關(guān)鍵詞： 抽象 , 嵌入式 , 視頻產(chǎn)品 , 系統(tǒng)級

信號處理技術(shù)制造商推出了將處理器、開發(fā)工具、軟件以及系統(tǒng)專業(yè)技術(shù)高度集成的開發(fā)環(huán)境，使設(shè)計人員能夠在高系統(tǒng)級別的抽象環(huán)境下開發(fā)視頻應(yīng)用，從而解決這一繁瑣而復(fù)雜的難題。這使設(shè)計人員能集中精力開發(fā)應(yīng)用功能，通過簡單調(diào)用應(yīng)用編程接口(API)就能實施視頻、音頻、語音和影像技術(shù)，以處理諸如實施特定編解碼器引擎以及匹配屏幕分辨率等細節(jié)。

新一代視頻應(yīng)用

隨著實施數(shù)字視頻的成本不斷下降，更多嵌入式開發(fā)人員開始在各種產(chǎn)品中集成音、視頻技術(shù)。圖1顯示了機頂盒（STB）作為家庭安全集成監(jiān)控系統(tǒng)的功能，它使得家庭用戶能在電視屏幕上查看訪客情況。同時，傳統(tǒng)與非傳統(tǒng)視頻應(yīng)用的質(zhì)量也在不斷提高。為了可智能化地調(diào)整對比度與聚焦，TI正在開發(fā)計算性能更高的算法。高靈活性的處理選項也使用戶能通過包括黑白、彩色、紅外、熱感等在內(nèi)的各種設(shè)置捕獲影像。此外，也正在開發(fā)智能攝像頭，它僅當鏡頭框中的所有人都睜眼時才捕獲影像。

傳統(tǒng)的編解碼器實施方法

日益廣泛的視頻使用與復(fù)雜性不斷提高的新型視頻應(yīng)用使人們開始重視傳統(tǒng)視頻開發(fā)方法的局限性問題。傳統(tǒng)方法的最大障礙之一就是需要對編解碼器算法進行手工編碼之后，才能壓縮數(shù)據(jù)流進行傳輸存儲，也才能解壓縮用于查看和編輯。目前，編解碼器標準非常復(fù)雜，并在不斷地演進發(fā)展，以增強視頻質(zhì)量和降低帶寬占用。

因此，工程師往往需要很多人月的工作才能完成嵌入式視頻應(yīng)用的實施。通常，編解碼器先采用C/C++等較高級語言開發(fā)，然后再將部分代碼用匯編語言重寫，從而根據(jù)硬件實施優(yōu)化性能與功耗。上述編程工作的第二階段需要熟練掌握特定硬件平臺的大量專業(yè)技能。

諸如MPEG 2等前代編解碼器已穩(wěn)定成型，但MPEG 4與H.264等最新的高效編解碼器仍在不斷改進，因此必須在產(chǎn)品開發(fā)過程中和未來升級中考慮到編解碼器變動的可能性。此外，新型編解碼器也提供了更豐富的工具套件(toolset)，能夠為開發(fā)人員在設(shè)置視頻流時提供更多的選擇。例如，有的編解碼器視頻流可允許使用隔行掃描規(guī)范，而有的則不行。

硬件考慮事項

編解碼器通常運行于專用集成電路(ASIC)或數(shù)字信號處理器(DSP)上。ASIC是針對特定應(yīng)用而設(shè)計定制的，因此功耗通常較低，外形尺寸也相對較小。使用ASIC的不利因素在于，工程設(shè)計僅適用于特定應(yīng)用，因此成本較高。而且如果要根據(jù)不斷發(fā)展的編解碼器標準進行實施更改，成本也會比較高。新編解碼器的實施通常需要增加ASIC器件的裸片大小。

DSP則能提供全面的軟件可編程性，其中包括現(xiàn)場再編程功能，以使用戶在推出MPEG 2產(chǎn)品之后還能再讓其升級產(chǎn)品支持H.264視頻編解碼器。此外，DSP還有助于簡化可支持多種編解碼器產(chǎn)品的開發(fā)，而且還能根據(jù)標準的變化實時更新編解碼器。此外，還可將DSP集成在片上系統(tǒng)（SoC）中，與通用處理器（GPP）和加速器等更多功能結(jié)合在一起，從而有助于減少組件數(shù)。

應(yīng)用領(lǐng)域的問題

數(shù)字視頻實施只是當今大量數(shù)創(chuàng)新型應(yīng)用的一部分，通常運行于GPP之上的應(yīng)用則構(gòu)成另一部分，可提供用戶界面并實現(xiàn)產(chǎn)品差異化的特定性能。此類應(yīng)用的重要角色之一就是實現(xiàn)軟硬件的統(tǒng)一。例如，在編解碼器與視頻端口之間提供視頻緩存。此外，應(yīng)用還需要諸如Linux或Windows CE等操作系統(tǒng)來處理以太網(wǎng)協(xié)議棧、無線協(xié)議棧、輸入/輸出設(shè)備驅(qū)動器等。

通過軟件實現(xiàn)硬件抽象

新一代視頻產(chǎn)品的開發(fā)人員必須快速向市場推出具備高級特性的產(chǎn)品，才能確保在競爭中脫穎而出。為了實現(xiàn)上述目標，他們必須盡可能地集中優(yōu)勢資源用于應(yīng)用本身的開發(fā)工作，而不應(yīng)被視頻實施的具體細節(jié)所干擾。

