方堃

【摘要】 對高速CCD 視頻信號進行專門、深入的研究，可以使得相應的電路設計更加科學、高效。本文，筆者在H.264視頻編碼算法的基礎上設計了一種高速CCD視頻壓縮系統(tǒng)，為了保證壓縮算法處于高速運行狀態(tài)，系統(tǒng)的軟硬件管理工作可以通過DSP/BIOS資源的使用來實現(xiàn)。此外，EDMA高速搬運數(shù)據(jù)策略的采用可以有效促進數(shù)據(jù)的高速交互，保證數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)捻樌瓿伞?/p>

【關鍵詞】 H.264編碼算法 高速CCD視頻壓縮系統(tǒng) 設計

一、前言

近年來，CCD成像技術發(fā)展迅速，高幀頻高清晰面幀CCD 已經(jīng)成為主要的數(shù)字相機的圖像傳感器。然而，面幀CCD也存在一定的問題，如數(shù)據(jù)量極其龐大等，這無疑使得相機數(shù)傳系統(tǒng)面臨著更大的壓力。因此，適當壓縮面幀CCD視頻十分有必要。目前，國際的視頻編碼標準已經(jīng)實現(xiàn)了JPEG 向H.264編碼標準的轉變。

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

二、設計思路

CCD攝像機的攝像頭輸出模擬視頻，在TVP5150模擬視頻輸入接口有效實現(xiàn)模數(shù)轉換后，將YUV格式數(shù)字視頻信號有效輸出，這個輸出信號直接與S3C6410Camera接口相交接。

三、S3C6410方案

3.1 S3C6410處理器簡介

ARM作為微處理器設計技術發(fā)展的典型代表，使得嵌入式設備實現(xiàn)多媒體處理具備了一個較好的硬件平臺。特別是近年來新推向市場的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架構中低功耗、低成本、高性能的微處理器三星S3C6410，內(nèi)部實現(xiàn)了多個具有強大功能加速器的集成。包括運動處理圖像、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。在需要進行視頻處理的時候，通過S3C6410處理器的采用便無需進行頻編解碼算法的開發(fā)，計設人員便有足夠的精力投入到應用軟件開發(fā)層面上，這就在一定程度上保證了開發(fā)效率的提高。

S3C6410是在ARM11架構的基礎上設計出來的精簡型指令集處理器，它在多媒體的便攜設備具有重要功用。由于其內(nèi)部實現(xiàn)了一個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目帶去了極大的便利，也為攝像機的改進與設計提供了重要的靈感。該編解碼器可以支持H.264或MPEG4視頻編解碼，實現(xiàn)720*480分辨率每秒30幀視頻編碼的操作。此外，對攝像頭的輸入接口進行預留，在攝像機主控芯片中得到比較好的應用。它硬件的外設主要包括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通道定時器、2S總線、USB Host、2C總線、高速USB OTG、高速MMC卡接口及其內(nèi)部PLL的時鐘發(fā)生器等。

3.2 S3C6410處理輸入視頻的設計思路

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MPEG4進行視頻壓縮，就能將音頻信號轉換成mp4的視頻文件。

四、H. 264 在DSP 平臺上實現(xiàn)和優(yōu)化

跟H.263 比起來，H.264的性能更為理想。H.264是目前性能最好，但也是最為復雜的視頻編碼標準，它的編碼效率較高。H.264最大優(yōu)點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)絡提取層（ NAL） 及視頻編碼層（ VCL） 。VCL可以對視頻數(shù)據(jù)進行編碼及解碼，它包括了編碼變換、運動補償及熵編碼等。NAL用來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、邏輯通道及時間信息、還有視頻序列的結束信號等。而頭信息又可以分為存儲標識與標識兩種類型。頭信息主要應用于圖像數(shù)據(jù)的類型識別。H.264在編碼框架上仍然采用傳統(tǒng)的混合型，并且進行很多其它細節(jié)的改進。

參 考 文 獻

[1] 李青華，于峰崎. 基于TMS320DM642 的X264 視頻編碼器的優(yōu)化[J]. 電視技術，2010， 34（ 8） ： 39-42.

[2]徐華根，唐慧明，楊黎波. 新型多媒體處理器DM642 及其應用[J] .電視技術，2005， 29（ 1） ： 36-38.

[3]薛頂柱，張洪陽，李健. 基于TMS320DM642 的H. 264 編解碼器的設計[J] .現(xiàn)代科學儀器， 2010， 12（ 6） ： 75-78.