作者：Jeremiah Golston，德州儀器流媒體技術(shù)部首席執(zhí)行管 (CTO)

目前要求苛刻的消費(fèi)類視頻應(yīng)用往往要求高性能片上系統(tǒng) (SoC) 進(jìn)行集成，然而 SoC 處理引擎卻給系統(tǒng)開發(fā)人員帶來了新的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng) SoC 是基于封閉式結(jié)構(gòu)，開發(fā)人員幾乎不能進(jìn)行集成。然而，包括從消費(fèi)類通信產(chǎn)品、多媒體產(chǎn)品等在內(nèi)的視頻應(yīng)用卻變得日益復(fù)雜，從而要求具有更高的設(shè)計靈活性，以便滿足更多的定制化服務(wù)及先進(jìn)功能升級的需要。

OEM 廠商經(jīng)常需要在為特定市場量身定制的一系列產(chǎn)品中使用同樣的系統(tǒng)平臺，或者需要在同一系統(tǒng)中集成不同的應(yīng)用，如具有目標(biāo)識別功能的安全攝像頭，或帶集成視頻電話或數(shù)字媒體適配器功能的 IPTV 機(jī)頂盒等。

隨著多應(yīng)用產(chǎn)品日益增加，系統(tǒng)開發(fā)人員也越來越需要采用開放式架構(gòu)設(shè)計的 SoC 處理器，以滿足消費(fèi)類視頻市場日新月異的要求。幸運(yùn)的是，一種新型 SoC 處理器出現(xiàn)了，其不僅集成了高性能與可編程內(nèi)核，而且還具有構(gòu)建各種消費(fèi)類視頻系統(tǒng)所需的基本存儲器與外設(shè)。

SoC 架構(gòu)建立在具有專業(yè)視頻硬件加速功能的可編程數(shù)字信號處理器基礎(chǔ)之上，可提供實(shí)時壓縮／解壓縮算法（編解碼器" title="編解碼器" target="_blank">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" 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title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器" title="編解碼器">編解碼器）以及其他通信信號處理所需的計算性能。將 RISC 處理器與 DSP結(jié)合在一起不僅加強(qiáng)了控制與用戶界面支持，而且還使編程變得更加輕松自如；此外，集成的視頻外設(shè)降低了系統(tǒng)成本并簡化了設(shè)計過程。

由于這種多處理器硬件可以作為開放式軟件架構(gòu)的基礎(chǔ)，因此 SoC 處理引擎使開發(fā)人員能夠靈活、迅速地開發(fā)出各種穩(wěn)健的消費(fèi)類視頻產(chǎn)品。德州儀器 (TI) 的 DaVinci 技術(shù)就是這種 SoC視頻處理平臺之一。DaVinci 基礎(chǔ)硬件專門用于支持視頻系統(tǒng)，不僅能縮減板級空間、減少組件數(shù)，而且還消除了集成復(fù)雜系統(tǒng)所需的眾多低級軟件開發(fā)。TMS320DM644x 數(shù)字媒體處理器就是這樣一個基礎(chǔ)硬件，其集成了TMS320C64x+ DSP 與 ARM926EJ-S RISC 處理器作為內(nèi)核，以及用以執(zhí)行視頻編碼器常用的特定操作的硬件加速功能。

可自動執(zhí)行程序與數(shù)據(jù)存儲分配的片上高速緩存不僅支持這種完全可編程內(nèi)核以簡化設(shè)計并提高設(shè)計靈活性，而且還支持從外部存儲器對片上 SRAM 進(jìn)行存儲器直接存取以優(yōu)化繁重的視頻數(shù)據(jù)傳輸。DM644x 架構(gòu)集成了眾多數(shù)字視頻所需的外部組件，從而使硬件材料清單成本降低了50%。視頻處理子系統(tǒng)包含一個帶片上圖像處理管線的前端，用于攝像頭圖像的捕獲與處理，并支持符合 BT.656 標(biāo)準(zhǔn)的器件與 CCD/CMOS 傳感器。子系統(tǒng)的后端是屏幕視控系統(tǒng)驅(qū)動器和集成數(shù)模擬轉(zhuǎn)換器，可提供模擬和／或數(shù)字 RGB/YCbCr 視頻輸出。

此外，DM644x 架構(gòu)還集成了網(wǎng)絡(luò)外設(shè)、音視頻接口以及可支持多達(dá) 64 個同步傳輸通道的增強(qiáng)型存儲器直接存取控制器等。將如此豐富的音視頻功能集成到硬件中既節(jié)省編程時間，同時也降低了將軟件設(shè)計周期用于連接并控制外部器件的需求。

