基于达芬奇技术的视频传输系统设计

常国柱，何 维，田增山，谭宇玲

（重庆邮电大学 移动通信技术重点实验室，重庆 400065）

1 引言

视频传输是一种应用非常广泛的系统，它综合利用了视频、计算机、通信、网络等多项技术。近年来，随着网络和多媒体技术的飞速发展，视频传输系统因其信息全面性和适时性的特点，在各个行业得到很广泛的应用，并且市场潜力巨大。

但是由于第2代无线通信网络带宽的限制，无法实现实时流畅的动态视频传输效果。随着第3代无线通信技术的发展，传输带宽已经有了很大的改善。从理论上讲，CDMA20001x网络可以实现上行最大1.8Mbit/s、下行最大3.1Mbit/s的数据业务，其完全可以实现清晰流畅的视频传输效果[1]。笔者设计时采用了第3代移动通信模块MC8630A，可有效地解决第2代无线通信网络在视频传输中带宽不足的问题。

2 视频传输系统总体设计

本系统主要功能模块分为CPU、智能电源管理、无线网络通信和摄像头等部分，系统结构框图如图1所示。

在图1中，CPU选用的是采用达芬奇技术的具有ARM+DSP双核的OMAP3530芯片。DSP核负责视频信号的处理，由其完成视频压缩算法，在本系统中采用的是H.264算法[2]；ARM核完成系统的控制功能和整体调度。由于独特的设计使得其具有非常明显的优势，DSP子系统中C64X+新型DSP内核的引入极大地提升了它的运算能力，从而提高了视频编解码的速度。达芬奇技术的双核结构中引入了ARM处理器、相应的配套操作系统、驱动程序以及软件方面的参考结构，极大地增强了系统的控制功能。而且针对DSP与ARM的双核结构，达芬奇技术设计了2个处理核之间通信接口的解决方案，保证2个处理器的协同工作。在保持DSP强大计算能力的基础上，使芯片能适应更多应用场合的需要[3]。

TPS65930是TI公司设计的专门针对OMAP3530的电源管理芯片。CDMA20001x无线网络通信模块选用的是中兴通讯开发的MC8630A无线通信模块。

MIC2551A芯片是USB单片收发器，对OMAP3530和CDMA20001x之间的USB信号进行转接，通过它给TDM330提供驱动能力和电平转换，而且可根据CPU忙闲状态来操控信号传输速度，最大限度地提高CPU的使用效率，完成USB通信[4]。

3 软件设计实现

达芬奇参考软件框架分为应用层、信号处理层和外设驱动3部分，如图2所示。

在系统的用户空间可以添加自己的程序，通过Codecs Engine 的 VISA（Video，Image，Speech，Audio） API来调用DSP端的算法，通过EPSI（Easy Peripheral Software Interface）API来访问和操作DaVinci的外设；信号处理层通常运行在DSP上，负责信号处理、音视频编解码算法、Codecs Engine、DSP的实时操作系统DSP/BIOS和ARM通信的模块；驱动层是外设模块的驱动程序[5]。具体实现分以下3个步骤完成[6]：算法封装、算法打包和算法调用。

3.1 算法封装

达芬奇技术的算法封装需要支持XDAIS（eXpressDSP Algorithm Interface Standard） 和 XDM（eXpressDSP Digital Media）。XDAIS和XDM继承了TI DSP在单个处理器上执行各种媒体功能的能力，通过执行这些标准来和eXpressDSP保持一致。

XDM 标准定义了control（）和 process（）这 2 个API（Application Programming Interface）。control（）提供了一个标准的方法，它控制算法实例，实时地从算法中接收状态信息。process（）则是进行数据处理的API。

除了为多媒体Codecs定义标准化的API外，XDM也标准化了从应用程序传到这些API的基本参数。应用程序可以通过扩展数据结构，定义额外的参数。XDM是XDAIS的扩展，它们一起组成了应用程序和Codecs组件的接口。XDM把应用程序和Codecs组件隔离开来，不必随着Codecs的改变而改变。

本系统实现了一个视频编码器通用接口IVIDENC，实现结构体IVIDENC_Fxns如下：

IVIDENC_Fxns VIDENC_X264={

{IALG_Fxns}，

VIDENC_X264_process,

VIDENC_X264_control};

其中 VIDENC_X264_process，VIDENC_X264_control，IALG_Fxns实现了IALG的接口以及算法和框架的交互。

3.2 算法打包

3.2.1 编解码服务器的配置

编解码服务器（Codec Server）是一个二进制文件，它集成了编解码器、框架组件和一些系统代码。当Codec Server运行在DSP上时，使用DSP/BIOS作为其内核。Codec Server同时包含了对客户请求的相关DSP/BIOS线程。Codec Server可以代表实际的DSP硬件，导入到DSP上的镜像文件以及正在运行的任务，其配置需要以下2个步骤：

1）通过TCF脚本配置DSP/BIOS；

2） 通过 XDC（eXpress DSP Components）配置其他组件， 比如 Framework Components，DSP/BIOS Link，Codecs Engine等。

