（信息与通信工程专业论文）avsm视频解码系统在嵌入式系统上的实现和应用研究.pdf

浙汀大学硕上学位论文 摘要 数字多媒体由于其高质点i ：和较强的抗误码陛能，越米越受到人们的欢迎，但是由于数字 多媒体的数据量巨人，网络有限的带宽无法支持，闪此，需要首先进行压缩，然后才能稿互 联网上进行传输，由此产生了如m p e g ，h 2 6 4 ，a v s 锝一系列视频压缩标准，a v s 音视频 编解码标准足目前最先进的音视频压缩编解码标准z 一，它具备高压缩率、高质量和相对简 单的硬件实现复杂度，适台宽带、有线、无线等一系列网络多媒体应崩和存储应用的需要。 在硬件下台方面，由于标准的不断更新，以及目前产6 开发的时效性，d s p 作为一种 专f _ | j 的数据处理芯片，以其开发周期短，使用灵活，代码可更新升级等特点，在多媒体应用 领域得到了广泛的席川，本项h 使用的就是t j 公司的o m a p l 5 1 0 平台，该平台包括个 a r m 9 2 5 核和一个t m sc 5 5d s p 核，以及其它的外设。 本文主要研究了在o m a p l 5 1 0 系统上实现a v s - m 解码器的过程，其中包括基丁硬什平 台的解码器源代码生成、解码器代码从p c 甲台向o m a p l 5 1 0 平台的移植，c 代码总体和模 块优化，部分解码模块t 具的简化，和些抗误码t 具的实现和分析。 本文的结构是：第一章绪论，简单介绍了视频解码标准的发展历程，和a v s 标准的情 况：是第二章结合d s p 利a r m 的结构，研究了p c 平台向o m a p l 5 1 0 平台的c 代码移植 过程，第三章描述基丁d s p 结构特点的a v s - m 解码器代码生成：第四章论述针对d s p 结 构的总体上和模块l - 的c 代码优化；第五章研究r 剐一些模块解码工具进行简化后解码器 的解码能力和性能；第六章论述了一部分抗误码算法的实现和性能分析；第七章是对本文的 总结。 关键词：a v s ，o m a p i s l 0 ，移植，优化，模块简化，抗误码 浙扣+ 大学硕上学忙论文 a b s t r a c t t h ed i g i t a lm u l t i m e d i aa p p l i c a t i o ni sm o r ea n dm o r ep o p u l a rf o ri t sh i g hq u a l i t ya n dh i g h e r r o rr e s i l i e n tc h a r a c t e r i s t i c s ，b u ts i n c ed i g i t a la p p l i c a t i o nc o n t a i n se n o r m o u sd a t a , c u r r e n tn e t w o r k b a n d w i t hc a n ts u p p o r ti t c o m p r e s sm u s tb ed o n ei no r d e rt om e e tt h en e t w o r kr e q u i r e m e n t sa s e r i e so fv i d e oc o d i n gs t a n d a r d s ，s u c ha sm p e gh 2 6 4a n da v s ，a r eg e n e r a t e df o rt h i sr e a s o n a v sj so n eo ft h em o s ta d v a n c e dv i d e oc o m p r e s ss t a n d a r d s 山a ta r ea v a i l a b l e a n di ti sc a p a b l eo f d e a l i n gw i t h w i l db a n d ，i n t e m e t ，a n dw i r e l e s sm o b i l ea p p l i c a t i o n sf o ri t sh i 曲c o m p r e s sr a t i o ， g o o dq u a l i t ym a dr e l a t i v e l yl o wc o m p l e x i t y m e a n w h i l e ，b e c a u s eo ft h et h s tu p d a t i n go fs t a n d a r d s ，d s pi sw i l d l ya c c e p t e di nm u l t i m e d i a a p p l i c a t i o n s f o ri t ss h u ne x p l o i t a t i o np