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媒體系號處理器MAP-CA及其應(yīng)用實例

通用數(shù)字信號處理器雖然具有很高的運算速度，但在多媒體信號處理領(lǐng)域，特別是視頻處理方面，通常需要復(fù)雜的接口�� 性能不到充分發(fā)揮。媒體信號處理器針對多媒體應(yīng)用優(yōu)化了內(nèi)核結(jié)構(gòu)并提供豐富的媒體接口。與通用的數(shù)字信號處理器相比，媒體信號處理器在多媒體應(yīng)用領(lǐng)域，性能更強大，使用更方便。本文介紹一種典型的媒體處理器ＭＡＰ－ＣＡ�熕�是由美國Ｅｑｕａｔｏｒ公司和日本日立公司聯(lián)合開發(fā)的寬帶高速媒體處理器�牻榻B應(yīng)用ＭＡＰ－ＣＡ設(shè)計的一個對視頻、語音進行實時編解碼處理的多媒體信號處理子系統(tǒng)，它與另一個嵌入式控制子系統(tǒng)配合，實現(xiàn)了一個完整的數(shù)字視頻記錄系統(tǒng)(ＤＶＲ)。

１ 媒體信號處理器ＭＡＰ－ＣＡ簡介

媒體信號處理器ＭＡＰ－ＣＡ(Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｆｏｒ Ｃｏｎｓｕｍｅｒ Ａｐｐｌｉａｎｃｅｓ)是Ｅｑｕａｔｏｒ公司繼ＭＡＰ１０００MAP1000、ＭＡＰ１０００ＡMAP1000A以后推出的一款高集成度的寬帶數(shù)字信號處理芯片，特別適用于多媒體信號處理的產(chǎn)品，如機頂盒、數(shù)字電視、視頻會議系統(tǒng)、醫(yī)用圖像產(chǎn)品、數(shù)字視頻編輯設(shè)備和辦公自動化產(chǎn)品。ＭＡＰ－ＣＡ是針對ＭＰＥＧ１、ＭＰＥＧ２、ＪＰＥＧ、Ｈ．２６３以及語音編碼而優(yōu)化設(shè)計的。由于媒體信號處理的核心算法都是基于ＭＡＰ－ＣＡ的軟件平臺，可以通過增加、刪除或者增強一些功能模塊，比較容易對最終系統(tǒng)進行升級和改進。因此，ＭＡＰ－ＣＡ是多媒體信號處理應(yīng)用的一個現(xiàn)成有效的解決
方案。

１．１ ＭＡＰ－ＣＡ處理器結(jié)構(gòu)

ＭＡＰ－ＣＡ具有一個高度流水線的超長指令字(ＶＬＩＷ)結(jié)構(gòu)的內(nèi)核，每個時鐘周期可以進行四次操作。具有支持３２位和６４位的數(shù)據(jù)運算單元以及專為多媒體運算而設(shè)計的１２８位運算單元。 ＭＡＰ－ＣＡ擁有較大容量的片內(nèi)存儲空間，包括３２ＫＢ的指令緩存和３２ＫＢ的數(shù)據(jù)緩存。它具有一個非常高性能的ＤＭＡ控制器(ＤａｔａＳｔｒｅａｍｅｒ)和兩個為視頻信號處理而設(shè)計的協(xié)處理器：一個可用來進行變長編、解碼，另一個用來實現(xiàn)視頻濾波。

ＭＡＰ－ＣＡ的功能結(jié)構(gòu)框圖如圖１所示。

ＭＡＰ－ＣＡ媒體信號處理器自身擁有ＰＣＩ總線、ＳＤＲＡＭ總線和Ｆｌａｓｈ ＲＯＭ信號的接口，這些使它可以方便地構(gòu)成一個獨立的系統(tǒng)或者構(gòu)成一個計算機的子系統(tǒng)，通過ＰＣＩ總線與計算機主ＣＰＵ通信。

１．２ ＭＡＰ－ＣＡ處理器功能特性

區(qū)別于通用數(shù)字信號處理芯片，ＭＡＰ－ＣＡ媒體信號處理器具有兩個特性：

(１)針對多媒體信號處理設(shè)計的內(nèi)核。工作在３００ＭＨｚ時，ＭＡＰ－ＣＡ可以實現(xiàn)１８００ＭＩＰＳ的運算能力。同時，它對多媒體信號處理的支持包括可以實現(xiàn)１２８位媒體數(shù)據(jù)運算�煻嘞笏刈止�(jié)并行運算��；擁有兩個為視頻編、解碼而設(shè)計的協(xié)處理器——一個變長編碼協(xié)處理器和一個視頻濾波協(xié)處理器；提供對視頻層疊加的直接支持；同時它具有強大的ＤＭＡ控制器(ＤａｔａＳｔｒｅａｍｅｒ)，為多媒體的大數(shù)據(jù)量提供了足夠的帶寬保證。

(２)豐富的媒體接口。包括視頻和語音標準接口，如：ＩＴＵ－Ｒ ＢＴ．６５６／６０１格式的輸入、輸出；ＭＰＥＧ－２的傳輸層接口輸入ＴＣＩ(Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ)；ＩＥＣ９５８和ＩＩＳ數(shù)字音頻輸入、輸出接口；支持外接ＲＧＢ監(jiān)視器。

