數字視頻系統設計中的集成新概念

　　現在數字視頻系統的復雜度已經(jīng)遠遠超過(guò)以往任何時(shí)候，特別是隨著(zhù)單片系統(SoC)時(shí)代的到來(lái)，廣大設計人員正面臨著(zhù)前所未有的挑戰。在SoC成為數字視頻系統平臺的時(shí)候，新的集成開(kāi)發(fā)概念也就應運而生，其實(shí)質(zhì)就是通過(guò)綜合的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境以及所提供的多種工具，實(shí)現數字音視頻軟件與底層系統軟件及相關(guān)應用的集成，并采用有效的手段進(jìn)行調試。關(guān)于數字視頻系統設計的集成理念可以結合業(yè)界具有代表意義的單片數字媒體處理平臺達芬奇(Davinci)及其開(kāi)發(fā)技術(shù)作一些探討，其中包含基本開(kāi)發(fā)理念、開(kāi)發(fā)集成環(huán)境、數字視頻配置工具和圖形系統可視化工具四個(gè)方面。

圖1 達芬奇軟件集成結構框圖

　　數字視頻系統開(kāi)發(fā)理念

　　既然處理器自身只能用作數字視頻解決方案的基礎，那么管理數字視頻系統的所有組件就成為極其復雜的工程難題。對于許多應用來(lái)說(shuō)，數字視頻只是更為龐雜的系統的眾多組件之一。為了在真正意義上使開(kāi)發(fā)人員克服最初的障礙并且加快產(chǎn)品上 市進(jìn)程，僅僅開(kāi)發(fā)實(shí)施數字視頻的基礎芯片和軟件已經(jīng)遠遠不夠。開(kāi)發(fā)人員不僅需要處理器，還需要能夠直接投入生產(chǎn)的理想代碼。換言之，為了滿(mǎn)足其應用的特定需求，開(kāi)發(fā)人員還需要已經(jīng)集成到可配置或輕松編程的數字視頻子系統上的硬件和軟件。

　　數字視頻系統的復雜性主要在于開(kāi)發(fā)人員必須創(chuàng )建和管理的眾多組件。為眾多組件編寫(xiě)代碼并且管理其間的交互將大大增加集成一套完整系統的難度。為此達芬奇技術(shù)通過(guò)提供開(kāi)放式平臺來(lái)降低系統復雜性，在該平臺之上，德州儀器及其第三方合作伙伴已經(jīng)開(kāi)發(fā)和集成了構成數字視頻系統所需要的各種組件，并且還集成了使任何工程師都能夠實(shí)現數字視頻創(chuàng )新所需的軟硬件。

　　在采用達芬奇平臺進(jìn)行開(kāi)發(fā)中，最需要關(guān)注的就是全新的開(kāi)發(fā)理念。成功實(shí)現數字視頻需要四大要素，即處理器平臺、開(kāi)發(fā)工具、軟件以及系統專(zhuān)業(yè)技術(shù)。由于能夠在集成這四種要素的平臺中實(shí)現數字視頻、音頻、語(yǔ)音與話(huà)音技術(shù)，因此達芬奇技術(shù)所支持的SoC平臺針對靈活的數字視頻實(shí)施而進(jìn)行了精心優(yōu)化，集成了可編程DSP內核、ARM處理器以及視頻加速協(xié)處理器。憑借高效的處理能力、存儲器、I/O帶寬、平衡的內部互連以及專(zhuān)用外設組合，并以最低的成本為視頻應用提供理想的核心動(dòng)力。

　　達芬奇技術(shù)在芯片級上充分發(fā)揮雙處理器的協(xié)處理器功效，并輔之以強大的開(kāi)發(fā)工具，以擴展其基于芯片的DSP技術(shù)能力，并結合高度優(yōu)化的視頻算法軟件。開(kāi)發(fā)人員不需要再費心于如何針對自己的基本創(chuàng )新進(jìn)行編程和優(yōu)化代碼的細節問(wèn)題，因此縮短了開(kāi)發(fā)的周期。達芬奇技術(shù)通過(guò)更加簡(jiǎn)單易用的標準API組合來(lái)實(shí)現對這些創(chuàng )新的利用，這些API允許輕松利用可隨時(shí)投產(chǎn)的編解碼器(CODEC)。

　　達芬奇技術(shù)使開(kāi)發(fā)人員不再需要了解視頻應用中實(shí)施具體CODEC引擎的細節，而可以較少的投入通過(guò)授權得到符合x(chóng)DM標準的視頻、影像、語(yǔ)音和音頻軟件，并通過(guò)配置工具植入SOC中。這樣一來(lái)，開(kāi)發(fā)人員便無(wú)需修改上層應用代碼即可以使用理想CODEC的API，可以顯著(zhù)簡(jiǎn)化視頻CODEC處理的具體低層次細節,而集中進(jìn)行增值應用開(kāi)發(fā)。如圖1為達芬奇軟件集成結構，其中包括信號處理層、應用層及底層核心程序。

　　在完成軟件集成之后，SOC的系統調試將是一個(gè)極其復雜的過(guò)程，所幸達芬奇技術(shù)可以提供數據可視化工具，這是業(yè)界首創(chuàng )的圖形系統可視化技術(shù)的集中展現。開(kāi)發(fā)人員只需要通過(guò)PC屏幕上多個(gè)圖形窗口界面，直觀(guān)地了解到程序運行的結果，并且在同一圖象上顯示ARM與DSP的任務(wù)運行情況。正是這種數據可視化工具提供了系統級數據流程的鳥(niǎo)瞰圖以便實(shí)時(shí)地快速確認問(wèn)題所在，因此實(shí)現了設計效率與總體性能的最大化。

