方堃

【摘要】 對(duì)高速CCD 視頻信號(hào)進(jìn)行專門(mén)、深入的研究，可以使得相應(yīng)的電路設(shè)計(jì)更加科學(xué)、高效。本文，筆者在H.264視頻編碼算法的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種高速CCD視頻壓縮系統(tǒng)，為了保證壓縮算法處于高速運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)的軟硬件管理工作可以通過(guò)DSP/BIOS資源的使用來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，EDMA高速搬運(yùn)數(shù)據(jù)策略的采用可以有效促進(jìn)數(shù)據(jù)的高速交互，保證數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)捻樌瓿伞?/p>

【關(guān)鍵詞】 H.264編碼算法 高速CCD視頻壓縮系統(tǒng) 設(shè)計(jì)

一、前言

近年來(lái)，CCD成像技術(shù)發(fā)展迅速，高幀頻高清晰面幀CCD 已經(jīng)成為主要的數(shù)字相機(jī)的圖像傳感器。然而，面幀CCD也存在一定的問(wèn)題，如數(shù)據(jù)量極其龐大等，這無(wú)疑使得相機(jī)數(shù)傳系統(tǒng)面臨著更大的壓力。因此，適當(dāng)壓縮面幀CCD視頻十分有必要。目前，國(guó)際的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了JPEG 向H.264編碼標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)變。

H.264具有明顯的抗誤碼率強(qiáng)、低比特率等優(yōu)點(diǎn)，它是一種最新型的視頻壓縮算法，在國(guó)際上享有盛譽(yù)。H.264的應(yīng)用范圍非常廣泛，適合在各種視頻壓縮場(chǎng)合上使用。此外，DSP 技術(shù)發(fā)展勢(shì)頭迅猛，DSP 處理器出現(xiàn)了一種專門(mén)的多媒體處理器，并對(duì)各種視頻進(jìn)行專門(mén)的處理。近年來(lái)，最新頻專用處理器TMS320DM642（最高主頻高達(dá)600MHz），這就使得視頻壓縮算法的實(shí)現(xiàn)性需求得到最大程度的滿足。

二、設(shè)計(jì)思路

CCD攝像機(jī)的攝像頭輸出模擬視頻，在TVP5150模擬視頻輸入接口有效實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換后，將YUV格式數(shù)字視頻信號(hào)有效輸出，這個(gè)輸出信號(hào)直接與S3C6410Camera接口相交接。

三、S3C6410方案

3.1 S3C6410處理器簡(jiǎn)介

ARM作為微處理器設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展的典型代表，使得嵌入式設(shè)備實(shí)現(xiàn)多媒體處理具備了一個(gè)較好的硬件平臺(tái)。特別是近年來(lái)新推向市場(chǎng)的ARM11系列的微處理器，它在音頻和視頻處理上有了更為豐富、靈活的多媒體處理指令。而ARM11架構(gòu)中低功耗、低成本、高性能的微處理器三星S3C6410，內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了多個(gè)具有強(qiáng)大功能加速器的集成。包括運(yùn)動(dòng)處理圖像、顯示控制以及縮放圖片等。它內(nèi)部已經(jīng)集成的格式編解碼器具有支持VCl解碼、MPEG4、H.263、H.264編解碼等功能。在需要進(jìn)行視頻處理的時(shí)候，通過(guò)S3C6410處理器的采用便無(wú)需進(jìn)行頻編解碼算法的開(kāi)發(fā)，計(jì)設(shè)人員便有足夠的精力投入到應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)層面上，這就在一定程度上保證了開(kāi)發(fā)效率的提高。

S3C6410是在ARM11架構(gòu)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出來(lái)的精簡(jiǎn)型指令集處理器，它在多媒體的便攜設(shè)備具有重要功用。由于其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了一個(gè)多格式的頻編解碼器集成，這就是使得其為視頻編解碼的操作項(xiàng)目帶去了極大的便利，也為攝像機(jī)的改進(jìn)與設(shè)計(jì)提供了重要的靈感。該編解碼器可以支持H.264或MPEG4視頻編解碼，實(shí)現(xiàn)720*480分辨率每秒30幀視頻編碼的操作。此外，對(duì)攝像頭的輸入接口進(jìn)行預(yù)留，在攝像機(jī)主控芯片中得到比較好的應(yīng)用。它硬件的外設(shè)主要包括TFT24bit _真彩色LCD控制器、Camera接口、 系統(tǒng)管理單元、32通道DMA、4通道UART、通用I/O 口、4通道定時(shí)器、2S總線、USB Host、2C總線、高速USB OTG、高速M(fèi)MC卡接口及其內(nèi)部PLL的時(shí)鐘發(fā)生器等。

3.2 S3C6410處理輸入視頻的設(shè)計(jì)思路

數(shù)字視頻輸入后被送至S3C6410處理器，S3C6410多格式的視頻編解碼器MFC對(duì)MPEG4進(jìn)行視頻壓縮，就能將音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成mp4的視頻文件。

四、H. 264 在DSP 平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)和優(yōu)化

跟H.263 比起來(lái)，H.264的性能更為理想。H.264是目前性能最好，但也是最為復(fù)雜的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，它的編碼效率較高。H.264最大優(yōu)點(diǎn)在于其在保證視頻質(zhì)量的前提下，能夠有效獲得較高壓縮比。H.264編碼在分層上主要分為網(wǎng)絡(luò)提取層（ NAL） 及視頻編碼層（ VCL） 。VCL可以對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼及解碼，它包括了編碼變換、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償及熵編碼等。NAL用來(lái)提供視頻壓縮碼流傳輸規(guī)范，主要包括多字節(jié)視頻數(shù)據(jù)、單字節(jié)頭信息、邏輯通道及時(shí)間信息、還有視頻序列的結(jié)束信號(hào)等。而頭信息又可以分為存儲(chǔ)標(biāo)識(shí)與標(biāo)識(shí)兩種類型。頭信息主要應(yīng)用于圖像數(shù)據(jù)的類型識(shí)別。H.264在編碼框架上仍然采用傳統(tǒng)的混合型，并且進(jìn)行很多其它細(xì)節(jié)的改進(jìn)。

參 考 文 獻(xiàn)

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