e r i o d ，a n d u p d a t a b l e f e a t u r e s t h i s p r o j e c t a s et i o m a p l 5 1 0p l a t f o r m ，w h i c hi n c l u d ea na r m 9 2 5c o r e ，ac 5 5d s pc o r e ，a n do t h e rp e r i p h e r a l e q u i p m e n t s t h i st h e s i sw o r k so nt h er e a l i z a t i o no fa v s md e c o d e ro no m a p 一1 5 1 0s y s t e m ，i n c l u d i n g c o d eg e n e r a t i o nb a s e do nh a r d w a r et i e a t u r e s ，c o d em i g r a t i o nf r o mp ct oo m a p l510p l a t f o r m ，c c o d eo p t i m i z a t i o nt or e a c hg o o dp e r f o r m a n c e ，s i m p l i f i c a t i o no fs o m ed e c o d i n gt o o l sf o rf a s t d e c o d es p e e d ，a n dr e a l i z a t i o na n da n a l y s i so f s o m ee r r o rc o n c e a l m e n tt o o l s t h es t r u c t u r eo ft h i sp a p e ri s ：t h ef i r s tc h a p t e rg i v e sa no v e r v i e wo ft h eh i s t o r yo fv i d e o c o m p r e s ss t a n d a r d s a n da ni n l r o d u t i o no fa v ss t a n d a r d ；t h es e c o n dc h a p t e rc o n c e n t r a t e so nt h e g e n e r i cr u l eo fm i g r a t i o n o fcc o d e f r o mp ct oo m a p i5 1 0 p l a t f o r m ；t h et h i r dc h a p t e r c o n c e n t r a t e so nt h eg e n e r a t i o no fa v s md e c o d e rb a s e do nd s ps t r u c t u r e ：t h ef o r t hc h a p t e r c o n c e n t r a t e so nt h eo p t i m i z a t i o no f cc o d eo f a v s - md e c o d e r ；t h ef i f t hc h a p t e rc o n c e n t r a t eo nt h e c o m p l e x i t yr e d u c t i o no fs o m em o d u l e st o r e a c haf a s t e re n o u g hd e c o d e r ；t h es i x t hc h a p t e r c o n c e n t r a t e s0 nr e a l i z a t i o na n da l l a l y s i so fs m y l ee r r o rc o n c e a l m e n tt o o l si na v s md e c o d e r ：a n d t h es e v e n t hc h a p t e rg i v e sas u m m a r i z eo f t h i st h e s i s k e yw o r d s ：a v s ，o l v l a p l 5 1 0 ，m i g r a t i o n ，o p t i m i s e ，m o d u l er e d u c t i o n ，e r r o rc o n c e a l m e n t 1 i 浙江大学硕士学位论文 图表索引 图1 1 目前重要视频标准时间分布2 图1 2a v s 产业链示意图4 图2 - 1o m a p - 15 1 0 原理框图，7 图2 2 0 m a p 1 