　　構建數字視頻集成環(huán)境

　　針對數字視頻創(chuàng )新應用，開(kāi)放式平臺的效力勿庸置疑，這可上溯到開(kāi)放式開(kāi)發(fā)平臺曾經(jīng)所引發(fā)的PC市場(chǎng)的爆炸性增長(cháng)。TI的OMAP平臺環(huán)境已經(jīng)將移動(dòng)電話(huà)應用開(kāi)發(fā)提升到了一個(gè)新的高度，即通過(guò)集成軟硬件使軟件開(kāi)發(fā)商仍然能夠利用現有的系統，并集中精力開(kāi)拓新市場(chǎng)及新的收入來(lái)源，如開(kāi)發(fā)文本信息傳輸、鈴聲下載以及手機中的其它高級應用等。達芬奇技術(shù)同樣將類(lèi)似OMAP的集成環(huán)境概念融入到了廣泛的數字視頻應用中。

　　達芬奇技術(shù)所提供的開(kāi)放式開(kāi)發(fā)平臺通過(guò)開(kāi)發(fā)集成環(huán)境可以支持多種底層操作系統和擴展更多的應用程序。達芬奇軟件初始將支持Linux，將來(lái)會(huì )陸續支持其他操作系統。Linux支持的內容包括外設驅動(dòng)器、實(shí)時(shí)應用管理、應用級API以及可隨時(shí)投產(chǎn)的代碼。針對視頻而精心優(yōu)化的、基于集成的DSP、專(zhuān)用型開(kāi)發(fā)工具、調諧驅動(dòng)器、CODEC以及系統級應用代碼的整體組合使開(kāi)發(fā)人員能夠實(shí)現完整而復雜的數字視頻系統，僅需少量函數調用即可提供編解碼功能。 

   完整的達芬奇軟件架構涵蓋低級的OS驅動(dòng)程序乃至應用API，使開(kāi)發(fā)人員無(wú)需投入過(guò)多力量編寫(xiě)及優(yōu)化編解碼器或進(jìn)行DSP編程，即能夠實(shí)現數字視頻功能。最初的API基于Linux操作系統，使開(kāi)發(fā)人員實(shí)施編解碼器時(shí)不接觸復雜的軟硬件細節，這使他們不必修改應用代碼就能實(shí)現多媒體編解碼器互換。在創(chuàng )建應用時(shí)，開(kāi)發(fā)人員能利用標準的OS開(kāi)發(fā)環(huán)境編寫(xiě)業(yè)界認可的API，實(shí)現存儲、網(wǎng)絡(luò )及視頻接口功能。而這些工作均可建立在同樣的開(kāi)發(fā)集成環(huán)境中。

　　開(kāi)發(fā)人員目前可借助數字視頻評估模塊(DVEVM)構建數字視頻開(kāi)發(fā)集成平臺，進(jìn)行數字視頻系統評估與實(shí)施工作。DVEVM包含MontaVista2.6.10 Linux Preview開(kāi)發(fā)套件以及MontaVista GNU 開(kāi)發(fā)工具，還包括NTSC/PAL相機、LCD屏幕、預連線(xiàn)的視頻編碼及編解碼器演示，還能用原視頻流創(chuàng )建新的演示。DVEVM還可實(shí)現視頻輸入／輸出連接、網(wǎng)絡(luò )接口、存儲器接口以及標準的子卡連接等，這使開(kāi)發(fā)人員能夠用DVEVM開(kāi)發(fā)出理想的應用原型。采用DVEVM，開(kāi)發(fā)人員可為ARM編寫(xiě)應用代碼，直接適合投產(chǎn)的要求，并且還可通過(guò)達芬奇API訪(fǎng)問(wèn)DSP內核以立即開(kāi)始已有DM6443及DM6446器件的應用開(kāi)發(fā)工作。

　　基于SOC的數字視頻系統內部其實(shí)也是一種軟件的高度集成，只是其中的軟件均以微碼的方式存在。在達芬奇軟件平臺中可以細分為多任務(wù)的CODEC，即視頻(Video)、影像(Image)、語(yǔ)音(Speech)、音頻(Audio),統稱(chēng)VISA。另外還包含具有多媒體框架組件的CODEC引擎遠程服務(wù)器。由此構成的信號處理層(SPL)一方面通過(guò)VISA API接口與應用層(APL)連接，另一方面則通過(guò)DSP/BIOS與底層內核溝通。APL包含客戶(hù)增值差異化設計軟件模塊，并通過(guò)Linux API溝通底層內核的許多外圍接口驅動(dòng)。

圖2 達芬奇軟件平臺結構框圖

　　圖2所示達芬奇的軟件及平臺構架圖有助于進(jìn)一步了解內部細節，其中包括ARM端linux上運行的應用程序，DSP上運 行的CODEC引擎以及負責ARM與DSP通信的DSP/BIOS LINK等。所有的開(kāi)發(fā)都可以在TI通用的軟件集成環(huán)境(Code Composer Studio)中進(jìn)行,其適于數字視頻開(kāi)發(fā)的最新版本為V3.2。

　　在對達芬奇基本的硬件和軟件平臺有所了解之后，不妨嘗試著(zhù)建立起自主的基于達芬奇技術(shù)的數字視頻集成開(kāi)發(fā)平臺，并達芬奇技術(shù)已經(jīng)能夠實(shí)現了數字視頻背后的許多復雜細節，為數字視頻應用提供強有力的支持。只要樹(shù)立數字視頻技術(shù)開(kāi)發(fā)的新概念，開(kāi)發(fā)人員將不必拘泥于繁瑣的底層基礎建立，不用受制于繁重DSP編程工作，而是可以通過(guò)有效的片上軟件及應用集成，開(kāi)發(fā)出具有優(yōu)越性能和創(chuàng )新功能的數字視頻應用和產(chǎn)品。