3.2.2 算法打包的配置

设计合理的内存映射是系统运行的关键。本系统采用的128 Mbyte DDR2存储器，其由ARM端和DSP端共享使用，那么需要分配的内存范围为0x80000000～0x88000000，需要将存储器分为Linux，CMEM，DDRALGHEAP，DSPLINKMEM和RESET_VECTOR 5个部分。设计存储器映射如表1所示。

表1 存储器映射表

3.3 算法调用

达芬奇技术应用程序开发一般是借助Codec Engine来调用算法包。Codecs Engine是一组用来配置运行XDAIS算法的API，它提供VISA接口，用来与符合XDM的XDAIS算法互动。不管算法是运行在ARM端，还是DSP端， 也不管操作系统是 Linux，VxWorks，DSP/BIOS或者WinCE，对算法的接口调用都是一致的。通过配置*.cfg可以决定自己的Codecs是运行在ARM端还是DSP端。

应用程序的代码（或者其使用的中间件）被称作Codecs Engine API，其包括核心引擎API和VISA API。

本系统使用的算法是符合XDM标准的视频压缩算法，引擎名在*.cfg文件中指定为videnc_x264。下面描述如何在应用程序中调用算法：

1）调用核心引擎API中的初始化模块CERuntime_init（）来初始化引擎。

2）调用核心引擎API中的Engine_open（）来打开编解码引擎。

3）调用VISA API中的VIDENC_create（Engine_Handle e，String name，VIDENC_Params*params）来创建一个编码算法实例。

4） 调用 VISA API中的 VIDENC_control（VIDENC_Handle handle， VIDENC_Cmd id， VIDENC_Dynamic-Params*params， VIDENC_Status*status）来控制算法实例。

5）调用 VISA API中的 VIDENC_process（VIDENC_Handle handle，XDM_BufDesc*inBufs，XDM_BufDesc*out-Bufs，VIDENC_InArgs*inArgs，VIDENC_OutArgs*out Args）来处理算法。

4 网络通信

在CDMA20001x模块准备网络通信之前，需要通过AT+GSN指令获得该CDMA20001x模块的ESN，从CDMA20001x模块的回码中提取出8位的ESN字符串，转为长整型值后将其保存，作为该模块的标识。然后通过执行 system（“pppd call unicom_ttyUSBS1&”）来进行 CDMA20001x模块的拨号连接。最后进行PPP拨号，以便程序控制该模块的网络通信[7]。

5 交叉编译环境的搭建

交叉编译环境的搭建主要分为以下4个步骤：

1）安装目标板的Linux支持包软件。

2）安装包含实例、演示程序、Codecs Engine组件、DSP/BIOS Link、XDAIS、XDM头文件、本地电源管理模块、Framwork Componeents和 CMEME（contiguous memory allocator）的DVSDK软件。

3）安装arm-2009q1-203-arm-none-linux-gnueabii686-pc-linux-gnu.tar.bz2工具链。

4）建立NFS。尽管NAND Flash包含文件系统，但是在开发过程中，为了方便开发和调试，要在主机和目标系统之间建立NFS。

完成之后，对U-Boot、Linux内核、DVSDK软件进行编译，最后编译应用软件并复制文件到目标板上运行。

6 测试结果和分析

经过测试，性能指标如表2所示。从表2中能看出在采用CDMA20001x进行视频传输时速度高于GSM传输，可以克服第2代无线通信在视频传输中带宽不足的问题，而且传输的正确性和系统延时等性能指标也有了明显的改善。

表2 视频传输效果对比

7 小结

笔者设计实现的视频传输系统充分利用了第3代移动通信系统带宽宽、传输快的特点克服了带宽不足的问题。通过实测，本系统可以提供流畅清晰的视频传输效果，随着第3代移动通信网络进一步的完善和优化，无线视频传输系统将会有更大的发展。

[1]杨大成.CDMA20001x移动通信系统[M].北京：机械工业出版社，2003.

[2]毕厚杰.新一代视频压缩编码标准——H.264／AVC[M].北京：人民邮电出版社，2005.

[3]彭启琮.达芬奇技术——数字图像/视频信号处理新平台[M].北京：电子工业出版社，2008.

[4]OMAP35X applications processor technical reference manual[EB/OL].[2010-05-24].http：//focus.ti.com/docs/prod/folders/print/omap 3530.html.

[5]TALLA D，GOBTON J.Using davinci technology for digital video devices[EB/OL].[2010-05-24].http：//www.inf.pucrs.br/～calazans/graduate/SESD/Seminarios/Using%20DaVinci%20Technology%20for%20Digital%20Video%20Devices.pdf.

[6]成嘉，张文雄，李善劲.基于达芬奇技术的H.264视频编码器的实现[J]. 电视技术，2007，31（12）：34-36.

[7]中兴通讯股份有限公司.MC8630A模块用户硬件设计手册V1.0[EB/OL].[2010-05-24].http：//www.szsiso.com/UploadFiles/2010426117535 36.pdf.