艾純明 歐陽斌林 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，哈爾濱 150030

應(yīng)用EDMA3實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換

艾純明 歐陽斌林 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，哈爾濱 150030

本文介紹了集成于TMS320DM6467內(nèi)部的EDMA3的結(jié)構(gòu)，并詳述了其中的PaRAM模塊及其與數(shù)據(jù)三維傳輸?shù)年P(guān)系。結(jié)合視頻數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)格式，通過配置PaRAM使EDMA3進(jìn)行數(shù)據(jù)跳躍式傳輸，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)從YUV4:2:0SP到Y(jié)UV4:2:0P的格式轉(zhuǎn)換。

EDMA3；PaRAM；YUV4:2:0

概述

TMS320DM6467是TI公司推出的達(dá)芬奇系列數(shù)字媒體處理器中的一款。它內(nèi)部包含一個(gè)以ARM926EJ-S為核心主頻高達(dá)297MHz的ARM系統(tǒng)，和一個(gè)以C64+為核心主頻高達(dá)594MHz的DSP系統(tǒng)。由于處理視頻數(shù)據(jù)時(shí)數(shù)據(jù)量較大，所以內(nèi)部集成了功能強(qiáng)大的EDMA3，可以在沒有CPU的參與下，實(shí)現(xiàn)設(shè)備上兩個(gè)不同地址間數(shù)據(jù)的高速傳輸。轉(zhuǎn)換視頻數(shù)據(jù)格式的方法并不唯一，但由于處理視頻數(shù)據(jù)時(shí)CPU的負(fù)擔(dān)較重，若利用系統(tǒng)提供的EDMA3進(jìn)行轉(zhuǎn)換不僅速度快，而且可以大大減輕CPU的負(fù)擔(dān)，提高系統(tǒng)性能。

達(dá)芬奇系列數(shù)字媒體處理器中有多款都集成了EDMA3，但對EDMA3的應(yīng)用多為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速傳輸，如在TMS320DM6437上實(shí)現(xiàn)音頻數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸[1]。也有文章介紹如何在TMS320DM6446利用EDMA3進(jìn)行數(shù)據(jù)的順序覆蓋和重復(fù)傳輸，實(shí)現(xiàn)YUV4:2:0與YUV4:2:2兩種視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式間的相互轉(zhuǎn)換[2]。而本文將對EDMA3的跳躍式數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行闡述，并利用這種傳輸實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式從YUV4:2:0SP到Y(jié)UV4:2:0P的轉(zhuǎn)換。

1 EDMA3與視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式之間的關(guān)系

大量數(shù)據(jù)的搬移在視頻處理領(lǐng)域是司空見慣的，所以數(shù)字媒體處理器大多配備功能強(qiáng)大的DMA。與傳統(tǒng)DMA相比，EDMA3最顯著的特點(diǎn)就是可以將整塊連續(xù)數(shù)據(jù)進(jìn)行三維劃分，實(shí)現(xiàn)跳躍式傳輸。而在處理視頻數(shù)據(jù)時(shí)，往往需要轉(zhuǎn)換視頻數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)格式。有時(shí)這種轉(zhuǎn)換只是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)次序的改變，這就可以利用EDMA3的跳躍式傳輸功能在傳輸?shù)倪^程中改變數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)次序，從而改變視頻數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)格式。

2 EDMA3及其PaRAM（參數(shù)集）

EDMA3的含義是第三代增強(qiáng)型直接存儲(chǔ)器訪問，它除具備傳統(tǒng)DMA的可將數(shù)據(jù)整體復(fù)制性搬移的基本功能外，還可以將數(shù)據(jù)塊劃分為不同的維度，進(jìn)行最多三維的數(shù)據(jù)搬移。TMS320DM6467中集成的EDMA3分為兩部分：通道控制器（EDMA3CC）和傳輸控制器（EDMA3TC）。圖1為EDMA3