5 1 0 具体设备结构框图8 图2 3m p u 内存分布9 图2 4d s p 结构及其外设分布1l 图2 5d s p 内存分布1 2 图3 1c 5 5 流水线分布图1 7 图3 2 流水线执行情况1 7 图3 3a v s m 编码结构框架1 9 图3 4 解码器整体结构框图2 0 图3 5d s p 片上内存2 1 图3 6 解码器核心解码流程图2 2 图3 7 按行保存数据内存和宏块内存2 3 图3 8 去块滤波内存 2 3 图3 9 片外帧存2 4 图4 1 亮度和色度的帧内预测模式3 8 图4 2 亮度插值示例3 9 图4 3 八分之一色度插值示例，3 9 图4 4 去块滤波边界情况，4 l 图5 1 解码器核心模块运算量比例图4 5 图5 2 插值简化点示例4 6 图5 3 经过3 0 帧的累积误差的概率密度函数5 0 图5 4 去块滤波简化误差累积p s n r 5l 图5 5 去块滤波关闭误差累积p s n r 5 2 图5 6 各种简化主观效果示例1 5 3 图5 7 各种简化主观效果示例2 5 3 图5 8 各种算法p s n r 损耗比较一5 4 图6 1 正常解码图像6 0 图6 2 初步误码恢复结果比较6 1 图6 3 多参考帧运动矢量转换效果比较6 2 图6 4j 帧错误宏块运动补偿恢复效果比较6 4 圈6 5 各错误恢复算法p s n r 比较一6 5 图7 1 实物图片l 6 7 图7 2 实物图片2 ，6 7 表4 1 a v s m o p 与d e q u a n t t a b l e 和s h i f t t a b l e 的关系( 部分) 3 7 表4 2i 帧优化结果4 2 表4 3p 帧优化结果， 4 3 表4 4 各序列解码速度，4 3 表5 1 塞块滤波简化理论误差积累5 0 表5 2 去块滤波关闭理论误差积累5 1 表5 3 各简化方案解码速度5 3 v 浙江大学硕士学位论文 l - 1 视频编码概述 第一章绪论 随着科技的发展，网络和计算机的普及和专用嵌入式芯片的大量使用，近年来，越来越 多的数字化的媒体进入了我们的生活中。其中数字化的音频、视频，以其高质量、高保真和 往传输、存储中的较强的抗干扰能力，日益为人们所接受。 数字化的媒体有一个特点，那就是信息量非常的大，而且，现在人们对多媒体节目的数 量、质量要求越来越高，如果直接传输原始的数字化的数据信息，现有的网络和存储设备无 法负担这么巨大的数据量，因此，一种比较可行而且有效的解决方案是在信源端进行视频压 缩，在网络上传输压缩后的码流，用户终端接收到码流后再进行解码，恢复出原始的视频图 像。现在一套质量良好的标准清晰度( s d ) 视频节目( 分辨率为7 2 0 x 4 8 0 n t s c 或 7 2 0 x 5 7 6 p a l ) ，大约需要1 0 1 2 m b p s 的带宽，而如果传输原始的数字信息，则需要1 0 0 m b p s 的带宽，由此一例，视频压缩的效果可见一斑。 从原理上讲，之所以数据压缩可以达到这样的压缩率，首先是因为我们采集到的图像在 时间和空间上有相当大的相关和相似性，专业上称之为数据冗余，一帧图像中相邻的象素 的相似性，前一帧图像和后一帧图像的相似性，使得我们可以通过帧内预测和帧间运动补偿 等算法，减少码流中实际需要传输的信息量，从而减小码率。其次，视频压缩使用的是有损 压缩，即通过丢弃一部分的信息，来达到减小码率的目的。具体的说，有损压缩是通过量化 来实现的，也就是把采集到的数据信息，通过除以个量化因子，减小其绝对值，从而减少 需要传输这个数据的比特数，由于色彩，亮度上的细小差别，以及少量高频的信息的改变， 人的肉眼是无法分辨的，尤其是在图像运动的时候，因此这使得通过萤化减小码率成为可能， 虽然量化后解码的图像和真实的图像会有一些不同，但通常不影响观赏。当然，过于剧烈的 有损压缩会使图像失真越来越严重，最终不可辨认，因此量化时要根据实际情况进行控制， 特别是在无线通信等带宽要求比较严格的情况下，要在羁率和质量之间取得一个平衡。 数字视频技术的广泛应用，促使了许多视频编码标准的产生，其制定历史如图1 - 1 所示。 i t u t 与i s o i e c 是制定视频编码标准的两大组织，i t u t 制定的标准包括h 2 6 1 、h 2 6 3 、 h 2 6 4 ，主要应用丁实时视频通信领域。如会议电视；i s o i e c 制定的m p e g 系列标准，主 要应用于视频存储( v c d 、d v d ) 、广播电视、因特网或无线网上的流媒体等。后期两个组织 也共同制定了一些标准，如m p e g 一4 ( a v c ) 。