基于TMS320DM6446的数字电影放映系统实现方案

引言

数字电影，是指以数字技术和设备摄制、制作、存储，并通过卫星、光纤、磁盘、光盘等物理媒体传送，将数字信号还原成符合电影技术标准的影像与声音，放映在银幕上的影视作品。与传统电影相比，它具有画面清晰、稳定性高、节约成本、利于环保等特点。从国际上来看，经过初期阶段的摸索，数字电影技术已经相对成熟，创作人员已从过去单纯地运用数字特技逐步转化为将其与传统摄制、传统特技融为一体的表现手法。在国内，数字电影经历了引进、消化、模仿、创新的过程。为了鼓励和推动我国数字电影的发展进程，国家投入了大量的资金，在全国建设了100多个数字影院。根据我国国情，首先是普及和推进我国社区及农村地区的数字电影的发展，因此，需要大量的低端配置的流动数字电影放映设备。

达芬奇技术是一种内涵丰富的技术综合体，是美国TI公司推出的针对数字多媒体应用而定制的基于DSP的系统解决方案组件的集合，其为多媒体设备开发者简化设计并加速产品创新提供了集成的处理器、软件与工具。TI公司在达芬奇平台上专门为音视频编解码(Codec)多媒体应用精心设计了系统框架，提供了丰富的系统程序接口(SPI)、应用程序接口(API)以及视频、图像、话音和音频千余种流媒体算法组件。应用系统开发者只需将它们封装成运行包，就能轻松地设计出高可用性和高可靠性的数字视频产品。

为了满足我国的实际需求，本文在达芬奇系统硬件平台的基础上，利用达芬奇软件技术，提出了开发数字电影放映系统的方案及其具体实现方法。该方案有利于缩短产品的研发周期，更快地占领市场。

1 硬件设计

数字电影放映系统主要是以数字多媒体处理器TMS320DM6446为核心来实现的。TMS320DM6446是TI公司的高集成度视频处理芯片，业界称为达芬奇(DaVinci)数字媒体片上系统(Digital Media system-on-Chip，DMSoC)。图1为TMS320DM6446功能结构框图。

如图1所示，DMSoC包括ARM子系统、DSP子系统、视频处理子系统(VPSS)、系统控制模块、电源管理模块、外部存储接口、外围控制模块和交换中心资源(SCR)等。其中，ARM子系统主要负责TMS320DM6446系统的整体配置和模块功能控制，以及调用视频算法。工作频率近600 MHz的DSP子系统负责视频算法的执行，其最大处理能力可以达到4800MIPS，极大地增强了音频和视频的解码能力。视频处理子系统包括1个视频前端输入接口(VPFE)和1个视频末端输出接口(VPBE)，视频前端输入接口用于捕获视频信号，视频末端输出接口将图像输出到OSD上显示。

本系统的结构框图如图2所示。系统通过异步外部存储器接口(EMIF)外接64 MB的NAND Flash，用于存储启动代码和数据，以引导加载ARM Linux操作系统。利用ATA控制器接口外接160 GB 2.5 in的ATA硬盘，主要用于Linux系统的文件系统、应用程序和大量数字影片文件的存储。由于ATA硬盘输出的是3．3 V电压信号，而TMS320DM6446硬盘控制器输出的电压信号为1．8 V，为使硬盘与主CPU正常连接，需要电压转换芯片来保证硬盘的正常工作。此外，为了方便改变视频节目及便于实验的测试，本系统还通过MMC／SD存储卡接口扩展了2 GB的SD卡和USB2．0接口。利用TMS320DM6446的32位DDR2控制器接256 MB DDR2型SDRAM缓冲视频输入图形数据，作为OSD的缓冲器来存储ARM和DSP代码。

系统的视频前端输入接口(VPFE)支持复合视频(CVBS)输入及S-端子输入。视频末端输出接口VPBE支持模拟视频输出，包括复合视频(CVB-S)输出、S端子输出、分量视频输出(YPbPr)及VGA输出；同时，支持数字视频输出(DVI)。视频解码模块采用TI公司的高质量视频解码芯片TV-P5158，把常见的基带模拟视频格式转换为数字视频格式。输入的视频数据通过TVP5158视频解码芯片转换成10位YUV4:2:2的格式，然后送至视频前端处理，处理完的数据再经视频末端处理后保存至硬盘。音频解码模块采用TI公司的低功耗立体声解码芯片TLV320AIC33。考虑到系统要接多个模块，这里利用AIC33串行总线控制支持的I2C协议，通过I2C接口与DSP的音频端接口相连。另外，为了监控硬件平台的启动情况，利用TMS320DM6446集成的UART外设控制器，扩展了UART通用异步串口，配置RS232用于系统启动时控制台。

2 软件设计

数字电影放映系统的软件设计主要是在Linux系统环境下，利用达芬奇软件框架结构来完成的。通过将符合数字媒体标准(xDM)的音频和视频算法打包在由CodecEngine(代码引擎)管理的Codec Server(代码服务器)里，ARM端的应用程序就可以调用集成在Codec Server里的音频和视频算法，解码来自Linux文件系统的音频、视频、语音数据，输出