數字視頻編解碼芯片ADV611的原理與應用

1 引言

人類(lèi)步入網(wǎng)絡(luò )時(shí)代以來(lái)，就一直期待著(zhù)實(shí)時(shí)傳輸視頻圖像信號，而它所面臨的主要問(wèn)題是既要保證傳輸圖像質(zhì)量，又要盡可能少地占用有限的信道資源。由于視頻圖像信號的空間冗余度和時(shí)間冗余度很大，可以方便而有效地進(jìn)行數據壓縮，因此圖像壓縮技術(shù)已成為多媒體時(shí)代最熱門(mén)的技術(shù)之一，它已廣泛地應用在電視會(huì )議、可視電話(huà)、遠程監控等遠程圖像傳輸系統中。

隨著(zhù)微處理技術(shù)的發(fā)展，專(zhuān)用的圖像壓縮/解壓縮asic芯片不斷出現。以前，圖像壓縮技術(shù)主要是基于dct分塊變換編碼，這種方法的弊病是無(wú)法得到高壓縮率，如果提高了壓縮率，圖像質(zhì)量就會(huì )大大降低。小波變換是80年代中期興起的一種圖像壓縮新技術(shù)，是對整幅圖像進(jìn)行變換，充分利用了圖像整體相關(guān)性并消除了dct編碼帶來(lái)的方塊效應。小波級數可以在不同分辨率下逼近某一函數，實(shí)現多分辨率分解，獲得很高的壓縮比，已被廣泛應用在視頻圖像壓縮領(lǐng)域。analog公司首家推出基于小波變換的實(shí)時(shí)視頻壓縮解壓縮芯片adv6××系列，其最新芯片是adv611/612，其中，adv611主要應用于室溫下，而adv612適用于工業(yè)領(lǐng)域，但它們的工作原理是一致的。本文就adv611的原理和應用等問(wèn)題進(jìn)行闡述。2 adv611簡(jiǎn)介

2.1 工作原理

adv611是ad公司推出的新一代基于小波理論的視頻壓縮解壓縮芯片，是一種低價(jià)、單片、多功能、全數字的cmos-vlsi器件。adv611支持對ccir-611數字視頻進(jìn)行高畫(huà)質(zhì)實(shí)時(shí)壓縮解壓縮，壓縮倍數從視覺(jué)無(wú)失真感到7500倍，并能獲得比較好的主觀(guān)評價(jià)效果。壓縮的數據率是由輸入的數據率和被選擇的壓縮率決定的，靠與之相連接的片外dsp或主機根據當前場(chǎng)統計特性計算量化步長(cháng)值。adv611能獲得近乎穩定的壓縮比特率，片內集成了數字視頻接口、主機接口和在片sram等，主要應用于閉路電視等。

adv611的基本工作原理：編碼時(shí)從它的數字視頻接口接收未壓縮的數字視頻信號，經(jīng)小波變換和幀抽取、系數量化、游程編碼和huffman編碼，產(chǎn)生壓縮后的數據流，送入集成于片內的512×32位大小的fifo緩沖區，一旦fifo的數據量達到主機在寄存器里的預置值時(shí)，adv611就發(fā)出中斷請求信號，從它與主處理器的接口輸出壓縮數據比特流。當解壓縮時(shí)，壓縮數據從主處理器接口送入到fifo里，然后經(jīng)過(guò)與編碼時(shí)的逆過(guò)程，數字視頻接口輸出標準的數字視頻分量。

adv611共有84個(gè)數據寄存器和一系列的狀態(tài)、控制字寄存器。其中，數據寄存器是片內f(wàn)ifo的映射 ，用于存儲經(jīng)小波變換后的圖像壓縮數據（編碼和解碼過(guò)程各需要42個(gè)），以供自適應量化和熵編碼進(jìn)行進(jìn)一步數據壓縮，實(shí)現實(shí)時(shí)視頻信號壓縮。狀態(tài)和控制字寄存器是間接寄存器，adv611對它們進(jìn)行統一編址，通過(guò)主機接口訪(fǎng)問(wèn)片內四個(gè)32位直接寄存器進(jìn)行讀寫(xiě)操作。2.2 功能方框圖

3 adv611編解碼方案的實(shí)現

作為一種通用的vlsi芯片，adv611在設計時(shí)充分考慮到兼容性和使用的方便性。支持philips公司生產(chǎn)的saa系列視頻芯片、brooktree公司的bt系列以及raytheon等公司的視頻芯片。adv611既可以與微型機直接連接，也可以工作在脫機條件下。adv611的一個(gè)典型應用如圖2所示。

adv611的許多優(yōu)越性能能夠在計算機應用系統中得到實(shí)現，如圖3所示，只要附加一片saa7111就可實(shí)現復合視頻信號的數字化、壓縮和存儲。adv611與主機的接口有：32位數據總線(xiàn)（d0～d31）、兩位地址線(xiàn)（adr0、adr1）、片選信號/cs（通過(guò)譯碼器實(shí)現）、讀寫(xiě)信號（/rd、/wr）以及具體主機跟adv611之間的握手信號。

視頻圖像編解碼除了可以通過(guò)微機平臺實(shí)現外，還可以運用以dsp為主的微處理器控制對圖像的壓縮解壓縮。adv611本身已集成了圖像編解碼的算法，利用高速dsp對圖像壓縮的效果進(jìn)行實(shí)時(shí)調節，控制數據速率和圖像數據的傳輸，可以方便地設計一種脫機圖像系統，如圖4所示。通過(guò)主機接口dsp對adv611進(jìn)行控制和bw量值計算。

如上所述，adv611要實(shí)現7500：1的視頻壓縮比，其理論依據是小波變換。為了獲得最大的壓縮效率 ，就必須要充分掌握小波濾波器的結構和性能。此外，adv611具有adv601所沒(méi)有的功能——區域高清晰度框的控制，可以對傳輸圖像進(jìn)行重點(diǎn)截取，進(jìn)一步提高壓縮率。在通常閉路電視或監控系統的應用中，往往并不要求視頻圖像的連續顯示，因此可以對幀速率進(jìn)行壓縮，如可把幀速率降到一秒一場(chǎng)，這在大多數場(chǎng)合是允許的。下面以a/d變換后速率為167mbit/s的ntsc數字視頻信號為例，說(shuō)明進(jìn)行adv611硬件壓縮到速率為25kbit/s的壓縮方法： ·圖像的小波變換、自適應量化和huffman編碼壓縮到250：1 ·幀速率壓縮到1 frame/s

·區域高清晰度框的尺寸小于整幅圖像的1%

·背景對比度衰減18db