下面简单的介绍一下几个比较重要的视频方面 的标准卧n i m p e g - 1 标准 1 9 9 3 年正式推出的m p e g 一1 ( i s o e c1 1 1 7 2 ) 标准是用于高至1 5 m b i “s e c 的数字存储 媒体的活动图像和及其伴音的压缩编码标准，它可针对s i f 标准分辨率( 对于n t s c 制为 3 5 2 x 2 4 0 ：对于p a l 制为3 5 2 x 2 8 8 ) 的图象进行压缩，标准包括系统、视频、音频、一致性 和参考软件五个部分。m p e g 1 具有随机存取、快速正向逆向搜索、逆向重播、视听l 司步、 容错性等功能，当时被用于数字光盘的存储和数字电话网络上的视频传输，现在市面上的 v c d 使用的就是m p e g 1 的标准“”。 浙江大学硕士学位论文 图1 - 1 目前重要视频标准时间分布 f i g u r e l 1h i s t o r yo fv i d e oc o d i n gs t a n d a r d s m p e g - 2 标准 m p e g - 2 ( i s o i e c1 3 8 1 8 ) 标准于1 9 9 4 年正式推山，目的是进行更高的分辨率( 标清 7 2 0 ) ( 4 8 6 ，高清1 9 2 0 1 0 8 0 ) 下的视频及其音频的编码，它的码率在3 1 0 m b i t s s e c 之间。 m p e g 2 支持固定比特率传送、可变比特率传送、随机访问、分级编码、比特流编辑等功能， 能够提供广播级的视像和c d 级的音质。m p e g 2 主要用于数字存储媒体、高清晰度电视和 数字视频广播等领域，除了做为d v d 的指定标准外，还为广播，有线电视网，电缆网络以 及卫星直播提供广播级的数字视频口j 。 作为m p e g 系列的新一代标准，它优于m p e g 1 的地方主要体现在视频方面：由原来 单一的“按帧编码”变成了“按帧编码”和“按场编码”两种模式，提高了压缩率；亮度信号与色 度信号的比例在m p e g 1 的4 ：2 ：0 的基础上增加了4 ：2 ：2 或4 ：4 ：4 两种模式：规定 了四种图像预测和运动补偿方式；视频编码采用了分级编码技术，按类别的不同分为5 种档 次和4 个不同的等级”j 。 m p e g - 4 标准 m p e g 。4 ( i s o i e cl4 4 9 6 ) 于1 9 9 9 年推出，它可以进行从极低分辨率到高清晰度分辨 率间的各种分辨率下的压缩编码，码率在5 2 g b i t s s e c 之间，它的压缩率是m p e g 2 的1 5 2 倍，是一个适合多种多媒体应用的面向对象的视频压缩编码标准。它不是从算法的度，而 是从框架的角度来定义标准，使得根据此标准开发的视频产品具备更大的灵活性和可扩展性 2 1 。m p e g 4 采用基丁对象的方式，将其中的对象( 物体、人物、背景) 分离出来，通过对 不同的视听对象( 自然的或合成的) 独立进行编码，同时允许在不同的对象之间灵活分配码 率，从而实现较高的压缩效率。同时，该标准可以引入音视频对象，实现基于内容的交互功 能，满足了多媒体应用中人机交互的需求。m p e g 一4 标准中加入了面向功能的传送机制，其 中的错误鲁棒性、错误恢复的处理和速率控制等功能使编码能适应不同信道的带宽要求”1 。 m p e g 4 标准的开发目标是实现多媒体业务在各个领域的应用，由于其高压缩率和较大 的分辨率范围，在许多方面得到广泛的使用。目前基于m p e g 4 标准的应用有：数字电视、 低比特率下的移动多媒体通信，实时多媒体监控、动态图象、视频会议、i n t e r n c t i n t r a n e t 上 的视频流与可视游戏、p s t n 网上传输的可视电话、d v d 上的交互多媒体应用等i ，儿“。 h 2 6 1 标准 h 2 6 1 是1 9 9 0 年底推出的，它是i t u t 为在综合业务数字网( i s d n ) 上开展实时的双向 2 塑垩查兰堡生兰垡堡兰 声像业务( 可视电话、视频会议) 而制定的，支持c i f 和q c i f 的分辨率格式，码率为6 4 k b ，s 的整数倍。它包含有包括运动补偿的帧间预测、d c t 变换、量化、熵编码，以及与固定速 率的信道相适配的速率控制等部分。h 2 6 1 适用于电视或电话会议【”。 1 1 t 2 6 3 标准 h 。2 6 3 是1 9 9 6 年推出的，它是i 弧j - t 为低于6 4 k b s 的窄带通信信道制定的替换h 2 6 1 的标准视频编码标准，支持c i f 和q c i f 的分辨率格式。它是在h 2 6 1 基础上发展起来的， 和h - 2 6 1 相比，h 2 6 3 的运动补偿精度是半像素，不包含环路滤波器。同时它支持越过图 像边界的运动矢量、基于上下文的算术编码、先进的预测模式、前向和后向帧预测以及分级 的比特流吐 h 2 6 4 标准 h 2 6 4 是由i s o i e c 与i t u - t 组成的联合视频组( j v t ) 制定的新一代视频压缩编码标准， 目前，已经有几个l e v e l 的标准面世，并且正在进一步制定之中。