視頻硬件開發(fā)人員為了滿足上述要求，推出了包含軟硬件、工具以及支持等在內(nèi)的集成式環(huán)境，大幅簡化數(shù)字視頻技術(shù)的實施。這種環(huán)境提供了一個開放式平臺以供眾多企業(yè)開發(fā)和集成可構(gòu)成數(shù)字視頻系統(tǒng)的不同組件，從而降低視頻系統(tǒng)的復(fù)雜性。這些高性能信號處理平臺目前包含生產(chǎn)就緒型軟件(如硬件驅(qū)動器、手工優(yōu)化的編解碼器)以及管理網(wǎng)絡(luò)上音視頻同步和流媒體的應(yīng)用代碼等。

新架構(gòu)提供的API使開發(fā)人員能專注于應(yīng)用開發(fā)工作，而無需為視頻實施問題浪費過多時間，也不必進行DSP編程。通過將硬件實施細節(jié)與硬件在應(yīng)用中的使用相分離，開發(fā)人員可非常便捷地將應(yīng)用移植到新平臺與新操作系統(tǒng)上，一般只需更改API之后的驅(qū)動器即可。

編寫應(yīng)用程序的開發(fā)人員只需調(diào)用標準函數(shù)庫就能實現(xiàn)各種視頻、影像、話音與音頻編解碼器以及其他視頻和音頻功能。例如，圖2顯示了設(shè)計人員在無需考慮實際編解碼器實施細節(jié)的情況下通過ProcessVideo等函數(shù)調(diào)用接入視頻流的情況。

API本身由硬件制造商提供，并已針對硬件實施進行了優(yōu)化。如果換用新的硬件，則只需替換驅(qū)動程序，而無需更改應(yīng)用代碼。如果標準發(fā)生更改或者發(fā)布了新標準，則硬件制造商可以更新編解碼器，這樣應(yīng)用開發(fā)人員只需下載新的軟件庫即可，而不必重新編寫代碼。這種方案有助于大幅降低視頻開發(fā)的成本并縮短產(chǎn)品的上市進程。

訪問任何來源的視頻

上述方案的主要優(yōu)勢在于無需對應(yīng)用代碼做出重大更改即能訪問各種來源的視頻流。例如，可用下列代碼來訪問硬盤驅(qū)動器等ATA外設(shè)中的視頻，而且只要對這段代碼范例稍做修改，就能訪問任何來源的視頻。

InitPeripherals()
InitEthernet()；
InitUSB()；
InitATA()；
InitDisplay()；
InitH264Decoder()；
OpenCodec()
OpenH264Channel()；
StartDecode(ATA.Address，H264.Channel，
Display.Address)；

通過API，開發(fā)人員能根據(jù)視頻引擎來配置硬件，以確保特殊應(yīng)用能夠滿足復(fù)雜節(jié)目的要求(如影像尺寸、單位像素位(bpp)等)，此外還能管理幀緩沖器與內(nèi)置屏幕顯示功能等。

更改顯示尺寸

下列代碼范例顯示，打開并配置視頻流之后即可輕松更改顯示尺寸。這段代碼使機頂盒能使用相同的代碼與家庭影院監(jiān)視器直接相連，并將內(nèi)容下載至個人視頻播放器。

　　InitPeripherals()
　　//Display driver is passed arguments to move away from default values
　　InitDisplay(QCIF | CIF | D1 | 720p | 1080i)；

新系統(tǒng)級抽象方案可顯著簡化高級視頻特性的實施。圖3所示的代碼顯示，可用這種方案來實施時移技術(shù)，以便將實時視頻存儲至磁盤上，而不必立即播放，這樣用戶即便暫時沒時間收看也可以看重播，從而不會錯過任何節(jié)目。

I/O層驅(qū)動程序

上述各種特性背后的復(fù)雜細節(jié)均由通用 API 訪問低層驅(qū)動程序完成，因而對開發(fā)人員而言是完全透明的。采用界面熟悉、獲廣泛支持的Linux驅(qū)動程序可簡化視頻技術(shù)在嵌入式應(yīng)用中的集成工作。使用 Linux社區(qū)非常熟悉的API，如捕獲側(cè)(capture side)上的 Video for Linux Two(V4L2)API與通用FBDev API等，能夠簡化從PC開發(fā)環(huán)境向嵌入式SoC環(huán)境的升級。

在無需使用任何匯編語言編程的情況下，可以以最佳方式實施硬件產(chǎn)品的計算資源，可以執(zhí)行各種復(fù)雜操作，包括優(yōu)化使用DSP資源和基于硬件的加速引擎，通過信號鏈模式使用增強型直接存儲器存取外設(shè)以提高數(shù)據(jù)傳輸效率，并通過中斷和小片任務(wù)模式（Interrupt vs.Tasklet）中的分組處理來靈活滿足不同應(yīng)用要求等。

總之，新型設(shè)計方法使開發(fā)人員能夠通過API實現(xiàn)全面的視頻功能，而不必考慮視頻處理的細節(jié)問題?？奢p松對視頻處理的低級別細節(jié)進行修改，以滿足編解碼器或硬件更改的要求，而毋需更改上層應(yīng)用代碼。這種方案消除了對 DSP進行編程的麻煩，使開發(fā)團隊能將大部分精力集中于應(yīng)用本身的開發(fā)上。此外，新方案還有助于以更低的成本大幅縮短集成領(lǐng)先視頻功能的產(chǎn)品的上市時間，同時減少未來產(chǎn)品維護與升級所需的時間和成本。