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达芬奇之旅--TI数字视频巡回研讨会的技术核心

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作者:德州仪器半导体技术(上海)有限公司DSP业务发展经理 郑小龙时间:2007-01-02来源:电子产品世界收藏

摘要: 本文将数字视频的全国巡回研讨会中所涉及的技术核心进行部分介绍,以便更多读者可以了解技术的基本内容。

关键词: 

德州仪器(TI)正式推出达芬奇(Davinci)数字视频技术平台至今已经整整一年时间,在这过去的一年当中,TI依照其承诺在达芬奇处理器芯片硬件和软件的开发上成果显著,同时对达芬奇的技术和应用迅速推进。

从去年冬天达芬奇样片和开发系统面世之后,TI便与全球同步,加快达芬奇在中国推进的步伐,开始酝酿并实施一系列技术推广活动。

目前,业界对达芬奇创新的冲动已化为实现的行动,已有一些基于达芬奇的产品已经推出,而更多的产品将在今后几个月中陆续登场,“达芬奇效应”正在如预期那样蓄势待发。

第一讲:达芬奇技术总体概述

达芬奇技术(DaVinci)简言之就是包含有针对数字音视频优化的基于的系统解决方案,其中有四个基本组成,即处理器、软件、开发工具套件和支持,如图1所示。



图1  达芬奇系统构成

达芬奇处理器是一个单片系统,集成有TI高性能C64+核心和ARM9核心处理器以及视频前端处理器和视频加速器,还有非常丰富的外围设备,如数字视频、数字音频、高速网络、DDR2高速存储器、ATA硬盘和多种存储卡等接口。

在软件方面达芬奇全面支持由底层到高层的。达芬奇在嵌入式操作系统方面对Linux的支持极为完善,也有支持WinCE的能力;在数字视频、影像、语音和音频上可以支持H.264、MPEG4/2、H.263、VC1、JPEG、G.711/G.723、MP3、WMA等多种编解码器;通过多媒体框架结构进行数字视频的集成,并提供API驱动程序支持,同时有助于实现处理器间的通信。

达芬奇有多种开发工具套件以满足各种需求,其中评估模块和参考设计将有益于硬件设计,而数字视频开发平台和Green Hills开发工作将对缩短软件系统集成有很大帮助。

达芬奇的支持体系很强大,其中既有来自TI授权软件提供商(ASP)的支持,也有更为广泛的第三方网络的支持。

所有的数字视频类产品都有机会采用达芬奇技术,这里不仅有众所周知的产品,如数码相机或摄像机、个人媒体播放器、数字机顶盒、IP可视电话、数字媒体网关、数字视频服务器、IP网络摄像机、数字硬盘录相机等,还有未来创新的数字视频,如包含汽车智能视觉在内的新产品,当然还有更多的产品有待脱颖而出。

在达芬奇技术研讨会上,对第一批达芬奇芯片DM6446/6443的内部结构和应用的讲解集中在ARM与DSP的高速通信、外围高速扩展接口的使用、视频前端处理器(VPSS)的配置、中心交换资源(SCR)的调度等技术细节,并且深入地分析了不同开发工具的特点和在达芬奇软件系统开发中的作用。

除了详实的技术演讲,还有生动的现场演示,例如在DM6446评估板所进行的基于达芬奇的数字机顶盒的实现。在此可以直观地看到H.264解码器的性能,还可以探讨以实现屏幕图文显示(OSD)的功能和效果。

第二讲:达芬奇软件技术详解

与以往的数字视频处理器系统相比,达芬奇的特别之处还在于其强大的软件系统支持基础,因此其目标就是力争加快数字视频产品投入市场的时间。当前的数字视频产品往往需要支持多种媒体格式,在确定新产品思想后要经过两个开发阶段,第一是创建软件基础,第二是产品的特色化设计。

在过去前一阶段比后一阶段要长得多,有时因为拖得过长而失去了进入市场的时机。达芬奇的推出就是要从根本上扭转这种局面,这便有可能将软件开发阶段缩减一半或几分之一,而为产品的特色化赢得更多的时间。