在压缩效率方面，它有了 进一步的提高，在相同的重建图像质量下，h 2 6 4 的压缩率是h 2 6 3 + t lm p e g 4 ( s p ) 的2 倍 左右m l 。 h 2 6 4 在编，解码器中采用复杂度可分级、图像质量和编码处理之间可分级的结构，以适 应不同复杂度的应用。相对于前期的视频压缩标准，h 2 6 4 引入了很多先进的技术，包括4 x 4 整数变换、空域内的帧内预测、1 4 象素精度的运动估计、多参考帧与多种大小块的帧问预 测技术、高效的熵编码等。这些新技术大大提高了该标准的压缩率，但同时也带来了较高的 复杂度，对解码芯片的要求也随之提高 6 1 。 h 2 6 4 标准对信道时延的适应性较强，同时具备较强的抗误码能力，加强了对误码和丢 包的处理，提高解码器的差错恢复能力。既可以满足实时业务，如会议电视等，又可工作于 时延要求较低的场合，如视频存储等。它的应用几乎覆盖了视频应用的的所有领域，包括低 比特率的无线应用，标准分辨率和高清晰宽带电视，网上的视频流，高分辨率的d v d 内容， 和高质量的电影应用。 1 2 w s 概述 a v s 标准是我国具备自主知识产权的第二代信源编码标准i s 1 9 1 。a v s 的全称是数字音视 频编解码技术标准工作组，数字音视频编解码技术标准工作组由国家信息产业部科学技术司 于2 0 0 2 年6 月批准成立。它的目标是面向中国的信息产业需求，联合国内企业和科研机构， 制( 修) 订数字音视频的压缩、解压缩、处理和表示等共性技术标准，为数字音视频设备与 系统提供高效经济的编解码技术，服务于高分辨率数字广播、高密度激光数字存储媒体、无 线宽带多媒体通讯、互联网宽带流媒体等重大信息产业应用i ju j i l ”。 a v s 视频编解码标准目前定义了三个档次( p r o f i l e ) ，分别是基准档次，移动多媒体应用 档次( m o b i l e ) 和高级档次( x p r o f i l e ) 。基准档次分为4 个级( 1 e v e l ) ，分别对应高清晰度 与标准清晰度应抖j ，该档次已经通过了国家信息产业部的审核；移动多媒体应用档次是为了 低码率，低清晰度的移动应用定制的，主要针对c i f 和q c i f 的图像格式，该档次目前基本 完成，正在准备进行审核：高级档次的目标是为了进一步提高压缩率，主要面对高清晰的应 用，目前正在开发的过程之中”。 目前音视频产业在使用中的标准，主要有m p e g 2 、m p e g 4 、h 2 6 4 、a v s ，由于目前 浙江大学硕士学位论文 海量数据传输对压缩效率的要求越来越高，m p e g - 2 将逐渐退出历史舞台，m p e g 4 由于收 费过高，一直无法得到真正的商业化的使用，a v s 作为我国自主拥有知识产权的高效率的 新一代压缩标准，解决了h ，2 6 4 中的许多专利许可问题，具备了简洁的一站式许可政策，技 术实现复杂度低，是开放式制订的国家、国际标准，易于推“。此外，a v s 中还包含了系 统、视频、音频、媒体版权管理在内的完整标准体系，因此它不仅仅是一个视频的压缩标准， 还是数字音视频产业应用的一套全面的解决方案【1 1 1 【1 2 1 。 a v s 一视频当中具有特征性的核心技术包括【10 j ： 8 8 和4 4 整数变换，可以在1 6 位处理器上无失配地实现 6 4 级量化，完全适应不同的应用和业务对码率和质量的要求 帧内预测技术，用相邻块的像素预测当前块，采用代表空间域纹理方向的多种预测 模式，有效的利用了图像中的空间冗余特性，提高了压缩率 1 4 精度像素插值，使用4 抽头( 基本级) 或8 抽头( 移动多媒体应用级) 滤波器 进行半像素插值和1 4 像素插值 特殊的帧间预测运动补偿，采用了多种块模式，目的是能更好地刻画物体运动，提 高运动搜索的准确性 二维熵编码，采用自适应变艮编码技术，l e v e l 、r u n 二维联合编码，利用相关性提 高压缩效率 简单的去块效应环内滤波，以微小的性能损失，降低了硬件实现的复杂度 它包含了目前最新的国内国际的视频压缩技术，从压缩效率比较：m p e g - 4 是m p e g 2 的1 4 倍，a q s 和h 2 6 4 相当，都是m p e g - 2 两倍以上。 由于a v s 的物理实现是一块解码芯片，通过统一的接口，它可以十分方便的进行标准 的替换和升级，或者使一台硬件同时支持几套不同的标准，因此，a v s 的技术一旦成熟， 可以很快的进行应用，做为一个前景广阔的技术，据业界的估计，数字音视频产业有望在 2 0 0 8 年超过通信产业。成为国民经济第一大产业。