達芬奇之旅--TI數字視頻巡回研討會(huì )的技術(shù)核心

摘要： 本文將達芬奇數字視頻的全國巡回研討會(huì )中所涉及的技術(shù)核心進(jìn)行部分介紹，以便更多讀者可以了解達芬奇技術(shù)的基本內容。

關(guān)鍵詞： 達芬奇；DSP；軟件系統

德州儀器(TI)正式推出達芬奇(Davinci)數字視頻技術(shù)平臺至今已經(jīng)整整一年時(shí)間，在這過(guò)去的一年當中，TI依照其承諾在達芬奇處理器芯片硬件和軟件的開(kāi)發(fā)上成果顯著(zhù)，同時(shí)對達芬奇的技術(shù)和應用迅速推進(jìn)。

從去年冬天達芬奇樣片和開(kāi)發(fā)系統面世之后，TI便與全球同步，加快達芬奇在中國推進(jìn)的步伐，開(kāi)始醞釀并實(shí)施一系列技術(shù)推廣活動(dòng)。

目前，業(yè)界對達芬奇創(chuàng )新的沖動(dòng)已化為實(shí)現的行動(dòng)，已有一些基于達芬奇的產(chǎn)品已經(jīng)推出，而更多的產(chǎn)品將在今后幾個(gè)月中陸續登場(chǎng)，“達芬奇效應”正在如預期那樣蓄勢待發(fā)。

第一講：達芬奇技術(shù)總體概述

達芬奇技術(shù)(DaVinci)簡(jiǎn)言之就是包含有針對數字音視頻優(yōu)化的基于DSP的系統解決方案，其中有四個(gè)基本組成，即處理器、軟件、開(kāi)發(fā)工具套件和支持，如圖1所示。

圖1  達芬奇系統構成

達芬奇處理器是一個(gè)單片系統，集成有TI高性能C64+核心DSP和ARM9核心處理器以及視頻前端處理器和視頻加速器，還有非常豐富的外圍設備，如數字視頻、數字音頻、高速網(wǎng)絡(luò )、DDR2高速存儲器、ATA硬盤(pán)和多種存儲卡等接口。

在軟件方面達芬奇全面支持由底層到高層的軟件系統。達芬奇在嵌入式操作系統方面對Linux的支持極為完善，也有支持WinCE的能力；在數字視頻、影像、語(yǔ)音和音頻上可以支持H.264、MPEG4/2、H.263、VC1、JPEG、G.711/G.723、MP3、WMA等多種編解碼器；通過(guò)多媒體框架結構進(jìn)行數字視頻軟件系統的集成，并提供API驅動(dòng)程序支持，同時(shí)有助于實(shí)現處理器間的通信。

達芬奇有多種開(kāi)發(fā)工具套件以滿(mǎn)足各種需求，其中評估模塊和參考設計將有益于硬件設計，而數字視頻開(kāi)發(fā)平臺和Green Hills開(kāi)發(fā)工作將對縮短軟件系統集成有很大幫助。

達芬奇的支持體系很強大，其中既有來(lái)自TI授權軟件提供商(ASP)的支持，也有更為廣泛的第三方網(wǎng)絡(luò )的支持。

所有的數字視頻類(lèi)產(chǎn)品都有機會(huì )采用達芬奇技術(shù)，這里不僅有眾所周知的產(chǎn)品，如數碼相機或攝像機、個(gè)人媒體播放器、數字機頂盒、IP可視電話(huà)、數字媒體網(wǎng)關(guān)、數字視頻服務(wù)器、IP網(wǎng)絡(luò )攝像機、數字硬盤(pán)錄相機等，還有未來(lái)創(chuàng )新的數字視頻，如包含汽車(chē)智能視覺(jué)在內的新產(chǎn)品，當然還有更多的產(chǎn)品有待脫穎而出。

在達芬奇技術(shù)研討會(huì )上，對第一批達芬奇芯片DM6446/6443的內部結構和應用的講解集中在A(yíng)RM與DSP的高速通信、外圍高速擴展接口的使用、視頻前端處理器(VPSS)的配置、中心交換資源(SCR)的調度等技術(shù)細節，并且深入地分析了不同開(kāi)發(fā)工具的特點(diǎn)和在達芬奇軟件系統開(kāi)發(fā)中的作用。

除了詳實(shí)的技術(shù)演講，還有生動(dòng)的現場(chǎng)演示，例如在DM6446評估板所進(jìn)行的基于達芬奇的數字機頂盒的實(shí)現。在此可以直觀(guān)地看到H.264解碼器的性能，還可以探討以實(shí)現屏幕圖文顯示(OSD)的功能和效果。

第二講：達芬奇軟件技術(shù)詳解

與以往的數字視頻處理器系統相比，達芬奇的特別之處還在于其強大的軟件系統支持基礎，因此其目標就是力爭加快數字視頻產(chǎn)品投入市場(chǎng)的時(shí)間。當前的數字視頻產(chǎn)品往往需要支持多種媒體格式，在確定新產(chǎn)品思想后要經(jīng)過(guò)兩個(gè)開(kāi)發(fā)階段，第一是創(chuàng )建軟件基礎，第二是產(chǎn)品的特色化設計。

在過(guò)去前一階段比后一階段要長(cháng)得多，有時(shí)因為拖得過(guò)長(cháng)而失去了進(jìn)入市場(chǎng)的時(shí)機。達芬奇的推出就是要從根本上扭轉這種局面，這便有可能將軟件開(kāi)發(fā)階段縮減一半或幾分之一，而為產(chǎn)品的特色化贏(yíng)得更多的時(shí)間。

