隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展以及多媒體技術(shù)的日益成熟，視頻通信的市場(chǎng)應(yīng)用越來越廣泛，實(shí)現(xiàn)視頻通信的方式也變得多種多樣，如可視電話、即時(shí)通信、視頻聊天、IPTV以及遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程醫(yī)療等。早期實(shí)現(xiàn)視頻通信大都采用專用芯片設(shè)計(jì)，靈活性很差，應(yīng)用范圍窄，現(xiàn)在處理器技術(shù)發(fā)展極快，處理能力不斷提高，處理速度不斷加快，再加上多種協(xié)處理單元的輔助，使得目前的媒體處理器可以構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)單的視頻通信終端。隨著微處理器主頻的提高、內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)以及相關(guān)軟件編譯技術(shù)的完善，媒體處理器的能力會(huì)越來越強(qiáng)，使用起來也會(huì)更簡(jiǎn)單，視頻通信在多媒體設(shè)備中應(yīng)用會(huì)越來越廣泛。

　　Trimedia集成電路是Philips公司新近推出的針對(duì)多媒體應(yīng)用的一種高性能DSP兼CPU,它能夠進(jìn)行高質(zhì)量的視頻和音頻處理。Trimedia現(xiàn)有三種型號(hào)：Tm1000、Tm1100和Tm1300,處理器的主頻分別為100MHz、133MHz和166MHz.本文以Tm1300為例，介紹了Trimedia在視頻通信中的設(shè)計(jì)方法和技巧。

　　芯片簡(jiǎn)介

　　TM1300是Philips公司于1997年以來推出的系列多媒體DSP Trimedia的一款性能優(yōu)良的多媒體處理芯片。它以多媒體處理和通信功能為主，融合了CPU芯片原有的計(jì)算功能，已廣泛應(yīng)用于多媒體專用設(shè)備、家電及寬帶通信設(shè)備。

　　首先簡(jiǎn)要介紹一下Tm1300,它的結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 Tm1300結(jié)構(gòu)圖

　　Tm1300的是32位的處理器，能夠進(jìn)行32位的線性尋址，尋址能力可達(dá)到4GB.同時(shí)它含有128個(gè)通用寄存器，它們不象其它DSP的寄存器那樣分段，所有的操作都可以使用這些寄存器。Tm1300處理器采用的是VLIW （超長(zhǎng)指令字）結(jié)構(gòu)，可以在每一時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)進(jìn)行5個(gè)操作，VLIW結(jié)構(gòu)還可以減少處理器的工作量。Tm1300支持16KB的數(shù)據(jù)高速緩存和32KB的指令高速緩存，并且數(shù)據(jù)高速緩存是雙端口的，允許同時(shí)雙向接入。

　　Tm1300有別于一般的通用DSP,它有專門的視頻接口，音頻接口，網(wǎng)絡(luò)接口和相應(yīng)的處理單元。

　?。?） Tm1300的視頻處理單元包括：標(biāo)準(zhǔn)的視頻接口、圖象協(xié)處理器（ICP）和變字長(zhǎng)解碼器（VLD）。標(biāo)準(zhǔn)的視頻輸入輸出口使Trimedia較方便地與具有CCIR656接口的PAL編解碼芯片互連。圖象協(xié)處理器主要用于圖象的濾波或縮放，提高處理的速度，節(jié)約處理器的資源。同樣，變字長(zhǎng)解碼器可以減輕Trimedia用于Huffman解碼的工作量，有助于高比特率的MPEG-1、MPEG-2解碼，而在低碼率的視頻通信系統(tǒng)中可以通過軟件來實(shí)現(xiàn)而無需采用硬件VLD.

　?。?） Tm1300的音頻處理單元包括標(biāo)準(zhǔn)的音頻接口，能夠與大多數(shù)串行數(shù)據(jù)的音頻ADC和DAC相連接，通過編程可處理大多數(shù)的串行數(shù)據(jù)協(xié)議。與視頻處理單元一樣，音頻輸入輸出單元的緩沖器都在外部的DRAM中，這樣可以提高數(shù)據(jù)交換速度，有利于進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。

　　Tm1300的I2C串行總線可以工作在主從兩種模式下。作為主模式時(shí)，Tm1300可通過I2C總線來配置一些外圍的芯片。作為從模式時(shí)，I2C總線從EEPROM中讀出數(shù)據(jù)，Tm1300上電啟動(dòng)時(shí)采用這種模式，它通過I2C總線讀入啟動(dòng)代碼，以便Tm1300進(jìn)一步讀入二級(jí)應(yīng)用程序，使之正常運(yùn)行。

    多媒體應(yīng)用要求系統(tǒng)資源和活動(dòng)得到高效的管理，TM1300處理器支持pSOC實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)內(nèi)核，pSOS操作系統(tǒng)由美國(guó)ISI（Integrated System Inc）公司開發(fā)。它基于開放式操作系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，并且針對(duì)多媒體應(yīng)用作了專門的優(yōu)化。pSOS真正實(shí)現(xiàn)了搶先式、基于優(yōu)先級(jí)的任務(wù)調(diào)度及合理的中斷處理。內(nèi)核保證在任務(wù)時(shí)刻，正在運(yùn)行的任務(wù)在所有準(zhǔn)備好的任務(wù)中具有的優(yōu)先級(jí)，更高優(yōu)先級(jí)的外部事件可以搶先改變調(diào)度的行為，通過改變搶先特性，或調(diào)度任務(wù)時(shí)間片，用戶可以改變調(diào)度的行為。PSOS還具有以下特點(diǎn)：動(dòng)態(tài)的、基于對(duì)象的多任務(wù)及動(dòng)態(tài)的存儲(chǔ)分析；靈活的計(jì)時(shí)管理和時(shí)鐘服務(wù)；先進(jìn)的錯(cuò)誤處理和故障恢復(fù)等。pSOS操作系統(tǒng)在內(nèi)核層將與硬件有關(guān)的操作放在一個(gè)模塊中，對(duì)系統(tǒng)服務(wù)層以上則屏蔽了具體的硬件特性。

