基于嵌入式DSP的视频编解码分析

通用视频标准和编解码器

联合视频组(Joint Video Team, JVT)由 ITU的视频编码专家组(Video Coding Experts Group, VCEG)和ISO/IEC运动图像专家组(Moving Picture Experts Group, MPEG)组成。VCEG开发自愿性标准，用于会话和非会话类音/视频应用的先进移动图像编码。 MPEG开发国际标准，用于移动图像、音频及两者组合的压 缩、编码、解压缩、处理等，以满足各种应用。总之，JVT已经开发了包括ITU H.262/MPEG2和H.264/MPEG-4 AVC在内的最流行的视频标准。

MPEG-2 Video/H.262：MPEG2(ISO/IEC 13818-2)，也被称为ITU-T H.262，是目前消费类电子视频设备中使用最广泛的视频编码标准。MPE2视频用于数字电视广播：包括地面、电缆和直接卫星广播。它能在25fps (Pal)或者30fps(NTSC)的固定帧率下达到720x576象素成像。此外，它也是DVD视频中必需的编解码器。

MPEG-4-SP/ASP： ISO/IEC 14496-2描述了 MPEG4简单类(Simple Profile, SP)/高级简单类(Advanced Simple Profile, ASP)。其中，SP用于下一代便携式终端和窄带互联网。而ASP增加若干工具，编码效率提高了1.5到2倍。他们两个均在市场上获得越来越多的接受

MPEG-4-AVC/ITU-T H.264：先进视频编码(AVC)是由ISO/MPEG和ITU-T联合技术委员会开发的多媒体标准。AVC提供更高的压缩率，更好的视频质量和比MPEG2更高的容错性，有望用于互联网广播和移动通讯。

Windows Media Video(WVM)/SMPTE VC-1：WMV9是微软的多媒体标准，其特性包括支持流处理，可变比特率，以及与MPEG-4-AVC/H.264相媲美的容错工具。除了用于家庭电 脑，WMV9目前也在电影院用于数字投影。电影中使用的编码可以是7~12Mbps的恒定比特率CBR或可变比特率VBR，并达到DVE解析度 (720x480)。

应用方案

特定的目标应用决定了系统要求，因而带动了系统设计的选择。

个人媒体播放器(PMP)：个人媒体播放器是带大容量存储器的便携式设备，通过对存储的文件进行解码，可以观看视频、听音乐或者浏览数码照片。由于是便携式播 放器，因此功耗至关重要。既然编码和流处理功能都不需要，并且屏幕尺寸通常是比较小的QVGA或者CIF格式，其可通过基于DSP的 方案很好的解决。采用DSP的优势还在于可轻松支持多种视频和音频标准。例如：LSI针对高性能嵌入式系统的可授权DSP核ZSP500，可为此类应用提 供充足的视频处理能力。此外，ZSP500还可以提供杰出的音频解码能力，使DSP可在较低的频率下运行;从而使音频/视频子系统功耗很低。而存储器、键 盘、显示和文件系统可通过微控制器执行。

图：标准视频编解码器的时间表。

当然，某些PMP具备把播放器连接到普通电视机的视频输出功能。虽然PMP集成的显示屏幕相对较小，但现在的视频解码尺寸通常达到D1格式。依据播放器的功 能列表要求，设备需要集成1个或者多个视频解码标准;对于在电视帧率(25-30帧/秒)下D1格式视频解码，硬件视频解码器是最佳选择。多个视频解码标 准可能需要多个硬件模块。实行多个解码标准会提高系统成本，但不会提高功耗，因为同一时间只有一个模块会被激活。多标准音频解码可在小而高效的嵌入式 DSP核中实现，而无需增加额外的硬件成本(存储解码器的空间除外)。而微控制器将用于控制DSP和视频硬件解码器。

当仅用于播放音频时— 如典型的MP3播放器，也可使用单DSP解决方案。此系统中DSP进行音频解码、文件/流数据处理，还同时控制键盘、显示屏和存储器等。由于DSP处理音 频解码更为高效，因此使用如ZSP400 DSP而非微控制器可以显著降低功耗。此外，基于DSP的解决方案可进行软件升级，以支持运算更为密集的音频标准(比如aac Plus)，此时微控制器可能无法处理额外增加的负荷。

视频移动电话：该类应用的视频尺寸是QCIF或者CIF，帧率从10到30帧每秒。 是否需要支持多种视频/音频解码标准取决于电话的功能要求。视频将是流视频或者短的视频序列回放。通过软件解码而无需额外硬件，既可满足这些设备的性能要 求。而且大多数的电话集成了微控制器和DSP，因此视频解码可通过DSP实现，这也使得低功耗精巧系统成为可能。另外一些电话可能包含PMP或者数码摄像 机的一些功能，单纯的DSP设计方案无法满足要求，这就需要额外的硬件加速。

视频桌面电话：该设备提供视频会议功能，需要在强实时限制下完 成编解码。如果帧尺寸和帧率有限，单DSP解决方案仍然可行。然而，大部分桌面电话具备QVGA或者更大的显示屏;此外，用户通常期望有比无线移动设备更 佳的语音/视频质量。这意味帧率应当更高，掉帧率/卡帧率应当尽可能低，此时可能需要