未来1 0 年我国可能会需要的3 - 5 亿颗解 码芯片，如果a v s 标准及时投入使用，最直接效益是可以节省超过1 0 亿美元的专利费用， 同时a v s 较为低廉的收费可以有效的降低产品成本，增加产品的竞争力1 1 h 【j “。 图1 2 a v s 产业链示意图 f i g u r e l - 2a v sp r o d u c ec h a i n 如图1 2 所示a v s 产业化的主要产品形态包括： 1 ) 芯片：高清晰度，标准清晰度a v s 解码芯片和编码芯片，国内需求最在未来十多面 4 浙江大学硕士学位论文 的时间内年均将达到4 0 0 0 多万片。 2 ) 软件：a v s 宵目制作与管理系统，l i n u x 和w i n d o w 平台上基于a v s 标准的流媒体 播出、点播、回放软件： 3 ) 整机：a v s 机顶盒、a v s 硬盘播出服务器、a v s 编码器、a v s 高清晰度激光视盘 机、a v s 高清晰度数字电视机顶盒和接收机、a v s 手机、a v s 便携式数码产品等。 如上所述，a v s 作为新一代的视频压缩技术，以其先进、自主、开放的特点，是音视 频多媒体应用最好的选择之一，必然将在家电、i t 、广电、电信、音响等各领域得到广泛的 使用。 1 3 本文的研究成果 本文详细研究了在o m a p 1 5 1 0 系统上实现a v s m 解码器的过程，包括分析 o m a p 1 5 1 0 的结构特点；基于这一特定硬件结构的解码器源代码的生成；代码从p c 平台 到a r m 和d s p 平台移植的研究：以及c 代码总体结构和模块优化。项目结果是一个可以 应用的，稳定的基于o m a p 1 5 1 0 系统的a v s m 解码器。 本文详细研究了a v s m 解码器的模块简化，分析了儿个可简化模块的复杂度和简化后 的客观p s n r 和主观效果，并给出了一组在各种情况下的模块简化使用建议。可以在损失一 些解码质最的情况下，进一步提高解码速度。 本文详细研究了a v s m 解码器在一系列丢包率情况f 的错误恢复，实现了几组不同效 果的错误恢复算法，测试并详细分析了其主观和客观性能。使得该解码器在网络传输有误的 时候也可以进行解码，并在一定程度上保持码流解码图像的质量。 浙江大学硕士学位论文 第二章o m a p 1 5 1 0 系统及代码移植 2 10 m a l a 一1 5 1 0 系统概述( a 删，d s p 概述) t i 的o m a p l 5 1 0 系统是t e x a si n s t r u m e n t s 为满足下一代嵌入式设备的处理需求而推m 的一款高集成压的软、确件平台。o m a p l 5 i o 是典型的烈处理器结构，集成了a r m 和d s p 芯片，可以更好的发挥a r m 和d s p 的优点，使用o m a p 平台可以快速开发出具有丰富的 j j 户接口、高质量、高处理性能和长电池寿命的设备。o m a p i5 1 0 处理器使用o m a p 3 1 的 集成芯片，具备了t i 第一代o m a p t m 结构的特性。 o m a p l 5 1 0 处理器通过支持通用的操作系统和编程语言，为编程者提供了一个开放的、 易于使用的编程王眚：境。它支持s y l 7 1 b i a no s ，m i c r o s o f tw i n d o w sc e ，p a l mo s ，i + i n u x ，可以 使用j a v a , a r mi n s t r u c t i o ns e t ，和c 肥+ + 。o m a p l 5 】0 系统可以进行儿乎所有的个人通信的 任务，如呼叫管理、邮件传真的读写，i n t e m e t 网络接入，个人数字通信，以及个人信息管 理。o m a p l 5 1 0 主安有以f 应用”6 1 1 1 7 i t l 8 心】： 视频蝈像处理( m p e g 4 、j p e g 、w i n d o w sm e d i av i d e o 等) 无线的高级音频应片j | ( 文字剑语音的转化、语音谚 别) 无线音频处理( m p 3 ，a m r ，w m a ，a a c 和其它g s m 语音编解码) 图形和视频加速 通用的两络接八服务 无线的数据处理( 传真、加密懈密，签名验证和水印) 蓝牙的接入和应用 m m c 卡、s d 卡、m s 卡的应用支持 o m a p l 5 1 0 中的a r m 足t 1 9 2 5 t 。它包括一个协处理器( c p l 5 ) ，指令长度可以是1 6 位或3 2 位。是t i 的r i s c 微处理单元m p u 予系统。o m a p l 5 1 0 中的d s p 是基于t m s 3 2 9 c 5 5 x 核的处理器。提供了两个乘累加( m a c ) 单元，一个4 0b i t 的算术逻辑单元和一个1 6b i t 的算术逻辑单元。