在具体的软件设计中,对于数字多种媒体系统的设计,围绕用户代码的主线程有四个部分,其一是输入源数据,其二是输出结果,其三是算法处理实体,其四是用户界面(GUI)。达芬奇系统在底层以通用嵌入式实时操作系统为基础,通过构建达芬奇框架结构Davinci Framework)来协调各部分工作流程,并对数字视频(video)、影像(Imaging)、语音(Speech)和音频(Audio)类的软件提供相应的应用程序接口,即简称为VISA API,另外也对简单外设软件接口提供应用程序接口,即EPSI  API。

这样就建立了达芬奇软件系统结构体系,如图2所示。在这里,VISA包含在SPL层中,实现基本的编解码器功能;而EPSI则包含在IOL层中,实现基本的输入输出功能。还有一个APL层用以支持高级应用的开发。

图2  达芬奇软件系统结构

为了使DSP算法规范化,TI曾经大力推广eXpressDSP的开发理念并获得成功,目前全球上千种由TI或第三方提供的算法具有eXpressDSP的兼容性,这个DSP的算法标准称为xDIAS。xDIAS可以提供为所有兼容性算法与一致化的API管理存储器资源的能力。而在达芬奇的软件中所使用的是一个针对数字媒体的算法标准,称为xDM,xDIAS-DM可视为是扩展的xDIAS。对于VISA中的编解码器引擎都有相对应的xDM,而xDM部件也可以很容易地切换。

在达芬奇系统的开发中,信号处理内容就存在以下四种选择,第一种选择,就是自己开发自己的符合xDM的算法;第二种选择,就是去买原始的编解码算法,这也是符合xDIAS-DM的软件并以库,即.lib的方式提供;第三种选择,就是去买封装了的编解码器组件,同样是以.lib库的方式提供,但已根据需要进行了封装并可直接集成到应用系统中;第四种选择,就是去获取完整的DSP可执行软件,这可以从TI或TI的ASP得到,这些软件已针对特定市场而优化,如视频监控、网络AV播放、IP可视电话、视频会议,还有其他的新兴应用。

第三讲:达芬奇输入输出技术分析

在数字视频系统的设计中,输入输出(I/O)驱动程序是非常繁琐的工作。在达芬奇系统的开发中,这一部分的工作强度已被大大简化了。基于linux的软件内核有助于I/O问题的解决, 如图3所示为达芬奇输入输出驱动结构。

图3  达芬奇输入输出驱动结构

在达芬奇的实际开发工作中可以有如下四个步骤:第一,加载驱动程序到内核;第二,创建一个虚拟文件作为驱动程序参考;第三,用文件系统放置驱动程序;第四,用打开、读取、写入和关闭方式进入资源。

在视频的获取中,有一个名为v412的标准的Linux视频驱动程序,在许多Linux系统中也常常用到,在达芬奇系统中同样也有完善的支持。

在视频的显示中,相应的标准Linux视频驱动程序是fbdev, 可以将一个显示设备的帧缓冲器映射到用户空间。在达芬奇系统中,可以直观地显示出多个视频和OSD的窗口,这也可以在DM6446的评估系统中进行演示。

第四讲:达芬奇技术开发支持

达芬奇系统的开发其实就是TI传统DSP开发模式的延伸,仍然可以采用eXpressDSP的开发理念,只是在其中增加了丰富的数字视频和音频的内容。首先,开发集成软件环境还是业界熟识的Code Composer Studio,版本需要V3.2;另外,实时仿真调试工具还是XDS系列JTAG适配器,当然对于高速视频系统的开发,XDS560应该更适合。

一个完整的达芬奇程序开发集成方案可以如图4所示意,其中硬件上主系统与目标可以通过仿真器或以太网进行连接。在主系统中可以使用TI的优化编译包,也可使用TI第三方Green Hills的GHS优化编译包。调试中可以使用多工具包以适用不同需要的要求,这里大多为TI的软件支持模块,也有来自第三方的模块和插件。

图4  达芬奇程序开发集成方案

在达芬奇数字视频的全国巡回研讨会中,我们不断与许多客户进行沟通,得到了很多积极的反馈和建议,这将有利于TI继续完善达芬奇技术和系统的支持模式。随着新一批达芬奇芯片的推出,TI与客户的研讨与交流还会持续深入进行下去,我们期待达芬奇为中国企业带来的创新浪潮能够结出更多的硕果。



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