在具體的軟件設計中，對于數字多種媒體系統的設計，圍繞用戶(hù)代碼的主線(xiàn)程有四個(gè)部分，其一是輸入源數據，其二是輸出結果，其三是算法處理實(shí)體，其四是用戶(hù)界面(GUI)。達芬奇系統在底層以通用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統為基礎，通過(guò)構建達芬奇框架結構Davinci Framework)來(lái)協(xié)調各部分工作流程，并對數字視頻(video)、影像(Imaging)、語(yǔ)音(Speech)和音頻(Audio)類(lèi)的軟件提供相應的應用程序接口，即簡(jiǎn)稱(chēng)為VISA API，另外也對簡(jiǎn)單外設軟件接口提供應用程序接口，即EPSI  API。

這樣就建立了達芬奇軟件系統結構體系，如圖2所示。在這里，VISA包含在SPL層中，實(shí)現基本的編解碼器功能；而EPSI則包含在IOL層中，實(shí)現基本的輸入輸出功能。還有一個(gè)APL層用以支持高級應用的開(kāi)發(fā)。

圖2  達芬奇軟件系統結構

為了使DSP算法規范化，TI曾經(jīng)大力推廣eXpressDSP的開(kāi)發(fā)理念并獲得成功，目前全球上千種由TI或第三方提供的算法具有eXpressDSP的兼容性，這個(gè)DSP的算法標準稱(chēng)為xDIAS。xDIAS可以提供為所有兼容性算法與一致化的API管理存儲器資源的能力。而在達芬奇的軟件中所使用的是一個(gè)針對數字媒體的算法標準，稱(chēng)為xDM，xDIAS-DM可視為是擴展的xDIAS。對于VISA中的編解碼器引擎都有相對應的xDM，而xDM部件也可以很容易地切換。

在達芬奇系統的開(kāi)發(fā)中，信號處理內容就存在以下四種選擇，第一種選擇，就是自己開(kāi)發(fā)自己的符合x(chóng)DM的算法；第二種選擇，就是去買(mǎi)原始的編解碼算法，這也是符合x(chóng)DIAS-DM的軟件并以庫，即.lib的方式提供；第三種選擇，就是去買(mǎi)封裝了的編解碼器組件，同樣是以.lib庫的方式提供，但已根據需要進(jìn)行了封裝并可直接集成到應用系統中；第四種選擇，就是去獲取完整的DSP可執行軟件，這可以從TI或TI的ASP得到，這些軟件已針對特定市場(chǎng)而優(yōu)化，如視頻監控、網(wǎng)絡(luò )AV播放、IP可視電話(huà)、視頻會(huì )議，還有其他的新興應用。

第三講：達芬奇輸入輸出技術(shù)分析

在數字視頻系統的設計中，輸入輸出(I/O)驅動(dòng)程序是非常繁瑣的工作。在達芬奇系統的開(kāi)發(fā)中，這一部分的工作強度已被大大簡(jiǎn)化了?；趌inux的軟件內核有助于I/O問(wèn)題的解決, 如圖3所示為達芬奇輸入輸出驅動(dòng)結構。

圖3  達芬奇輸入輸出驅動(dòng)結構

在達芬奇的實(shí)際開(kāi)發(fā)工作中可以有如下四個(gè)步驟：第一，加載驅動(dòng)程序到內核；第二，創(chuàng )建一個(gè)虛擬文件作為驅動(dòng)程序參考；第三，用文件系統放置驅動(dòng)程序；第四，用打開(kāi)、讀取、寫(xiě)入和關(guān)閉方式進(jìn)入資源。

在視頻的獲取中，有一個(gè)名為v412的標準的Linux視頻驅動(dòng)程序，在許多Linux系統中也常常用到，在達芬奇系統中同樣也有完善的支持。

在視頻的顯示中，相應的標準Linux視頻驅動(dòng)程序是fbdev, 可以將一個(gè)顯示設備的幀緩沖器映射到用戶(hù)空間。在達芬奇系統中，可以直觀(guān)地顯示出多個(gè)視頻和OSD的窗口，這也可以在DM6446的評估系統中進(jìn)行演示。

第四講：達芬奇技術(shù)開(kāi)發(fā)支持

達芬奇系統的開(kāi)發(fā)其實(shí)就是TI傳統DSP開(kāi)發(fā)模式的延伸，仍然可以采用eXpressDSP的開(kāi)發(fā)理念，只是在其中增加了豐富的數字視頻和音頻的內容。首先，開(kāi)發(fā)集成軟件環(huán)境還是業(yè)界熟識的Code Composer Studio，版本需要V3.2；另外，實(shí)時(shí)仿真調試工具還是XDS系列JTAG適配器，當然對于高速視頻系統的開(kāi)發(fā)，XDS560應該更適合。

一個(gè)完整的達芬奇程序開(kāi)發(fā)集成方案可以如圖4所示意，其中硬件上主系統與目標可以通過(guò)仿真器或以太網(wǎng)進(jìn)行連接。在主系統中可以使用TI的優(yōu)化編譯包，也可使用TI第三方Green Hills的GHS優(yōu)化編譯包。調試中可以使用多工具包以適用不同需要的要求，這里大多為T(mén)I的軟件支持模塊，也有來(lái)自第三方的模塊和插件。

圖4  達芬奇程序開(kāi)發(fā)集成方案

在達芬奇數字視頻的全國巡回研討會(huì )中，我們不斷與許多客戶(hù)進(jìn)行溝通，得到了很多積極的反饋和建議，這將有利于TI繼續完善達芬奇技術(shù)和系統的支持模式。隨著(zhù)新一批達芬奇芯片的推出，TI與客戶(hù)的研討與交流還會(huì )持續深入進(jìn)行下去，我們期待達芬奇為中國企業(yè)帶來(lái)的創(chuàng )新浪潮能夠結出更多的碩果。