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

　　根據(jù)Tm1300的種種特征，可以利用它所提供的各種資源來靈活設(shè)計(jì)一個(gè)低碼率視頻通信系統(tǒng)。

　　系統(tǒng)的大部分工作都是由該DSP來完成，其中包括：視頻的編解碼，語音的編解碼，網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn)以及其他一些相關(guān)的工作。由于視頻通信系統(tǒng)是一種實(shí)時(shí)的系統(tǒng)，為此首先必需選擇一種實(shí)時(shí)的嵌入式操作系統(tǒng)作為操作平臺(tái)?？晒┻x擇的嵌入式操作系統(tǒng)有很多，如OS9000、PSOS等，用戶可根據(jù)實(shí)際需要來選擇。所有的軟件開發(fā)都是基于選定的操作系統(tǒng)之上的，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖（如圖2）如下：

　　視頻部分

　　視頻處理主要包括視頻的編碼與解碼。設(shè)計(jì)時(shí)可留兩個(gè)視頻輸入接口，一個(gè)模擬接口，一個(gè)數(shù)字接口。模擬口設(shè)計(jì)比較方便，而數(shù)字口的設(shè)計(jì)主要是從降低成本的角度來考慮的。模擬口的視頻信號(hào)經(jīng)過PAL解碼后，變成標(biāo)準(zhǔn)的CCIR656 4:2:2的視頻數(shù)字信號(hào)，視頻數(shù)字信號(hào)直接送入Trimedia,經(jīng)過壓縮編碼后，與編碼后的語音信號(hào)一起送入網(wǎng)絡(luò)。在接收端，Trimedia將接收到的編過碼的視頻信號(hào)解碼，然后送至PAL編碼芯片，終將模擬的視頻信號(hào)輸出到顯示屏上。由于Trimedia本身速率的限制，我們只能完成低碼率的視頻通信，一般視頻編解碼可采用H.261或H.263標(biāo)準(zhǔn)，這兩種標(biāo)準(zhǔn)是ITU-T針對(duì)低碼率視頻通信而制定的。視頻的編解碼在整個(gè)系統(tǒng)中占用資源多，因此在進(jìn)行視頻編解碼軟件開發(fā)時(shí)，盡量?jī)?yōu)化程序，使之占用盡可能少的系統(tǒng)資源?？梢詮囊韵聝蓚€(gè)方面來優(yōu)化：（1）算法優(yōu)化和（2）代碼優(yōu)化。

　　語音部分

　　同樣語音處理的主要任務(wù)是完成語音信號(hào)的壓縮編碼與解碼。對(duì)64kb/s的或128kb/s的線性語音信號(hào)進(jìn)行編碼，將其壓縮至8kb/s或更低碼率的數(shù)字信號(hào)，因此可以選用一種專門用于聲音A/D、D/A變換的芯片，來完成聲音信號(hào)從模擬到數(shù)字或從數(shù)字到模擬的變換。在發(fā)送端，經(jīng)過此芯片的處理，模擬的語音信號(hào)就轉(zhuǎn)變?yōu)?28kb/s的數(shù)字信號(hào)，再壓縮至8kb/s或更低碼率，然后與編碼后的視頻信號(hào)經(jīng)過復(fù)接送入網(wǎng)絡(luò)。在接收端，Trimedia首先將接收到的編碼后的語音信號(hào)解碼，然后送至音頻專用芯片經(jīng)D/A變換后，輸出到揚(yáng)聲器。語音通信的標(biāo)準(zhǔn)有：G.728和G.729.

　　網(wǎng)絡(luò)部分

　　在實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議時(shí)，可用SSI串口來接入網(wǎng)絡(luò)。一般采用專用的網(wǎng)絡(luò)接口芯，來完成這部分功能，如ISDN接口芯片、IP以太網(wǎng)接口芯片或PSTN接口芯片。因?yàn)閷Ｓ眯酒ㄟ^硬件完成了通信協(xié)議底層大部分的功能，這樣就大大減少了開發(fā)人員的軟件工作量，并且開發(fā)人員的主要工作集中在上層協(xié)議的開發(fā)。

　　PCI/XIO總線的使用

　　雖然Trimedia提供的PCI/XIO口主要是針對(duì)PCI總線的，但它仍可以當(dāng)作外部總線來利用?？梢詫⑾到y(tǒng)設(shè)計(jì)成計(jì)算機(jī)插卡形式，也可以設(shè)計(jì)成獨(dú)立一體機(jī)形式。為了能設(shè)計(jì)成獨(dú)立視頻通信系統(tǒng)，可將PCI/XIO口轉(zhuǎn)成外部總線接口來使用，這樣就可以為Trimedia配置多為16MB的EPROM或閃存，用于存放操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序。系統(tǒng)上電啟動(dòng)后就可以直接運(yùn)行已經(jīng)固化的程序，而且不用通過計(jì)算機(jī)來聯(lián)機(jī)運(yùn)行。通過與FPGA相結(jié)合來可以將外部總線的尋址范圍進(jìn)行分段，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)外部可尋址芯片的操作。

　　Trimedia提供了功能較為完善的在線調(diào)試工具，設(shè)計(jì)人員可以通過在線調(diào)試工具-JTAG來開發(fā)Trimedia的各種資源和調(diào)試各種應(yīng)用程序，從而終實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)。