它通过提高并行性，具有更高的性能，并且功耗更低。a r m 用于控制外 丽设备d s p 用于数据处理。d s p 和a r m 可以协同工作。通过l v l m u 控制，它们可以共享 内存和外围设备。 ( ) m 一1 5 1 ( 的主要功能模块有： o m a p l 5 1 0 处理器 嵌入式的f ia s h 存储器 时钟：3 2 k h z 和1 2 d z 软件可控的1 22 8 8 n _ z 和1 6 9 3 4 1 1 t z 振荡器 m p u 和d s p 的j t a g 连接接口 具有州g a ( z 4 0 x z 2 0 ) 分辨率，l f i m t 彩色的t f t 液晶显示器l c d 装十l e d 之上的触摸屏 双u a r t 串口接口 u s b 主、从接口 1 2 s 音频编解码a i c 2 3 电源放大器、喇叭，耳机和麦克风接口c i f ( 3 5 2 x 2 8 8 ) c m o s 图像传感器，作为摄像头接口 一个d i p 配置开关 一个d i p 配置开关 浙江大学硕十学位论文 第二章o m a p 1 5 1 0 系统及代码移植 2 10 1 a a p 一15 1 0 系统概述( a r m ，d s p 概述) t i 的o m a p l 5 1 0 系统是t e x a si n s t r u m e n t s 为满足下代嵌入式设备的处理需求而推出 的一款高集成度的软、硬件平台。o m a p l 5 1 0 是典型的双处理器结构，集成了a r m 和d s p 芯片，可以更好的发挥a r m 和d s p 的优点，使用o m a p 平台可以快速开发出具有丰富的 用户接口、高质量、高处理性能和长电池寿命的设备。o m a p l 5 1 0 处理器使用o m a p 3 1 的 集成芯片，具备了t i 第一代o m a p t m 结构的特性【1 “。 o m a p l 5 1 0 处理器通过支持通用的操作系统和编程语言，为编程者提供了一个开放的、 易于使用的编程环境。它支持s y m b i a no s ，m i c r o s o f tw i n d o w sc e ，p a l mo s ，l i n u x ，可以 使用j a v a , a r mi n s t r u c t i o ns e t ，和c c + + 。o m a p l 5 1 0 系统可以进行儿乎所有的个人通信的 任务，如呼叫管理、邮件，传真的读写，i n t e r a c t 网络接入，个人数字通信，以及个人信息管 理。o m a p l 5 1 0 主要有以下应用【1 7 j 【1 8 】： 视频图像处理( m p e g 4 、j p e g 、w i n d o w sm e d i av i d e o 等) 无线的高级音频应用( 文字到语音的转化、语音识别) 无线音频处理( m p 3 ，a v l r ，w m a ，a a c 和其它g s m 语音编解码) 图形和视频加速 通用的网络接入服务 无线的数据处理( 传真、加密懈密，签名验证和水印) 蓝牙的接入和应用 m m c 卡、s d 卡、m s 卡的应用支持 o m a p l 5 1 0 中的a r m 是t 1 9 2 5 t 。它包括一个协处理器( c p l 5 ) ，指令长度可以是1 6 位或3 2 位，是t i 的r i s c 微处理单元m p u 予系统。o m a p l5 1 0 中的d s p 是基于t m s 3 2 9 c 5 5 x 核的处理器。提供了两个乘累加( m a c ) 单元，一个4 0b i l 的算术逻辑单元和一个1 6b i t 的算术逻辑单元。它通过提高并行性，具有更高的性能，并且功耗更低。a r m 用于控制外 围设备，d s p 用于数据处理。d s p 和a r m 可以协同工作。通过m m u 控制，它们可以共享 内存和外围设备i ”j 。 o m a p 一1 5 1 0 的主要功能模块有： o m a p l 5 1 0 处理器 嵌入式的f l a s h 存储器 时钟：3 2 k i e 和1 2 m i - i z 软件可控的1 2 2 8 8 m t t z 和1 6 9 3 4 m h z 振荡器 m p u 和d s p 的j t a g 连接接口 具有q v g a ( 2 4 0 x 3 2 0 ) 分辨率，1 6 b i t 彩色的t f t 液晶显示器l c d 装于l c d 之上的触摸屏 双u a r t 串口接口 i j s b 主、从接口 1 2 s 音频编解码a i c 2 3 电源放大器、喇叭，耳机和麦克风接口c i f ( 3 5 2 x 2 8 8 ) c k f 0 s 图像传感器，作为摄像头接口 