以 DM644x 處理器為基礎(chǔ)的軟件平臺為實(shí)現(xiàn)更高性能充分利用了硬件優(yōu)勢，同時也排除了為實(shí)現(xiàn)更多功能性與易用性而進(jìn)行基礎(chǔ)硬件設(shè)計所帶來的復(fù)雜性。由于有兩種處理內(nèi)核可用，就可以設(shè)定軟件分別由其執(zhí)行效率最高的內(nèi)核運(yùn)行：用戶界面和系統(tǒng)控制軟件由 RISC 運(yùn)行，編解碼等實(shí)時信號處理算法則由 DSP 運(yùn)行，并由加速器提高速度。

每個內(nèi)核都是可編程的，因此整個處理器將支持開發(fā)人員構(gòu)建視頻系統(tǒng)所需的任何一種編碼。視頻系統(tǒng)所需的軟件，如外設(shè)驅(qū)動、內(nèi)存管理、主要的編解碼等，大部分已經(jīng)被創(chuàng)建。因此開發(fā)一套視頻系統(tǒng)所需的時間可以節(jié)省一半以上。

開發(fā)人員的軟件建立在 RISC 堆棧的基礎(chǔ)之上，這里的基礎(chǔ)操作系統(tǒng) (OS) 是 Linux。該 Linux內(nèi)核（MontaVista 專為 DaVinci 平臺開發(fā)的）包括針對音視頻及通信外設(shè)精心優(yōu)化的驅(qū)動器（敬請參見第 48 頁的圖的左上方）。DaVinci 平臺的優(yōu)勢之一是它能兼容不同的操作系統(tǒng)。驅(qū)動器擁有一組簡單且不要求特定操作系統(tǒng)的外設(shè)軟件接口，因此連接起來輕松自如。

對于在 RISC 中用 C 語言編寫應(yīng)用程序代碼的軟件開發(fā)人員來說，DSP 可以作為另一種類似外設(shè)與存儲器的資源。既然視頻系統(tǒng)嚴(yán)重依賴編解碼器，所以 DaVinci 平臺提供了編解碼器引擎，以便在視頻、成像、語音及音頻（簡稱：Visa） 4 個處理域中均能實(shí)現(xiàn)從應(yīng)用編程接口 (API) 到算法的直接連接。

對這四種中的每種算法而言，Visa 編解碼器引擎都會將信號處理層的復(fù)雜性提取到 API，以便進(jìn)行編碼與解碼。所有 API 都是 DSP 的低層服務(wù)或插槽節(jié)點(diǎn) (socket node) 的輪詢程序，可用于在 DSP 框架中編寫 C 程序代碼。

API 框架還提供了各種各樣的鉤 (hook)，使開發(fā)人員能為編碼器設(shè)置額外功能，從而推出獨(dú)具一格的產(chǎn)品。這些算法都遵循同一個標(biāo)準(zhǔn) xDM（該標(biāo)準(zhǔn)建立在通用 TMS320 DSP XDAIS 算法標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上）并具有一定的擴(kuò)展性，能與 Visa 編解碼器引擎相兼容。其目的是確保符合 xDM 標(biāo)準(zhǔn)的多媒體編解碼器能即插即用，無論是廠商還是實(shí)施人員使用。

新視頻系統(tǒng)的復(fù)雜性意味著開發(fā)人員必須依賴片上系統(tǒng)供應(yīng)商才能成功集成他們的系統(tǒng)。盡可能利用品質(zhì)可靠的現(xiàn)成軟件是一種很有效的捷徑。芯片廠商已對這種需求做出響應(yīng)，正在開發(fā)各種標(biāo)準(zhǔn)編解碼程序庫及其他算法。

嵌入 Visa 編解碼器引擎的控制機(jī)制允許開發(fā)人員修改很多算法的運(yùn)行，以便為系統(tǒng)設(shè)置更多功能。

DaVinci 平臺還包括測試與調(diào)試工具 Socrates。

業(yè)經(jīng)驗(yàn)證的現(xiàn)有軟件、對定制化服務(wù)的支持以及直接設(shè)置編碼器功能等所有這些特性給視頻OEM廠商提供了最大的設(shè)計靈活性，使他們能夠在系統(tǒng)級、信號處理級或同時在這兩方面使自己的產(chǎn)品獨(dú)具特色。開發(fā)人員也能靈活地選擇工具。

Rishi Bhattacharya，德州儀器系統(tǒng)與軟件架構(gòu)師