上的移植非常簡(jiǎn)便。使用FLTK開(kāi)發(fā)的播放機圖形用戶(hù)界面如圖3所示。

③AVI文件讀取解析。在用戶(hù)選擇某一AVI文件后，將文件打開(kāi)，讀取文件的屬性信息、索引信息及音視頻待解碼數據等，播放完畢后關(guān)閉文件。
④DSP音視頻解碼的控制。應用程序通過(guò)DSP設備驅動(dòng)，啟動(dòng)DSP核，開(kāi)辟與DSP端交互的數據緩沖區，建立使用MAILBOX進(jìn)行的通信機制。實(shí)現了對DSP端解碼進(jìn)程的控制。
(2)DSP端軟件設計
在處理器的DSP端，主要負責的工作是對音視頻數據的解碼，并最終完成播放。這部分主要完成的工作是采用DSP/BIOS和Reference Frameworks 5對音視頻解碼播放進(jìn)程進(jìn)行有效組織并完成的同步機制。其中包含的主要模塊為：視頻解碼進(jìn)程、音頻解碼進(jìn)程、視頻播放進(jìn)程、音頻播放進(jìn)程、音視頻同步控制等。
1.3 系統關(guān)鍵設計總結
(1)基于TI OMAP5910的移動(dòng)媒體播放機硬件平臺采用6層PCB設計，模塊完整，可擴展性強。
(2)參照TI TMS320 DSP ALGORITHMS STANDARD（XDAIS）設計了MP3及MPEG4解碼算法。
(3)為T(mén)I的OMAP5910處理器移植了嵌入式Linux操作系統及相關(guān)驅動(dòng)程序。
(4)設計了基于雙核OMAP5910平臺的媒體播放機軟件系統。該系統中的控制型任務(wù)由MPU完成，運算型的工作由DSP處理，從而最大限度地發(fā)揮了處理器性能。另外，系統有效組織了存儲器、DMA通道等資源，并對程序代碼應用DSP/BIOS和RF5也進(jìn)行了組織，使系統的實(shí)時(shí)性和可靠性得到了保證。
2 測試與結論
播放機的整體性能選用了四個(gè)較有代表性的AVI媒體文件來(lái)測試。測試結果如表1所示。

從測試結果看出，對于測試文件1(176144 128kbps)來(lái)說(shuō)，音視頻可以流暢播放，滿(mǎn)足欣賞要求。當視頻尺寸加大時(shí)，由于運算量的加大，導致視頻流暢度（幀率）下降，同時(shí)影響到MP3的實(shí)時(shí)播放。對同樣視頻尺寸的文件，在加大MP3速率時(shí)，MP3解碼速度下降，同樣影響了視頻流暢度。另外，音視頻同步效果欠佳。
總體來(lái)說(shuō)，媒體播放機工作正常，CPU占用率略高。視頻解碼器性能不是太好，對于畫(huà)面尺寸較大的文件難以實(shí)現實(shí)時(shí)播放。因此，進(jìn)一步對解碼模塊進(jìn)行更細致優(yōu)化非常必要。
參考文獻
[1] 陳 矗張福洪.開(kāi)放式多媒體應用平臺研究[J].杭州電子工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2002，3：41-44.
[2] International Standard.Information technology coding ofmoving pictures and associated audio information：Audio，1993.ISO/IEC 11172-3.
[3] International Standard.Information technology coding ofaudio-visual objects：Visual,1998.ISO/IEC 14496-2.
[4] 鐘玉啄，王 琪，賀玉文.基于對象的多媒體數據壓縮編碼國際標準MPEG-4及其校驗模型[M].北京：科學(xué)出版社，2000.