一个d i p 配置开关 浙江大学硕士学位论文 电源和复位电路监控 状态指示灯l e d 复位按缝 图2 - l 是o m a p - 1 5 1 0 的原理框图 图2 1o m a p - 1 5 1 0 原理框图 f i g u r e 2 1o m a p1 5 1 0s c h e m a t i cd i a g r a m 2 2o m a p l 5 1 0 系统结构特征 2 2 1 总体特征介绍 o m a p l 5 1 0 平台作为一种基丁t i 的双核芯片设计的应用开发平台，板上提供多种接口， 如u s b 、u a r t 、a u d i o 、c a m e r a 、l a n 等，支持多种嵌入式操作系统。可应用在无线通信等多 种领域，并可在其上开发新的应用。它的具体设备的结构框图如图2 2 所示，具体的来说， o m a p 5 9 1 0 的各个设备有以下特性0 1 2 1 1 ： 支持简单指令系统r i s c 和d s po s t 1 9 2 5 tm p u 子系统： 1 6 k 字节指令高速缓存和8 k 字节数据高速缓存 存储管理单元m y u 一 一个1 7 字的写缓冲器( 1 i b ) d s p 子系统( c 5 5 x t md s p 内核和子系统) ： 内置3 2 k 字双通道r a m ( d a r a m ) ，4 8 k 字单通道r a m ( s a r a m ) ，1 6 k 字r o y 软件可配置指令高速缓存( 1 2 k 字，1 2 8 位行，2 路，t a m ) 用于视频处理、象素插入和运动补偿的硬件加速器 浙江大学硕士学位论文 _ 六个d i a 通道控制器，用于脱离d s p 干涉的高速数据传送 用于地址译码和访问权限检验的d s p 删 图2 - 20 m a p - 1 5 1 0 具体设备结构框图 f i g u r e 2 - 2o m a p - 1 5 1 0h a r d w a r es t r u c t u r e 系统d m a 控制器： 6 个端口和9 个独立的可编程通道 _一个附加的用于液晶显示l c d 控制器的专用d m a 信道 _可在外存、m p u 和外设问以字节和打包的方式传输8 饪、1 e 位或3 2 位数据 一 可在无资源冲突的情况下同步传输单页或多页传输 省电的结构设计( 在空闲状态下无时钟) 两个外存接口，允许非交叉连接： _ 一个1 6 位总线接口连接慢速外存接口e m i f s ( 如f l a s h s r a i r o m 页模式r o m s b f l a s h o p r & m ) ，具有1 2 8 m 字节存储空间 _一个1 6 位总线接口连接快速外存接口e m t f f ( 如s d r 2 ) ，具有6 4 m 字节存储空 间 1 9 2 k 字节、3 2 位宽内置s r a m ，允许操作系统重要线程的本地存储，并提供从s r a m 到l c d 控制器的直接通道 一个存储器接口通信控制器( t c ) ，允许在外存接口、m p u 和d s p 间的异步操作 用于处理器间通信的邮箱( m p u 到d s p 两个，d s p 到m p u 两个) d s p 和存储器接口通信控制器之间，以及d s p 与m p u 接口之问的大小端口模式转换 存储器接口通信控制器和m p u d s p 控制器间的弹性缓冲，以便于完全【司步和司步缩放 的时钟操作。 8 浙江大学硕士学位论文 用于测试、调试和仿真的j t a g 端口 时钟管理： 一个数字锁相回路( d p l l ) 和三个用于m p u 、d s p 和存储器接口通信控制器( t c ) 时钟产生和管理的时钟管理单元 空闲模式和节电操作下的系统电源管理 外设( 对0 s ，通用h o u s e k e e p i n g 和特定应用功能) ： 2 2 2m p l j 内存分布情况 m p u 是整个平台的控制器，它可以访问d s p 的整个1 6 m 的存储器空间和1 2 8 k 字节的 i o 空间。另外，m p u 和d s p 共享对片上s r a m 和片外存储器的访问i l “。m p u 的存储器 空间分布如图2 - 3 所示，o x 0 0 0 0 ：0 0 0 0 o x l 0 0 0 ：0 0 0 0 是分配给f l a s h 的，这里有4 块分段的 f l a s h 地址，由板子上的s w i s h 开关控制，因此加以加载几个不同的启动程序。0 x 1 0 0 0 ：0 0 0 0 0 x 2 0 0 0 ：0 0 0 0 是分配给s d r a m 的地址空间，实际可以使用的是前面的1 6 m 大小的内存， 0 x 2 0 0 0 ：0 0 0 0 0 x 2 0 0 2 ：0 0 0 0 是片上的s r a m ，可