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??? 數(shù)字視頻技術(shù)" title="視頻技術(shù)">視頻技術(shù)正從便攜式攝像機(jī)與安全監(jiān)控系統(tǒng)等專用應(yīng)用領(lǐng)域向各種消費(fèi)類電子產(chǎn)品快速推廣，這為傳統(tǒng)視頻開發(fā)技術(shù)提出了巨大挑戰(zhàn)。過去，這些傳統(tǒng)技術(shù)需要熟悉最新編碼／解碼（編解碼器" title="編解碼器">編解碼器）標(biāo)準(zhǔn)并能為高性能信號(hào)處理平臺(tái)編寫匯編代碼的專家手工編寫大量代碼。
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??? 信號(hào)處理技術(shù)制造商推出了將處理器、開發(fā)工具、軟件以及系統(tǒng)專業(yè)技術(shù)高度集成的開發(fā)環(huán)境，使設(shè)計(jì)人員能夠在高系統(tǒng)級(jí)" title="系統(tǒng)級(jí)">系統(tǒng)級(jí)別的抽象環(huán)境下開發(fā)視頻應(yīng)用" title="視頻應(yīng)用">視頻應(yīng)用，從而解決這一繁瑣而復(fù)雜的難題。這使設(shè)計(jì)人員能集中精力開發(fā)應(yīng)用功能，通過簡(jiǎn)單調(diào)用應(yīng)用編程接口 (API) 就能實(shí)施視頻、音頻、語音和影像技術(shù)，以處理諸如實(shí)施特定編解碼器引擎以及匹配屏幕分辨率等細(xì)節(jié)。
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新一代視頻應(yīng)用
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??? 隨著實(shí)施數(shù)字視頻的成本不斷下降，更多嵌入式開發(fā)人員開始在各種產(chǎn)品中集成音、視頻技術(shù)。機(jī)頂盒（STB）作為集成家庭安全監(jiān)控系統(tǒng)的功能，其使家庭用戶能在電視屏幕上查看訪客情況。同時(shí)，傳統(tǒng)與非傳統(tǒng)視頻應(yīng)用的質(zhì)量也在不斷提高。為了可智能化地調(diào)整對(duì)比度與聚焦，正在開發(fā)計(jì)算性能更高的算法。高靈活性的處理選項(xiàng)也使用戶能通過包括黑白、彩色、紅外、熱感等在內(nèi)的各種設(shè)置捕獲影像。此外，我們也正在開發(fā)智能攝像頭，以在鏡頭框中的所有人都睜眼時(shí)才捕獲影像。
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傳統(tǒng)的編解碼器實(shí)施方法
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??? 日益廣泛的視頻使用與復(fù)雜性不斷提高的新型視頻應(yīng)用使人們開始重視傳統(tǒng)視頻開發(fā)方法的局限性問題。傳統(tǒng)方法的最大障礙之一就是需要對(duì)編解碼器算法進(jìn)行手工編碼，才能壓縮數(shù)據(jù)流進(jìn)行傳輸存儲(chǔ)也才能解壓縮用于查看和編輯。目前的編解碼器標(biāo)準(zhǔn)非常復(fù)雜，而且還在不斷演進(jìn)發(fā)展，以增強(qiáng)視頻質(zhì)量和降低帶寬占用。
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????正由于此，工程師往往需要很多人月 (man-month) 的時(shí)間才能完成嵌入式視頻應(yīng)用的實(shí)施。通常，編解碼器先用采 C/C++ 等較高級(jí)語言開發(fā)，然后再將部分代碼用匯編語言重寫，從而根據(jù)硬件實(shí)施優(yōu)化性能與功耗。上述編程工作的第二階段需要熟練掌握特定硬件平臺(tái)的大量專業(yè)技能。
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??? 諸如 MPEG2 等前代編解碼器已穩(wěn)定成型，但 MPEG4 與 H.264 等最新的高效編解碼器仍在不斷改進(jìn)，因此我們必須在產(chǎn)品開發(fā)過程和未來升級(jí)中考慮到編解碼器變動(dòng)的可能性。此外，新型編解碼器也提供了更豐富的工具套件 (toolset)，能夠?yàn)殚_發(fā)人員在設(shè)置視頻流" title="視頻流">視頻流時(shí)提供更多選擇。例如，有的編解碼器視頻流可允許使用隔行掃描規(guī)范，而有的則不行。
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硬件考慮事項(xiàng)
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??? 編解碼器通常運(yùn)行于專用集成電路 (ASIC) 或數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）上。ASIC是針對(duì)特定應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計(jì)定制的，因此功耗通常較低，外形尺寸也相對(duì)較小。使用 ASIC 的不利因素在于，工程設(shè)計(jì)僅適用于特定應(yīng)用，因此成本較高，而且如果要根據(jù)不斷發(fā)展的編解碼器標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)施更改的話，成本也會(huì)比較高。新編解碼器的實(shí)施通常需要增加 ASIC 器件的裸 片大小。