控制器模塊框圖：

EDMA3CC是EDMA3的用戶接口，而EDMA3TC是EDMA3的數(shù)據(jù)傳輸引擎。從應(yīng)用的角度出發(fā)，會(huì)更加注重EDMA3CC的配置方法。如圖1所示EDMA3CC為用戶提供了64個(gè)DMA通道和8個(gè)QDMA通道，用作數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬煞N數(shù)據(jù)通道。還提供了4個(gè)具有不同優(yōu)先級(jí)，用于緩沖數(shù)據(jù)傳輸事件的事件隊(duì)列，以及512個(gè)用于配置數(shù)據(jù)通道傳輸方式的PaRAM[3]。

圖1 EDMA3控制器模塊框圖

PaRAM的作用是控制EDMA3TC，決定各個(gè)通道如何進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，EDMA3之所以應(yīng)用靈活，與PaRAM中各參數(shù)的多變性有直接關(guān)系。TMS320DM6467為用戶提供了512個(gè) PaRAM，而各PaRAM與各數(shù)據(jù)通道的對應(yīng)方式并不是一成不變的。用戶可以通過DCHMAPn和QCHMAPn寄存器的配置來將各參數(shù)集與各DMA/QDMA通道相關(guān)聯(lián)。每個(gè)參數(shù)集由8個(gè)32位字組成，其中各參數(shù)的排列如圖2所示：

圖2 PaRAM（參數(shù)集）的結(jié)構(gòu)

OPT為配置選項(xiàng)，其功能有控制傳輸完成后的中斷和連接使能、FIFO位寬、數(shù)據(jù)傳輸模式等，SRC和DST分別是所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)源首地址和目的首地址，ACNT、BCNT和CCNT分別為三個(gè)維度傳輸數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)，SRCBIDX和DSTBIDX分別是第二維傳輸數(shù)據(jù)的源和目的索引，SRCCIDX和DSTCIDX分別是第三維傳輸數(shù)據(jù)的源和目的索引，LINK的功能是當(dāng)此參數(shù)集被耗盡時(shí)自動(dòng)連接到另一個(gè)參數(shù)集，而這個(gè)參數(shù)集的地址就存儲(chǔ)在LINK中，如果耗盡后不需要連接到另一個(gè)參數(shù)集，那么LINK的值應(yīng)該設(shè)為0xFFFF。

3 視頻數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)格式

在視頻圖像處理中，未壓縮的裸數(shù)據(jù)有多種存儲(chǔ)格式，常用的有RGB4:4:4、YUV4:4:4、YUV4:2:2和YUV4:2:0等。RGB信號(hào)與YUV信號(hào)之間可以利用線性公式進(jìn)行近似轉(zhuǎn)換，而YUV信號(hào)可以在保障圖像質(zhì)量的同時(shí)，利用更少的數(shù)據(jù)量來存儲(chǔ)更多的圖像信息，也是現(xiàn)在普遍采用的一種存儲(chǔ)方式。在對圖像質(zhì)量要求不是十分苛刻的情況下，YUV4:2:0可以在滿足圖像質(zhì)量的同時(shí)提高存儲(chǔ)效率，因此YUV4:2:0被廣泛應(yīng)用。

由于帶寬限制，未壓縮的裸數(shù)據(jù)難以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸。為此TI公司為用戶提供了用于H.264、MPEG4和JPEG等多種主流壓縮的編碼器，方便用戶對數(shù)據(jù)進(jìn)行不同編碼標(biāo)準(zhǔn)的壓縮。各種編碼器對于輸入數(shù)據(jù)的格式要求并不完全相同，例如常用的JPEG編碼器和H.264編碼器雖然要求的輸入同為YUV4:2:0，但H.264編碼器要求的數(shù)據(jù)格式為YUV4:2:0SP，而JPEG編碼器要求的數(shù)據(jù)格式則是YUV4:2:0P。若要實(shí)現(xiàn)雙碼流傳輸，則需要將數(shù)據(jù)格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

