作者：Jeremiah Golston，德州儀器流媒體技術部首席執行管 (CTO)

目前要求苛刻的消費類視頻應用往往要求高性能片上系統 (SoC) 進行集成，然而 SoC 處理引擎卻給系統開發人員帶來了新的挑戰。傳統 SoC 是基于封閉式結構，開發人員幾乎不能進行集成。然而，包括從消費類通信產品、多媒體產品等在內的視頻應用卻變得日益復雜，從而要求具有更高的設計靈活性，以便滿足更多的定制化服務及先進功能升級的需要。

OEM 廠商經常需要在為特定市場量身定制的一系列產品中使用同樣的系統平臺，或者需要在同一系統中集成不同的應用，如具有目標識別功能的安全攝像頭，或帶集成視頻電話或數字媒體適配器功能的 IPTV 機頂盒等。

隨著多應用產品日益增加，系統開發人員也越來越需要采用開放式架構設計的 SoC 處理器，以滿足消費類視頻市場日新月異的要求。幸運的是，一種新型 SoC 處理器出現了，其不僅集成了高性能與可編程內核，而且還具有構建各種消費類視頻系統所需的基本存儲器與外設。

SoC 架構建立在具有專業視頻硬件加速功能的可編程數字信號處理器基礎之上，可提供實時壓縮／解壓縮算法（編解碼器）以及其他通信信號處理所需的計算性能。將 RISC 處理器與 DSP結合在一起不僅加強了控制與用戶界面支持，而且還使編程變得更加輕松自如；此外，集成的視頻外設降低了系統成本并簡化了設計過程。

由于這種多處理器硬件可以作為開放式軟件架構的基礎，因此 SoC 處理引擎使開發人員能夠靈活、迅速地開發出各種穩健的消費類視頻產品。德州儀器 (TI) 的 DaVinci 技術就是這種 SoC視頻處理平臺之一。DaVinci 基礎硬件專門用于支持視頻系統，不僅能縮減板級空間、減少組件數，而且還消除了集成復雜系統所需的眾多低級軟件開發。TMS320DM644x 數字媒體處理器就是這樣一個基礎硬件，其集成了TMS320C64x+ DSP 與 ARM926EJ-S RISC 處理器作為內核，以及用以執行視頻編碼器常用的特定操作的硬件加速功能。

可自動執行程序與數據存儲分配的片上高速緩存不僅支持這種完全可編程內核以簡化設計并提高設計靈活性，而且還支持從外部存儲器對片上 SRAM 進行存儲器直接存取以優化繁重的視頻數據傳輸。DM644x 架構集成了眾多數字視頻所需的外部組件，從而使硬件材料清單成本降低了50%。視頻處理子系統包含一個帶片上圖像處理管線的前端，用于攝像頭圖像的捕獲與處理，并支持符合 BT.656 標準的器件與 CCD/CMOS 傳感器。子系統的后端是屏幕視控系統驅動器和集成數模擬轉換器，可提供模擬和／或數字 RGB/YCbCr 視頻輸出。

此外，DM644x 架構還集成了網絡外設、音視頻接口以及可支持多達 64 個同步傳輸通道的增強型存儲器直接存取控制器等。將如此豐富的音視頻功能集成到硬件中既節省編程時間，同時也降低了將軟件設計周期用于連接并控制外部器件的需求。

以 DM644x 處理器為基礎的軟件平臺為實現更高性能充分利用了硬件優勢，同時也排除了為實現更多功能性與易用性而進行基礎硬件設計所帶來的復雜性。由于有兩種處理內核可用，就可以設定軟件分別由其執行效率較高的內核運行：用戶界面和系統控制軟件由 RISC 運行，編解碼等實時信號處理算法則由 DSP 運行，并由加速器提高速度。

每個內核都是可編程的，因此整個處理器將支持開發人員構建視頻系統所需的任何一種編碼。視頻系統所需的軟件，如外設驅動、內存管理、主要的編解碼等，大部分已經被創建。因此開發一套視頻系統所需的時間可以節省一半以上。

開發人員的軟件建立在 RISC 堆棧的基礎之上，這里的基礎操作系統 (OS) 是 Linux。該 Linux內核（MontaVista 專為 DaVinci 平臺開發的）包括針對音視頻及通信外設精心優化的驅動器（敬請參見第 48 頁的圖的左上方）。DaVinci 平臺的優勢之一是它能兼容不同的操作系統。驅動器擁有一組簡單且不要求特定操作系統的外設軟件接口，因此連接起來輕松自如。

對于在 RISC 中用 C 語言編寫應用程序代碼的軟件開發人員來說，DSP 可以作為另一種類似外設與存儲器的資源。既然視頻系統嚴重依賴編解碼器，所以 DaVinci 平臺提供了編解碼器引擎，以便在視頻、成像、語音及音頻（簡稱：Visa） 4 個處理域中均能實現從應用編程接口 (API) 到算法的直接連接。

對這四種中的每種算法而言，Visa 編解碼器引擎都會將信號處理層的復雜性提取到 API，以便進行編碼與解碼。所有 API 都是 DSP 的低層服務或插槽節點 (socket node) 的輪詢程序，可用于在 DSP 框架中編寫 C 程序代碼。

API 框架還提供了各種各樣的鉤 (hook)，使開發人員能為編碼器設置額外功能，從而推出獨具一格的產品。這些算法都遵循同一個標準 xDM（該標準建立在通用 TMS320 DSP XDAIS 算法標準的基礎上）并具有一定的擴展性，能與 Visa 編解碼器引擎相兼容。其目的是確保符合 xDM 標準的多媒體編解碼器能即插即用，無論是廠商還是實施人員使用。

新視頻系統的復雜性意味著開發人員必須依賴片上系統供應商才能成功集成他們的系統。盡可能利用品質可靠的現成軟件是一種很有效的捷徑。芯片廠商已對這種需求做出響應，正在開發各種標準編解碼程序庫及其他算法。

嵌入 Visa 編解碼器引擎的控制機制允許開發人員修改很多算法的運行，以便為系統設置更多功能。

DaVinci 平臺還包括測試與調試工具 Socrates。

業經驗證的現有軟件、對定制化服務的支持以及直接設置編碼器功能等所有這些特性給視頻OEM廠商提供了較大的設計靈活性，使他們能夠在系統級、信號處理級或同時在這兩方面使自己的產品獨具特色。開發人員也能靈活地選擇工具。

Rishi Bhattacharya，德州儀器系統與軟件架構師