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??? DSP 則能提供全面的軟件可編程性，其中包括現(xiàn)場(chǎng)再編程功能，以使用戶在推出 MPEG 2 產(chǎn)品之后還能再讓其升級(jí)支持 H.264 視頻編解碼器。此外，DSP 還有助于簡(jiǎn)化可支持多種編解碼器產(chǎn)品的開發(fā)，而且還能根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的變化實(shí)時(shí)更新編解碼器。此外，還可將 DSP集成在片上系統(tǒng)（SoC）中，與諸如通用處理器（GPP）和加速器等更多功能結(jié)合在一起，從而有助于減少組件數(shù)。
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應(yīng)用領(lǐng)域的問題
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??? 數(shù)字視頻實(shí)施只是當(dāng)今大多數(shù)創(chuàng)新型應(yīng)用的一部分，通常運(yùn)行于 GPP 之上的應(yīng)用則構(gòu)成另一部分，可提供用戶界面并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品差異化的特定特性。應(yīng)用的重要角色之一就是實(shí)現(xiàn)軟硬件的統(tǒng)一，例如，在編解碼器與視頻端口之間提供視頻緩存。此外，應(yīng)用還需要諸如 Linux或Windows CE 等操作系統(tǒng)，因?yàn)楸仨毻ㄟ^操作系統(tǒng)來處理以太網(wǎng)協(xié)議棧、無線協(xié)議棧、輸入/輸出設(shè)備驅(qū)動(dòng)器等。
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通過軟件實(shí)現(xiàn)硬件抽象
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??? 新一代視頻產(chǎn)品的開發(fā)人員必須快速向市場(chǎng)推出具備高級(jí)特性的產(chǎn)品，才能確保在競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，他們必須盡可能集中優(yōu)勢(shì)資源用于應(yīng)用本身的開發(fā)工作，而不應(yīng)被視頻實(shí)施的具體細(xì)節(jié)所干擾。
視頻硬件開發(fā)人員為了滿足上述要求，推出了包含軟硬件、工具以及支持等在內(nèi)的集成式環(huán)境，能夠大幅簡(jiǎn)化數(shù)字視頻技術(shù)的實(shí)施。這種環(huán)境提供了一個(gè)開放式平臺(tái)以供眾多企業(yè)開發(fā)和集成可構(gòu)成數(shù)字視頻系統(tǒng)的不同組件，從而降低了視頻系統(tǒng)的復(fù)雜性。這些高性能信號(hào)處理平臺(tái)目前包含生產(chǎn)就緒型軟件，如硬件驅(qū)動(dòng)器、手工優(yōu)化的編解碼器，以及管理網(wǎng)絡(luò)上音視頻同步和流媒體的應(yīng)用代碼等。
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??? 新架構(gòu)提供的 API 使開發(fā)人員能專注于應(yīng)用開發(fā)工作，而無需為視頻實(shí)施問題浪費(fèi)過多時(shí)間，也不必進(jìn)行 DSP 編程。通過將硬件實(shí)施細(xì)節(jié)與硬件在應(yīng)用中的使用相分離，開發(fā)人員可非常便捷地將應(yīng)用移植到新平臺(tái)與新操作系統(tǒng)上，一般僅需更改 API 之后的驅(qū)動(dòng)器即可。
編寫應(yīng)用程序的開發(fā)人員僅需調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫就能實(shí)施各種視頻、影像、話音與音頻編解碼器以及其他視頻和音頻功能。
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??? API 本身由硬件制造商提供，并已針對(duì)硬件實(shí)施進(jìn)行了優(yōu)化。如果換用新的硬件，那么只需替換驅(qū)動(dòng)程序即可，而無需更改應(yīng)用代碼。如果標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生更改或者發(fā)布了新標(biāo)準(zhǔn)，則硬件制造商可以更新編解碼器，這樣應(yīng)用開發(fā)人員只需下載新的軟件庫而不必重新編寫代碼。這種方案有助于大幅降低視頻開發(fā)的成本并縮短產(chǎn)品上市進(jìn)程。
