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嵌入式MPEG—4解碼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
摘要：介紹了一種嵌入式高圖像質(zhì)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(shè)備或網(wǎng)絡(luò)端口輸入的MPEC—4視頻碼流(ES、PS和TS)轉(zhuǎn)換成PAL／NTSC制式的電視信號(hào)輸出。重點(diǎn)討論了系統(tǒng)控制和MPEG—4解碼部分的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng) MPEG—4 MIPS
隨著通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，多媒體及其視頻流應(yīng)用越來(lái)越廣泛，同時(shí)用戶(hù)也對(duì)視頻傳輸速率和圖像質(zhì)量有更高的要求，MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)適時(shí)地解決了多媒體壓縮存儲(chǔ)和傳輸?shù)膯?wèn)題。但是目前多數(shù)播放器都是在PC機(jī)上運(yùn)行，應(yīng)用范圍受到很大限制。研究和開(kāi)發(fā)一種嵌入式的MPEG-4解碼系統(tǒng)終端具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值。
MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)是由國(guó)際運(yùn)動(dòng)圖像專(zhuān)家組于2000年10月公布的一種面向多媒體應(yīng)用的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)。它采用了基于對(duì)象的壓縮編碼技術(shù)，在編碼前首先對(duì)視頻序列進(jìn)行分析，從原始圖像中分割出各個(gè)視頻對(duì)象，然后再分別對(duì)每個(gè)視頻對(duì)象的形狀信息、運(yùn)動(dòng)信息、紋理信息單獨(dú)編碼，并通過(guò)比MPEG-2更優(yōu)的運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償來(lái)去除連續(xù)幀之間的時(shí)間冗余。其核心是基于內(nèi)容的尺度可變性(Content-based scalability)，可以對(duì)圖像中各個(gè)對(duì)象分配優(yōu)先級(jí)，對(duì)比較重要的對(duì)象用高的空間和時(shí)間分辯率表示，對(duì)不甚重要的對(duì)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(yīng)調(diào)配資源能力，可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量低速率的圖像通信和視頻傳輸。
圖1
MPEG-4以其高質(zhì)量、低傳輸速率等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)多媒體、視頻會(huì)議和多媒體監(jiān)控等圖像傳輸系統(tǒng)中。目前國(guó)內(nèi)外大部分成熟的MPEG-4應(yīng)用均為基于PC層面的客戶(hù)端和服務(wù)器模式，應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)上的并不多，且多數(shù)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(kāi)發(fā)方便，且可以節(jié)約成本，并可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行裁減，占用資源少、靈活性強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)性能好，適用范圍更廣。
下面詳細(xì)地介紹此嵌入式MPEG-4解碼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理、硬件和軟件組成。
1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理
系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shù)據(jù)源三部分。數(shù)據(jù)源可以是IDE接口設(shè)備(如硬盤(pán))或網(wǎng)絡(luò)端口�？刂葡到y(tǒng)對(duì)系統(tǒng)各部分進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制、完成數(shù)據(jù)流的傳輸?shù)取Ｈ鐖D1所示，它主要由主控芯片、Flash和SRAM組成。主控芯片通過(guò)PCI總線(xiàn)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(yīng)用軟件和備份數(shù)據(jù)；SDRAM作為內(nèi)存供系統(tǒng)運(yùn)行使用。MPEG-4硬件解碼系統(tǒng)采用硬解碼方式，負(fù)責(zé)將輸入的MPEG-4數(shù)據(jù)流解碼成普通的電視信號(hào)，其核心是解碼芯片。為解決數(shù)據(jù)流不穩(wěn)定的問(wèn)題，解碼芯片通常使用SDRAM進(jìn)行數(shù)據(jù)緩沖才可以保證正常解碼過(guò)程，解碼芯片的輸出數(shù)字音頻、視頻數(shù)據(jù)還要經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)轉(zhuǎn)換成模擬電視圖像信號(hào)和聲音信號(hào)。解碼芯片通過(guò)I2C總線(xiàn)發(fā)送指令配置音、視頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器。整個(gè)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(qū)動(dòng)和應(yīng)用程序編寫(xiě)。嵌入式Linux移植到由主控芯片F(xiàn)lash控制器控制的Flash里，操作系統(tǒng)程序文件分成五個(gè)主要部分：bootloader、kernel、ramdisk、
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