嵌入式MPEG—4解碼系統(tǒng)的設計與實現

摘要：介紹了一種嵌入式高圖像質量的mpec—4視頻流解碼系統(tǒng)。該系統(tǒng)以嵌入式linux作為操作系統(tǒng)，采用硬解碼方式，把ide接口設備或網絡端口輸入的mpec—4視頻碼流(es、ps和ts)轉換成pal／ntsc制式的電視信號輸出。重點討論了系統(tǒng)控制和mpeg—4解碼部分的設計。 關鍵詞：嵌入式系統(tǒng) mpeg—4 mips隨著通信和網絡技術的飛速發(fā)展，多媒體及其視頻流應用越來越廣泛，同時用戶也對視頻傳輸速率和圖像質量有更高的要求，mpeg-4標準適時地解決了多媒體壓縮存儲和傳輸的問題。但是目前多數播放器都是在pc機上運行，應用范圍受到很大限制。研究和開發(fā)一種嵌入式的mpeg-4解碼系統(tǒng)終端具有重要的現實意義和實用價值。mpeg-4標準是由國際運動圖像專家組于2000年10月公布的一種面向多媒體應用的視頻壓縮標準。它采用了基于對象的壓縮編碼技術，在編碼前首先對視頻序列進行分析，從原始圖像中分割出各個視頻對象，然后再分別對每個視頻對象的形狀信息、運動信息、紋理信息單獨編碼，并通過比mpeg-2更優(yōu)的運動預測和運動補償來去除連續(xù)幀之間的時間冗余。其核心是基于內容的尺度可變性(content-based scalability)，可以對圖像中各個對象分配優(yōu)先級，對比較重要的對象用高的空間和時間分辯率表示，對不甚重要的對象(如監(jiān)控系統(tǒng)的背景)以較低的分辯率表示，甚至不顯示。因此它具有自適應調配資源能力，可以實現高質量低速率的圖像通信和視頻傳輸。

圖1

mpeg-4以其高質量、低傳輸速率等優(yōu)點已經被廣泛應用到網絡多媒體、視頻會議和多媒體監(jiān)控等圖像傳輸系統(tǒng)中。目前國內外大部分成熟的mpeg-4應用均為基于pc層面的客戶端和服務器模式，應用在嵌入式系統(tǒng)上的并不多，且多數嵌入式mpeg-4解碼系統(tǒng)大多使用商業(yè)的嵌入式操作系統(tǒng)，如windows ce、vxworks等，成本高、靈活性差。如以嵌入式linux作為操作系統(tǒng)不僅開發(fā)方便，且可以節(jié)約成本，并可以根據實際情況進行裁減，占用資源少、靈活性強，網絡性能好，適用范圍更廣。下面詳細地介紹此嵌入式mpeg-4解碼系統(tǒng)的設計原理、硬件和軟件組成。1 系統(tǒng)設計原理系統(tǒng)設計包括硬件和軟件。硬件主要分控制系統(tǒng)、mpeg-4解碼系統(tǒng)、輸入數據源三部分。數據源可以是ide接口設備(如硬盤)或網絡端口。控制系統(tǒng)對系統(tǒng)各部分進行監(jiān)測和控制、完成數據流的傳輸等。如圖1所示，它主要由主控芯片、flash和sram組成。主控芯片通過pci總線控制系統(tǒng)其他模塊，是控制系統(tǒng)的核心；flash里固化嵌入式linux操作系統(tǒng)，存放應用軟件和備份數據；sdram作為內存供系統(tǒng)運行使用。mpeg-4硬件解碼系統(tǒng)采用硬解碼方式，負責將輸入的mpeg-4數據流解碼成普通的電視信號，其核心是解碼芯片。為解決數據流不穩(wěn)定的問題，解碼芯片通常使用sdram進行數據緩沖才可以保證正常解碼過程，解碼芯片的輸出數字音頻、視頻數據還要經數模轉換器(dac)轉換成模擬電視圖像信號和聲音信號。解碼芯片通過i2c總線發(fā)送指令配置音、視頻數模轉換器。整個系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖2

軟件主要包括嵌入式linux移植、解碼驅動和應用程序編寫。嵌入式linux移植到由主控芯片flash控制器控制的flash里，操作系統(tǒng)程序文件分成五個主要部分：bootloader、kernel、ramdisk、usr和boot_param，分別放在flash內的五個模塊中。根據不同模塊的具體功能采用不同的文件方式：bootloader、kernel、ramdisk和boot param，開發(fā)好后不需要動態(tài)改變，且容量小，使用節(jié)省空間的romfs只讀文件系統(tǒng)，usr模塊內容較多并需要進行讀寫操作，要使用支持動態(tài)擦寫保存的jffs文件系統(tǒng)。2 系統(tǒng)硬件設計系統(tǒng)的硬件設計主要分三部分：數據源接口設計、控制系統(tǒng)設計和解碼系統(tǒng)設計。數據流先要從數據源經數據源接口送至pci總線，此系統(tǒng)數據源接口為pci總線上的pci／ide橋芯片和網絡控制芯片。這部分采用通用的電路，本文不做詳細介紹。2．1 控制系統(tǒng)設計控制系統(tǒng)調配系統(tǒng)資源、控制系統(tǒng)各個部分以及數據流的傳輸。主控芯片采用東芝公司的tmpr4925xb-200。它是一款64位mips，內部集成了nand flash控制器(flashc)、32位pci總線控制器(pcic)、4通道dma控制器、4通道sdram控制器(sdramc)、外部總線