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訪問任何來源的視頻
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??? 上述方案的主要優(yōu)勢(shì)在于無需對(duì)應(yīng)用代碼做出重大更改即能訪問各種來源的視頻流。例如，可用下列代碼來訪問硬盤驅(qū)動(dòng)器等 ATA 外設(shè)中的視頻，而且可對(duì)這段代碼范例稍做修改，就能訪問任何來源的視頻。
??? InitPeripherals()
??? InitEthernet();
??? InitUSB();
??? InitATA();
??? InitDisplay();
??? InitH264Decoder();
??? OpenCodec()
??? OpenH264Channel();
??? StartDecode(ATA.Address, H264.Channel, Display.Address);
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??? 通過 API，開發(fā)人員能根據(jù)視頻引擎來配置硬件，以確保特殊應(yīng)用能夠滿足復(fù)雜節(jié)目要求，如影像尺寸、單位像素位 (bpp) 等，此外還能管理幀緩沖器與內(nèi)置屏幕顯示功能等，不一而足。
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更改顯示尺寸
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??? 下列代碼范例顯示，打開并配置視頻流之后即可輕松更改顯示尺寸。這段代碼使機(jī)頂盒能使用相同的代碼與家庭影院監(jiān)視器直接相連，并將內(nèi)容下載至個(gè)人視頻播放器。
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??? InitPeripherals()
??? // Display driver is passed arguments to move away from
??? default values
??? InitDisplay(QCIF | CIF | D1 | 720p | 1080i);
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??? 新系統(tǒng)級(jí)抽象方案可顯著簡(jiǎn)化高級(jí)視頻特性的實(shí)施。我們可用這種方案來實(shí)施時(shí)移技術(shù)，以便將實(shí)時(shí)視頻存儲(chǔ)至磁盤上，而不必一定要立即播放，這樣用戶即便暫時(shí)沒時(shí)間收看也可以看重播，從而不會(huì)錯(cuò)過任何節(jié)目。
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I/O 層驅(qū)動(dòng)程序
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??? 上述各種特性背后的復(fù)雜細(xì)節(jié)均由通用 API 訪問低層驅(qū)動(dòng)程序完成，因而對(duì)開發(fā)人員而言實(shí)際上是完全透明的。采用界面熟悉、獲廣泛支持的 Linux 驅(qū)動(dòng)程序可簡(jiǎn)化視頻技術(shù)在嵌入式應(yīng)用中的集成工作。我們可使用 Linux 社區(qū)非常熟悉的 API，如捕獲側(cè) (capture side) 上的 Video for Linux Two (V4L2) API 與通用 FBDev API 等，能夠簡(jiǎn)化從 PC 開發(fā)環(huán)境向嵌入式 SOC 環(huán)境的升級(jí)。
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??? 我們能夠在無需使用任何匯編語言編程的情況下以最佳方式實(shí)施硬件產(chǎn)品的計(jì)算資源。我們可以執(zhí)行各種復(fù)雜操作，包括優(yōu)化使用DSP資源和基于硬件的加速引擎，通過信號(hào)鏈模式使用增強(qiáng)型直接存儲(chǔ)器存取外設(shè)以提高數(shù)據(jù)傳輸效率，并通過中斷和小片任務(wù)模式（Interrupt vs. Tasklet）中的分組處理來靈活滿足不同應(yīng)用要求等。
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??? 總而言之，新型設(shè)計(jì)方法使開發(fā)人員能夠通過 API 實(shí)現(xiàn)全面的視頻功能，而不必考慮視頻處理的細(xì)節(jié)問題?？奢p松對(duì)視頻處理的低級(jí)別細(xì)節(jié)進(jìn)行修改，以滿足編解碼器或硬件更改的要求，而毋需更改上層應(yīng)用代碼。這種方案消除了對(duì) DSP 進(jìn)行編程的麻煩，以使開發(fā)團(tuán)隊(duì)能將大部分部力量集中于應(yīng)用本身的開發(fā)上。此外，新方案還有助于以更低的費(fèi)用大幅縮短集成領(lǐng)先視頻功能的產(chǎn)品的上市時(shí)間，同時(shí)減少未來產(chǎn)品維護(hù)與升級(jí)所需的時(shí)間和成本。