要將YUV4:2:0SP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為YUV4:2:0P數(shù)據(jù)，首先要明確二者的區(qū)別。YUV4:2:0SP數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式是先存儲(chǔ)Y數(shù)據(jù)，然后將U和V數(shù)據(jù)交叉存儲(chǔ)。YUV4:2:0P數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式同樣也是先存儲(chǔ)Y數(shù)據(jù)，然后存儲(chǔ)U數(shù)據(jù)，最后存儲(chǔ)V數(shù)據(jù)。見圖3和圖4：

圖3 分辨率為4×4的YUV4:2:0SP數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式

圖4 分辨率為4×4的YUV4:2:0P數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式

對比圖3和圖4不難發(fā)現(xiàn)YUV4:2:0SP與YUV4:2:0P兩種數(shù)據(jù)的差異僅在于U和V數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的次序。只要使用EDMA3調(diào)整U和V數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)次序即可完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

4 應(yīng)用EDMA3轉(zhuǎn)換視頻數(shù)據(jù)格式

在使用EDMA3之前，先要對其三維數(shù)據(jù)傳輸有所了解。一個(gè)數(shù)據(jù)塊，在內(nèi)存中的排列是連續(xù)的，要將連續(xù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行跳躍式的傳遞，就要先對連續(xù)的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行維度劃分，既可以劃分為三維數(shù)據(jù)塊，也可以劃分為二維數(shù)據(jù)塊。所謂劃分也可以理解為通過配置PaRAM中的各個(gè)參數(shù)來決定的傳輸方式。其中源數(shù)據(jù)靠SRCBIDX和SRCCIDX進(jìn)行劃分，目的數(shù)據(jù)靠DSTBIDX和DSTCIDX進(jìn)行劃分。維度劃分結(jié)束后使用ACNT、BCNT、和CCNT三個(gè)維度計(jì)數(shù)器來控制每個(gè)維度進(jìn)行連續(xù)傳輸?shù)膫€(gè)數(shù)。圖5是一個(gè)一維源數(shù)據(jù)塊劃分為三維傳輸?shù)倪^程：

圖5 三維劃分?jǐn)?shù)據(jù)塊示意圖

圖5中每個(gè)方塊代表一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，灰色塊表示待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，白色塊表示跳過不傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。數(shù)據(jù)三維傳輸方式可用如下算法進(jìn)行描述：

由此算法可以得出圖5中源數(shù)據(jù)進(jìn)行三維劃分時(shí)PaRAM各參數(shù)的值：ACNT、BCNT和CCNT分別設(shè)置為3、2和2, SRCBIDX和SRCCIDX分別為5和20。若將DSTBIDX和DSTCIDX也分別設(shè)為5和20，則目的端只有灰色塊位置被新數(shù)據(jù)間隔覆蓋；若設(shè)為3和6，則可使目的端的新數(shù)據(jù)依次連續(xù)覆蓋。

明確了數(shù)據(jù)的三維劃分方式，就可以根據(jù)不同的應(yīng)用場合進(jìn)行數(shù)據(jù)的跳躍傳輸了，下面以YUV4:2:0單幀CIF和1080P圖像數(shù)據(jù)為例進(jìn)行具體說明。首先分析兩種數(shù)據(jù)的傳輸數(shù)據(jù)量。CIF視頻的分辨率352×288，共有101376個(gè)像素點(diǎn)，而1080P視頻的分辨率為1920×1080，共有2073600個(gè)像素點(diǎn)。對于YUV4:2:0有下列公式：

其中Psum為總的像素點(diǎn)數(shù)，Ysum、Usum和Vsum分別為各分量的數(shù)據(jù)所占的字節(jié)數(shù)。所以對CIF視頻而言，每幀圖像中Y分量占101376字節(jié)，U和V分量都是25344字節(jié)；但對1080P視頻而言，Y分量占2073600字節(jié)，U和V分量都是518400字節(jié)。由于Y分量不需要進(jìn)行轉(zhuǎn)碼，所以每幀圖像要進(jìn)行轉(zhuǎn)碼的數(shù)據(jù)量就是U分量和V分量的和，所以CIF視頻和1080P視頻，需要轉(zhuǎn)碼的總傳輸數(shù)據(jù)量分別為50688字節(jié)和1036800字節(jié)。