由這兩個特性可以看出，ＭＡＰ－ＣＡ媒體信號處理器為以多媒體信號處理為中心的設(shè)計提供了一個非常強大又方便的解決方案；同時，作為一款數(shù)字信號處理芯片，它繼承了ＤＳＰ設(shè)計方案所擁有的可以軟件升級、靈活的優(yōu)點。

２ 基于ＭＡＰ－ＣＡ的數(shù)字視頻記錄系統(tǒng)設(shè)計

數(shù)字視頻記錄系統(tǒng)ＤＶＲ(Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｉｄｅｏ Ｒｅｃｏｒｄｅｒ)是隨著信息技術(shù)，特別是多媒體技術(shù)的發(fā)展而逐步發(fā)展起來的。它可以應(yīng)用于任何需要對場景進行記錄或監(jiān)控的場所。視頻記錄系統(tǒng)包括模擬視頻記錄系統(tǒng)和數(shù)字視頻記錄系統(tǒng)。新一代的數(shù)字視頻記錄系統(tǒng)一般可以分為兩類：一類是基于計算機(或工控機)的視頻記錄系統(tǒng)；另一類是脫機獨立的(或嵌入式的)視頻記錄系統(tǒng)。后一種方案更加靈活、方便，可以實現(xiàn)ＤＳＰ層面上的軟件編、解碼，針對不同的應(yīng)用領(lǐng)域，給予特別的編碼支持，實現(xiàn)最優(yōu)效果。數(shù)字視頻記錄系統(tǒng)要求實現(xiàn)的主要功能包括視頻、語音的采集、編碼、存儲、播放，并對記錄下來的視頻、語音的壓縮信息進行解碼、檢索、回放。

采用ＭＡＰ－ＣＡ媒體信號處理器，設(shè)計了一個脫機獨立的視頻記錄系統(tǒng)。根據(jù)功能需要，將本系統(tǒng)劃分為兩個子系統(tǒng)：一個是以ＭＡＰ－ＣＡ處理器為中心的媒體信號處理子系統(tǒng)；另一個是用嵌入式芯片實現(xiàn)的控制子系統(tǒng)。圖２為本系統(tǒng)的原理框圖。

嵌入式控制子系統(tǒng)主要實現(xiàn)對系統(tǒng)工作流程的控制，實現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄、查詢功能，提供用戶交互接口和擴展通信接口。

以ＭＡＰ－ＣＡ為中心的媒體處理子系統(tǒng)主要實現(xiàn)視頻、語音信號的采集、播放和編碼、解碼。下面對媒體處理子系統(tǒng)做進一步的說明。

筆者充分利用了ＭＡＰ－ＣＡ媒體處理芯片在多媒體應(yīng)用方面的強大功能和其內(nèi)部結(jié)構(gòu)對視頻、語音信號編、解碼的優(yōu)化；提出了高效的視頻編碼方案；利用它提供的方便的視頻、語音信號接口，實現(xiàn)了這個既可獨立應(yīng)用，又可以嵌入到主控系統(tǒng)的媒體信號處理子系統(tǒng)。圖３為系統(tǒng)的原理框圖。

本系統(tǒng)可在實現(xiàn)一路視頻的編碼、解碼的同時，進行一路語音的編、解碼工作。它包括兩個子進程：編碼進程和解碼進程。編碼進程工作原理：采集視頻信號并轉(zhuǎn)換成ＩＴＵ－Ｒ ＢＴ．６５６格式數(shù)字碼流，輸入給ＭＡＰ－ＣＡ芯片，對視頻進行編碼；同時采集語音信號并轉(zhuǎn)換成ＩＩＳ格式碼流，輸入給ＭＡＰ－ＣＡ芯片，對語音信號進行編碼；將視頻和語音編碼數(shù)據(jù)通過ＰＣＩ總線傳遞給控制子系�熃由享�)統(tǒng)。解碼進程工作原理是：將控制子系統(tǒng)傳遞過來的視頻音頻碼流進行解碼，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的ＩＴＵ－Ｒ ＢＴ．６５６和ＩＩＳ格式碼流，傳送給輸出接口芯片，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的復(fù)合視頻和模擬音頻并播放。本系統(tǒng)還支持ＶＧＡ顯示，可直接連接監(jiān)視器。

為使本系統(tǒng)更好地工作，選用了６４ＭＢ的ＳＤＲＡＭ，供視頻和語音編、解碼使用。另外，選用了２ＭＢ的Ｆｌａｓｈ ＲＯＭ，用以存放系統(tǒng)的編、解碼軟件，使系統(tǒng)既可以作為一個子系統(tǒng)與主控系統(tǒng)配合工作，也可成為一個獨立的系統(tǒng)。
系統(tǒng)的視頻編、解碼算法使用了為監(jiān)控領(lǐng)域設(shè)計的多層量化和預(yù)測器ＤＩＰＭＥＱ(Ｄｉｓｃｒｅｔｅ－Ｐａｒｔｉｔｉｏｎｅｄ Ｍｕｌｔｉ－ｌａｙｅｒ Ｅｓｔｉｍａｔｏｒ ａｎｄ Ｑｕａｎｔｉｚｅｒ)的壓縮算法。語音部分的編、解碼算法使用了ＧＳＭ壓縮算法。

參考文獻
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