DSP 在數字視頻處理技術(shù)中的應用

早些年間，由于帶寬和處理能力的限制，人們在談到數字信號處理時(shí)，更多的是簡(jiǎn)單的語(yǔ)音信號處理。接下來(lái)，隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，人們可利用的帶寬越來(lái)越大，處理能力越來(lái)越強，簡(jiǎn)單的語(yǔ)音已不滿(mǎn)足人們的需求，人們開(kāi)始關(guān)注動(dòng)態(tài)范圍更廣的音頻處理直至現在的視頻處理， 人們要求越來(lái)越多的視頻應用。比如，希望更遠方親人通電話(huà)世人看到他們的笑容，希望隨時(shí)隨地的看電影，希望拍攝家庭聚會(huì )的場(chǎng)景同親友分享在未來(lái)回憶，希望用視頻監控保護著(zhù)家人，等等。歸納一下，在這個(gè)市場(chǎng)上我們會(huì )看到以下的應用：

視頻局端設備
無(wú)線(xiàn)視頻網(wǎng)關(guān)
機頂盒
數字視頻播放器/點(diǎn)播機
IP視頻電話(huà)
網(wǎng)絡(luò )相機監控系統
數字攝錄機
便攜式視頻流裝置（等等）

這些應用的共同點(diǎn)是它們都要求視頻和圖像的處理，這些處理可能是圖像質(zhì)量的優(yōu)化，如銳化、白平衡等；也可能是視頻和圖像的壓縮/解壓縮，如MPEG-4；也可能是不同壓縮制式之間的轉換，如H.263與MPEG - 4等等。這些處理都要求主處理芯片有較強的圖像視頻處理功能，但由于所有這些運算由于針對的最終市場(chǎng)并不不同，它們對處理器的要求也不盡相同。所以在對某種應用進(jìn)行開(kāi)發(fā)之前，必須要理解該應用對處理芯片的要求，從而進(jìn)行成功的選型。本文首先對這些應用進(jìn)行分類(lèi)，然后以德州儀器的系列處理芯片為例給出相應的選型建議。

視頻應用及其分類(lèi)

首先我們概括地看一下上文提到的幾個(gè)典型的視頻應用

視頻局端設備

最常見(jiàn)的局端設備是位于有線(xiàn)電視局端的視頻再復用器，它通常提供以下的功能：

接入復用數字通道
插入本地內容（如廣告等）
輸出客戶(hù)定制內容

這幾項功能需要處理芯片完成以下的工作：

視頻碼制轉換
視頻碼率轉換
音頻碼制轉換
音頻碼率轉換
前期/后期處理
數字程序插入

這些工作一方面由于在局端，通道密度較高，所以要求芯片處理能力較強。另一方面又由于編碼技術(shù)在不斷地發(fā)展，不斷會(huì )有新的標準出現，因而要求處理芯片具有較強的可編程性和可擴展性，產(chǎn)品具有較好的延續性。

芯片外圍接口的主要需求是高吞吐率。

無(wú)線(xiàn)視頻網(wǎng)關(guān)

無(wú)線(xiàn)視頻網(wǎng)關(guān)是位于MSC內的一個(gè)局端交換系統，用于將任何制式的視頻內容轉成手機支持的格式從而將這些內容在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )上發(fā)布。它的功能使得對處理芯片的要求與視頻局端設備比較相像，但也有它自己的要求。由于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )對環(huán)境的依賴(lài)比較大，不同連接的信道質(zhì)量會(huì )有所不同，這就要求網(wǎng)關(guān)針對信道質(zhì)量將視頻內容轉換到該信道所支持的碼率上。

相應地對芯片要求同局端設備但性能要求更高。由于作為網(wǎng)關(guān)要與其它網(wǎng)絡(luò )例如分組交換網(wǎng)接口，要求芯片的外圍接口支持網(wǎng)絡(luò )總線(xiàn)例如ATM或以太網(wǎng)

機頂盒

這里的機頂盒是指在用戶(hù)端同步解碼，處理和播放幾條視頻，音頻和數據流的媒體集中播放器，有些機頂盒還支持對DVB或DVD其它MPEG數據流的編碼功能。

這里，芯片處理任務(wù)比較簡(jiǎn)單，一般就是接受數據流然后解碼或編碼，但由于是進(jìn)行流處理，并且多半是MPEG 2質(zhì)量的視頻流，所以需要處理能力較強。

IP視頻電話(huà)/視頻會(huì )議

IP視頻電話(huà)是將實(shí)時(shí)的多通道視頻集成到現有的IP語(yǔ)音電話(huà)中，視頻會(huì )議則在多點(diǎn)間實(shí)現視頻電話(huà)會(huì )議。

目前這兩種應用多采用H.263或MPEG-4，芯片要完成這兩種制式的編解碼，同時(shí)完成圖像采集處理的任務(wù)，單芯片處理能力要求較強。

由于要進(jìn)行視頻采集，接口要求支持視頻輸入，要實(shí)現TCP/IP協(xié)議，則要求有以太網(wǎng)口的輸出支持。

數字視頻監控系統

數字視頻監控系統相較傳統視頻監控系統來(lái)說(shuō)是一個(gè)顯著(zhù)的飛躍，它增加了更多的智能型，例如可以進(jìn)行移動(dòng)報警，通過(guò)圖像處理方法，在監控區域發(fā)現移動(dòng)物體就報警；數字化的視頻檔案更加便于管理，例如可以通過(guò)自動(dòng)圖像分析方法來(lái)找到目的片斷，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )，數字化信息更便于傳輸。

這里最主要的要求是可編程性，這些智能特點(diǎn)沒(méi)有可編程性不可能實(shí)現。當然，處理能力也是實(shí)現這些特點(diǎn)的保證。另外，視頻輸入和網(wǎng)口也是不可或缺的。