基于RF5框架的視頻處理系統的研究
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引 言
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/257236.htm 隨著(zhù)DSP芯片類(lèi)型的增多和技術(shù)的不斷提高，DSP向著(zhù)多功能、高性能、低功耗方向發(fā)展，DSP硬件技術(shù)的更新速度也不斷加快，然而相關(guān)軟件技術(shù)的開(kāi)發(fā)卻遠遠落后于硬件的開(kāi)發(fā)。TMS320 DSP算法參考框架(Reference Framework，RF)的提出就是為了應對這個(gè)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(hù)可以通過(guò)使用并修改該通用代碼使之符合eXpressDSP標準，以實(shí)現特定的應用。按復雜程度，從用于產(chǎn)生緊縮用戶(hù)系統的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(gè)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(gè)參考框架可以適用于多種應用程序，包括音頻、視頻、網(wǎng)絡(luò )通信等。
實(shí)際上，參考框架是應用程序的藍本。目前，存儲器管理策略、線(xiàn)程模型和通道封裝是開(kāi)發(fā)者用于構建系統的主要通用框架單元。把這些工作移交給參考框架來(lái)做，開(kāi)發(fā)者可以專(zhuān)注于自身系統的需求。開(kāi)發(fā)者可以在參考框架的上層來(lái)構建自己的應用程序，而不用擔心下層模塊的穩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(yǔ)言源代碼。當然，參考框架也提供了一些其他的調整入口點(diǎn)，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(gè)成員，都有入口點(diǎn)，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(dòng)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(xiàn)程(任務(wù)TSK)阻塞，可用于包含線(xiàn)程間有復雜依賴(lài)關(guān)系的應用程序。另外，RF5還具有可變的通道管理、基于任務(wù)TSK的應用程序、高效的任務(wù)間通信，以及結構化的線(xiàn)程安全控制機制，且易于替換I／O驅動(dòng)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(hù)硬件接口。每一個(gè)參考架構均被打包成基于TI DSP開(kāi)發(fā)工具包或其他板卡的完整的應用程序。針對每一個(gè)板卡，可以提供不同等級的參考框架。對應用軟件進(jìn)行調整以適合參考框架，主要有3個(gè)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；改變驅動(dòng)以利于運行終端硬件。RF5提供了一個(gè)通道基礎框架，使其很容易就可以封裝XDAIS算法。通過(guò)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(gè)基本的數據處理部件：任務(wù)(task)、通道(channel)、單元(cell)和標準算法(XDAIS algorithm)。它們之間的關(guān)系如圖3所示。
通常，一個(gè)任務(wù)中可以包括一個(gè)或多個(gè)通道，每個(gè)通道中可以包括一個(gè)或多個(gè)單元，而每個(gè)單元中則封裝有一個(gè)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(gè)標準接口，每個(gè)單元執行一個(gè)簡(jiǎn)單的ICELL接口，通過(guò)該接口執行算法。利用通道可以按序執行多個(gè)單元，在典型應用中，多個(gè)通道可能包含一套執行功能相同的單元序列。利用任務(wù)可以同時(shí)處理一個(gè)或多個(gè)通道，其目的在于組織任務(wù)間的數據通信和設備驅動(dòng)會(huì )話(huà)等。與通道不同的是，任務(wù)有具體的執行代碼，并需要用戶(hù)自己編寫(xiě)。該部分代碼通常是從外界接收數據、控制通道執行等。每個(gè)任務(wù)總是反復執行自己的代碼，完成檢查控制信息、獲得數據、執行通道、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(jìn)行信息傳遞，而非通過(guò)全局變量傳輸處理數據。
1．2．1 task級通信
任務(wù)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(hù)定義的一個(gè)數據結構，用于任務(wù)之間交換信息。為實(shí)現信息傳遞，某個(gè)任務(wù)申請一定大小的數據緩沖區，以供其他任務(wù)讀／寫(xiě)數據。每個(gè)任務(wù)需要知道其他任務(wù)的緩沖區位置，并阻止多個(gè)任務(wù)同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)自己的緩沖區。為保證這些功能，利用SCOM消息作為緩沖區描述器，并將其在任務(wù)之間傳遞。因此，SCOM消息相當于其所描述緩沖區的一個(gè)令牌，擁有該消息(令牌)的任務(wù)可以讀／寫(xiě)對應的緩沖區。當完成讀／寫(xiě)操作后，消息將傳遞給另一個(gè)任務(wù)，如圖4所示。
(2)郵 箱
在RF5中，任務(wù)通過(guò)郵箱(MBX)接收來(lái)自其他任務(wù)的控制消息。以TI公司提供的JPEG_loopback例程為例，來(lái)自用戶(hù)視頻端的圖像質(zhì)量參數可通過(guò)全局變量傳遞到控制任務(wù)中。若該參數有所改變，則控制任務(wù)將改變值寫(xiě)入一個(gè)郵箱中，圖像處理任務(wù)每500個(gè)時(shí)鐘周期檢查一次郵箱，并從郵箱中取出圖像質(zhì)量參數的改變值，然后進(jìn)行相關(guān)處理。
1．2．2 cell級通信
eell級通信同樣基于數據緩沖區，且存在一個(gè)內部cell通信對象(ICC對象)，用于對緩沖區的描述。每個(gè)cell的輸入、輸出隊列均指向該ICC對象。圖5為3個(gè)cell通信的結構圖。
通道中有3個(gè)cell和5個(gè)ICC對象。cell X從任務(wù)中讀取其數據，經(jīng)處理后，將其輸出發(fā)送到另外的2個(gè)緩沖區中(Bur2和Bur3)；緩沖區Bur2供cell Y讀??；Bur3供cell Z讀取，同時(shí)cell Z也讀取cell Y的輸出。最后，任務(wù)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結構如圖6所示。整個(gè)DSP上的系統由4個(gè)任務(wù)線(xiàn)程組成。TSK_Input線(xiàn)程完成從視頻輸入端口讀數據，TSK_Output線(xiàn)程完成向視頻輸出端口寫(xiě)數據，TSK_Process線(xiàn)程完成視頻流中數據的處理，三者之間靠SCOM消息隊列進(jìn)行同步和消息傳遞。TSK_Process線(xiàn)程中包含一個(gè)數據處理通道，該通道中包含一個(gè)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(xiàn)程中運行，也可以合并在視頻處理算法中。TSK_Control線(xiàn)程與TSK_Process線(xiàn)程之間通過(guò)消息信箱完成信息傳遞。
實(shí)現不同任務(wù)之間的通信時(shí)，采用SCOM消息隊列。用RF5的SCOM機制實(shí)現TSK_Input與TSK_Process之間通信的主要程序如下：
結 語(yǔ)
RF5是一個(gè)擴展性很強的軟件參考框架，其設計目的是讓開(kāi)發(fā)人員避開(kāi)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(lái)的好處是：系統的模塊化功能比較強，系統功能的組合比較方便，通過(guò)修改設備驅動(dòng)程序就可以直接運行到同類(lèi)型的其他硬件平臺上；通過(guò)調整數據處理通道的數量和通道中算法的數量、種類(lèi)及排列順序，可以實(shí)現多種不同的系統功能，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(chǎn)品項目中使用。
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