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基于Intel Xscale和嵌入式Linux的視頻模塊設計
作者：
時(shí)間：2012-04-06
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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3.2.3 解碼模塊
由于圖像經(jīng)過(guò)了壓縮引擎的壓縮，在本地終端進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示之前必須經(jīng)過(guò)解碼模塊的解碼，如果視頻流通過(guò)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行傳輸，在本地終端視頻流則不必經(jīng)過(guò)該模塊，但是遠程應用仍然需要該模塊。目前圖像壓縮技術(shù)主要采用余弦變換（DCT），小波變換（Wavelet）和子帶編碼等技術(shù)，其中余弦變換具有快速算法，易于用軟硬件實(shí)現，且壓縮性能接近統計最佳，目前被廣泛采用，這也是壓縮引擎采用的算法。余弦變換用于數字圖像壓縮編碼時(shí)，一般采用二維變換，先將整幅圖像分成 8×8 或16×16 宏塊，以宏塊為單位進(jìn)行二維變換，再對每一宏塊的變換域系數用Zig － Zag 方式進(jìn)行Huffman 變長(cháng)編碼或算術(shù)編碼。在圖像接收端作相反的處理，即先恢復各宏塊的變換域系數，再經(jīng)余弦反變換即可恢復圖像數據，其解碼原理和主要步驟如圖4 所示。
該模塊是提高實(shí)時(shí)性的關(guān)鍵所在，為提高實(shí)時(shí)性，我們對代碼進(jìn)行了有效的優(yōu)化，主要措施有：針對Xscale微處理器的特點(diǎn)，合理安排程序流程，盡量做到并行處理，提高程序運行效率；采用適合整數運算的快速反余弦變換算法，變換中只用加法和移位，減少了乘法運算量，提高了運算效率；采用基于查表的快速 Huffman 解碼算法，以減少運算量，提高計算速度。通過(guò)這些措施既減少了內存的開(kāi)銷(xiāo)，也加快了解碼的速度，取得了滿(mǎn)意的效果。
3.2.4 視頻應用模塊
視頻應用模塊包括兩部分：本地應用子模塊完成視頻圖像的實(shí)時(shí)顯示，本地用戶(hù)控制和圖像的存儲等功能；網(wǎng)絡(luò )傳輸子模塊完成基于RTP 的壓縮后的視頻流數據傳輸，遠程控制等功能。借助于Linux 操作系統對多線(xiàn)程機制的良好支持，主線(xiàn)程專(zhuān)門(mén)負責消息的響應，使程序能夠即時(shí)響應用戶(hù)通過(guò)鼠標或鍵盤(pán)輸入的命令或其他事件，輔助線(xiàn)程用于完成圖像的實(shí)時(shí)顯示、存儲和網(wǎng)絡(luò )傳輸等其他比較費時(shí)的工作，這樣就不至于影響主線(xiàn)程的運行，保證在做圖像解碼顯示和數據傳輸的同時(shí)，能夠即時(shí)響應用戶(hù)的輸入。不同的線(xiàn)程完成不同的任務(wù)，提高了程序的模塊化，便于維護和擴展，充分利用了系統資源，有利于提高應用程序的實(shí)時(shí)性。由于對視頻輸出設備，RGB空間格式更加直接高效，而解碼?？斓妮敵鰹閅UV顏色空間子格式，所以在視頻圖像的回顯之前必須進(jìn)行顏色空間的轉換。該模塊圖形界面的實(shí)現是通過(guò)調用MiniGUI 提供的API 函數來(lái)實(shí)現的，MiniGUI 提供了比較豐富的類(lèi)Win32API 函數，給我們開(kāi)發(fā)圖形界面帶來(lái)了很大的方便。
4 視頻模塊性能及測試效果
視頻模塊經(jīng)過(guò)終端測試，性能結果如表1 所示。通過(guò)結果可以看出，采集的經(jīng)過(guò)壓縮的視頻圖像幀速和經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳輸后基于PC顯示的幀速都達到了理想水平，但視頻圖像在終端上顯示時(shí)，由于嵌入式系統處理能力較PC 機弱，解碼模塊和顯示模塊雖然經(jīng)過(guò)了優(yōu)化，但仍然占有一定的時(shí)間，使速度下降了很多。但該速度相對于嵌入式系統來(lái)說(shuō)，也達到了實(shí)用的地步，并且不影響終端基于網(wǎng)絡(luò )的視頻應用，隨著(zhù)嵌入式微處理器處理能力的逐漸增強，這個(gè)問(wèn)題也一定能得到很好的解決。比如，集成英特爾無(wú)線(xiàn)MMX 技術(shù)的處理速度更快的英特爾PXA27x 處理器家族新增了一系列新技術(shù)以提供額外的性能來(lái)支持高級視頻。
終端視頻模塊采集的圖像經(jīng)過(guò)壓縮、解壓縮后具有較高的質(zhì)量，基于PC 和終端顯示并未見(jiàn)明顯區別，圖像效果及用戶(hù)界面窗口如圖5 所示。
5 結論
本文針對基于Intel Xscale 和嵌入式Linux 的多媒體終端對視頻應用的需求，從實(shí)時(shí)性、功耗和體積等著(zhù)手，提供了一種多媒體終端圖像實(shí)時(shí)連續采集、顯示管理和網(wǎng)絡(luò )傳輸的方案，并且在實(shí)際中得到了驗證。由于采用了模塊化設計和設計的靈活性，只需稍加修改就還可以很容易的移植到別的嵌入式系統多媒體應用中。我們可以在該終端平臺上方便地進(jìn)行一些基于視頻模塊的網(wǎng)絡(luò )應用開(kāi)發(fā)，我們認為有價(jià)值的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)與研究方向包括： 作為嵌入式視頻網(wǎng)絡(luò )接入終端滿(mǎn)足不同方面的需要，例如遠程數字監控系統, 交互式醫療，交互式可視多媒體遠程教學(xué)、網(wǎng)絡(luò )電臺、視頻點(diǎn)播等。較PC機實(shí)現的系統有具有體積小、成本低和穩定性高的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的手持式多媒體視頻網(wǎng)絡(luò )終端系統。當今世界已經(jīng)進(jìn)入了Internet 時(shí)代, 嵌入式系統接入Internet 已成為網(wǎng)絡(luò )接入重要的基礎信息設施。因此, 具有視頻模塊的嵌入式系統在交互式多媒體、嵌入式系統、消費電子產(chǎn)品等領(lǐng)域具有很強的應用背景和市場(chǎng)前景。
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