Blackfin处理器的视频应用

本文主要介绍Blackfin处理器及其视频应用产品范例，典型嵌入式数字视频系统的构成， Blackfin处理器的内部视频特性，以及应用架构构建考虑等内容。

Blackfin处理器简介

一直以来，实时系统的任务处理一直被划分为DSP、 C单独处理，在不断满足应用要求的过程中，单独处理的优化已尽量做到了高效，但多处理器的方案却总是增加了复杂性和成本。为解决这一技术难题，1999年ADI公司和英特尔公司合作，提出了一种微信号体系结构--Micro-Signal Architecture，在微处理器 C和数字信号处理器DSP二者合一的体系结构之上诞生了Blackfin处理器。Blackfin处理器既具备了微处理器的功能性，同时拥有了数字信号处理器的高性能。 Blackfin处理器的出场得到了广泛的认同和市场应用，以下给出当前视频应用的几个例子。

（1）数字硬盘录像机--大立科技公司

该数字硬盘录像机采用Blackfin 532处理器完成视频的编码。这款芯片的高性能低价格为该产品提供了良好的性价比和市场竞争力。目前这款产品不仅国内热销同时远销海外。

（2）IP摄像头--天朗电子公司

该IP摄像头采用Blackfin 561处理器完成视频语音的编码，同时完成了操作系统和网络协议栈的功能。单芯片的方案、高质量的视频，引起了业界的广泛关注。IP摄像头产品预计将成为视频监控领域的下一个增长点。

（3）PMP----iPed（爱浦多）公司

爱浦多公司的该款PMP产品采用Blackfin 531处理器完成视频语音的解码，同时完成了操作系统、网络协议栈、图形界面等功能。其吸引人的价格、单芯片的方案、超低的功耗、高性能的处理，为该产品提供了良好的性价比，获得了市场的广泛好评。

（4）IP视频电话--优创科技公司

该IP视频电话采用Blackfin 561处理器完成视频语音的编解码，同时完成了操作系统和网络协议栈的功能。单芯片的方案、高性能的处理、完备的功能为该产品提供了良好的性价比和市场竞争力。 图1给出了典型的嵌入式数字视频系统的构成，功能上由视频源、视频解码、视频处理、视频编码、视频显示等五个部分组成。



视频源分为模拟视频源和数字视频源两种。对于模拟视频源，由于采集的是模拟视频信号，在送入处理器处理之前，需要通过视频解码器将模拟信号转化为数字视频信号，同时处理器需要通过SPI或者I2C对视频解码器进行初始化。对于数字视频源，它送出的信号可直接送入处理器中进行处理。比较常用的两种数字视频源为CCD传感器和CMOS传感器。

视频显示方面，与视频源类似，也分为模拟显示和数字显示两种。对于模拟视频信号的显示，数字视频信号由处理器送出之后，需要通过视频编码器将数字视频信号转化成模拟视频信号。对于数字视频显示，它可以直接显示处理器送出的数字视频信号。 视频处理的核心是Blackfin处理器，它拥有一个多功能、高速的并行接口 PPI接口。通过这个PPI接口，可实现与平行的AD/DA转换器、ITU的R601、656视频编解器以及其他通用外设的无缝连接。PPI包括一个专用时钟引脚、3个帧同步引脚和16个数据引脚，最高工作频率可达75MHz。它有两个典型的工作模式：通用模式和BT.656模式。

Blackfin处理器内部的视频数据传输

在图2中，左边显示了一种PPI接收视频数据的情形。PPI通过DMA将数据搬移至片外的存储空间SDRAM。因为原始数据流的带宽很宽，数据量很大，因此需要较大的存储空间来存放多帧的数据。另有一个专用的DMA通道同时可以将数据搬移至片上的存储空间。片上的存储空间支持处理器内核的高速访问，有利于满足处理器内核压缩视频数据时对待处理数据的要求。压缩好的数据又被存回到片上存储空间，并有某个专用的DMA通道通过串口送出，给后端处理部分。



右边显示了一种PPI发送解码后视频数据的过程。解码后的数据同样是通过彼此独立的DMA通道从PPI送出显示。

Blackfin处理器内部具备多个独立的DMA控制器，数据的传输可以是内部处理器和有DMA能力的外设之间，也可以是存储区之间。另外，Blackfin处理器还支持链状DMA和二维DMA，其中二维的DMA尤其适合视频数据块的搬移。Blackfin处理器内核有专门针对视频应用设计的四个video ALU模块，可以极大地提高视频处理的速度。

应用架构的构建与处理的时序要求

在开始实现一种应用或算法之前，一个非常重要的工作是要确定应用中的处理时序要求，所以通常情况下要对Framework做三个方面的评估：1）目标应用需要多高的处理速度；2）目标系统中需要传输多少video数据，怎样有效使用DMA的传输能力；3）目标系统中存储带宽的需求。

当对于所要开发的应用有了清楚的Framework定义以后，在Blackfin处理器上构建一个有效的Framework，将是一件十分容易的工作。
Blackfin处理器是一种灵活的双核处理架构，用它可以很方便地构建对称多处理（AMP）或者非对称多处理（SMP）的系统。在实现非对称多处理架构时，可以用一个内核来实现DSP的应用，而另一个内核用于实现MCU的功能。在实现对称多处理架构时，两个内核可以通过高速总线共享外设和数据的方式来同时承担类似的任务。 综上所述，Blackfin处理器具备高性能的视频和语音处理能力，且具有低功耗、低价格的特点，它拥有广泛的技术开发资源支持，是一个低风险且能满足快速产品投放市场要求的视频应用解决方案。