利用三維數(shù)據(jù)的劃分方法，將CIF視頻由圖3所示的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為圖4所示的數(shù)據(jù)格式，可將CCNT設(shè)為2，在第三維上進(jìn)行兩次傳輸。將SCRCIDX設(shè)為1，則第一次傳輸U(kuò)數(shù)據(jù)，第二次傳輸V數(shù)據(jù)。要實(shí)現(xiàn)源數(shù)據(jù)的“隔一傳一”，則需將SRCBIDX設(shè)為2，ACNT設(shè)為1。再根據(jù)前面計(jì)算得出CIF視頻的數(shù)據(jù)量可得完整的PaRAM參數(shù)配置如圖6所示：

圖6 CIF視頻YUV4:2:0SP轉(zhuǎn)換為YUV4:2:0P的PaRAM配置表

對于CIF視頻數(shù)據(jù)而言，可以利用兩次第三維的數(shù)據(jù)傳輸，將U、V數(shù)據(jù)分別轉(zhuǎn)換傳輸。但對于1080P視頻數(shù)據(jù)而言，雖然可以分兩次分別傳輸U(kuò)、V數(shù)據(jù)，但由于前面討論的數(shù)據(jù)量有所差異。如果用上面的方法，則BCNT的值應(yīng)為518400，大于BCNT的最大值65535，這就需要觸發(fā)兩次傳輸將所有U、V數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換傳輸完畢，第一次觸發(fā)用于傳輸U(kuò)數(shù)據(jù)，第二次觸發(fā)用于傳輸V數(shù)據(jù)。

第一次觸發(fā)與CIF視頻數(shù)據(jù)類似，為實(shí)現(xiàn)“隔一傳一”，仍將SRCBIDX設(shè)為2，ACNT設(shè)為1。不妨將BCNT設(shè)為畫面寬度1920，根據(jù)1080視頻的分辨率可得SRCCIDX為3840，CCNT為540。當(dāng)然三維劃分的方法并不唯一，所以各參數(shù)值也不是固定不變的。在第二次觸發(fā)時(shí)，只需要在第一次觸發(fā)參數(shù)的基礎(chǔ)上，將源地址SRC加1,將目的地址DST加518400，其它參數(shù)不變，完整的PaRAM參數(shù)配置如圖7：

圖71080 P視頻YUV4:2:0SP轉(zhuǎn)換為YUV4:2:0P的PaRAM配置表

5 結(jié)語

EDMA3的功能強(qiáng)大，靠配置PaRAM可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)多種形式的傳輸，這使得操作靈活多變。通過數(shù)據(jù)三維劃分的介紹，可以更好的理解PaRAM中各參數(shù)的含義。EDMA3可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行跳躍式傳輸，因此在將數(shù)據(jù)進(jìn)行搬移的同時(shí)，可以改變數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的順序，適用于某些視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式的轉(zhuǎn)換。本文以視頻數(shù)據(jù)從YUV4:2:0SP到Y(jié)UV4:2:0P的格式轉(zhuǎn)換為實(shí)例，介紹了如何根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸方式將數(shù)據(jù)進(jìn)行三維劃分，進(jìn)而得到了PaRAM中各參數(shù)的配置方法。

[1]張洲初. McBSP實(shí)時(shí)音頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)腅DMA3配置[J]. 中國科技信息, 2010, 4

[2]李靜,安康. EDMA3在視頻采集和顯示系統(tǒng)中的運(yùn)用[J]. 實(shí)驗(yàn)室科學(xué), 2010, 1

[3]Texas Instruments. TMS320DM646x DMSoC Enhanced Direct Memory Access(EDMA3）Controller User's Guide[EB/OL]. 2011

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.07.057