DSP视频编解码系统详细解析

随着数字多媒体的应用日渐广泛，视频解码 在嵌入式系统设计中变成一个基本要素。视频标准有多种，依赖于产品可实施其中的一个或者多个标准。当然这不是全部，视频仅仅是多媒体码流的一部分，另外还有音频或者语音需要并行处理。因此，一个精确的处理存储或数据流的同步层是必需的。此外，视频解码本身对性能要求较高，需要不同于先前基于语音和信息应用 的系统架构;这就对便携系统提出了特殊挑战，而桌面应用同样面临这些问题。
　　通用视频标准和编解码器
　　联合视频组（Joint Video Team， JVT）由 ITU的视频编码专家组（Video Coding Experts Group， VCEG）和ISO/IEC运动图像专家组（Moving Picture Experts Group， MPEG）组成。VCEG开发自愿性标准，用于会话和非会话类音/视频应用的先进移动图像编码。 MPEG开发国际标准，用于移动图像、音频及两者组合的压 缩、编码、解压缩、处理等，以满足各种应用。总之，JVT已经开发了包括ITU H.262/MPEG2和H.264/MPEG-4 AVC在内的最流行的视频标准。
　　MPEG-2 Video/H.262：MPEG2（ISO/IEC 13818-2），也被称为ITU-T H.262，是目前消费类电子视频设备中使用最广泛的视频编码标准。MPE2视频用于数字电视广播：包括地面、电缆和直接卫星广播。它能在25fps （Pal）或者30fps（NTSC）的固定帧率下达到720x576象素成像。此外，它也是DVD视频中必需的编解码器。
　　MPEG-4-SP/ASP： ISO/IEC 14496-2描述了 MPEG4简单类（Simple Profile， SP）/高级简单类（Advanced Simple Profile， ASP）。其中，SP用于下一代便携式终端和窄带互联网。而ASP增加若干工具，编码效率提高了1.5到2倍。他们两个均在市场上获得越来越多的接受
　　MPEG-4-AVC/ITU-T H.264：先进视频编码（AVC）是由ISO/MPEG和ITU-T联合技术委员会开发的多媒体标准。AVC提供更高的压缩率，更好的视频质量和比MPEG2更高的容错性，有望用于互联网广播和移动通讯。
　　Windows Media Video（WVM）/SMPTE VC-1：WMV9是微软的多媒体标准，其特性包括支持流处理，可变比特率，以及与MPEG-4-AVC/H.264相媲美的容错工具。除了用于家庭电 脑，WMV9目前也在电影院用于数字投影。电影中使用的编码可以是7~12Mbps的恒定比特率CBR或可变比特率VBR，并达到DVE解析度 （720x480）。
　　设计原理
　　特定的目标应用决定了系统要求，因而带动了系统设计的选择。
　　个人媒体播放器（PMP）：个人媒体播放器是带大容量存储器的便携式设备，通过对存储的文件进行解码，可以观看视频、听音乐或者浏览数码照片。由于是便携式播 放器，因此功耗至关重要。既然编码和流处理功能都不需要，并且屏幕尺寸通常是比较小的QVGA或者CIF格式，其可通过基于DSP的 方案很好的解决。采用DSP的优势还在于可轻松支持多种视频和音频标准。例如：LSI针对高性能嵌入式系统的可授权DSP核ZSP500，可为此类应用提 供充足的视频处理能力。此外，ZSP500还可以提供杰出的音频解码能力，使DSP可在较低的频率下运行;从而使音频/视频子系统功耗很低。而存储器、键 盘、显示和文件系统可通过微控制器执行。
　　
　　图：标准视频编解码器的时间表。
　　当然，某些PMP具备把播放器连接到普通电视机的视频输出功能。虽然PMP集成的显示屏幕相对较小，但现在的视频解码尺寸通常达到D1格式。依据播放器的功 能列表要求，设备需要集成1个或者多个视频解码标准;对于在电视帧率（25-30帧/秒）下D1格式视频解码，硬件视频解码器是最佳选择。多个视频解码标 准可能需要多个硬件模块。实行多个解码标准会提高系统成本，但不会提高功耗，因为同一时间只有一个模块会被激活。多标准音频解码可在小而高效的嵌入式 DSP核中实现，而无需增加额外的硬件成本（存储解码器的空间除外）。而微控制器将用于控制DSP和视频硬件解码器。