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浅析基于嵌入式DSP的流媒体解决方案

可编程的DSP可用于实现各类现有的编解码器和将来的编解码标准。今朝的趋势是每两年就会宣布新的编解码标准,每个新标准会必要更多的DSP周期。是以,选择具有兼容性成长蓝图的DSP平台(如ZSP)异常紧张,这样经由过程系统进级而不是从新设计即可满意未来的系统要求。

多媒体将选定的所有元素(包括翰墨、音频、静态图像、视频和图形)集成到单一媒体工具中。流技巧(Streaming technology)可在媒体工具被读取、收听或者不雅看的同时实时传输这些工具。在RealAudio公司1995年供给首个商用流媒体产品之前,绝大年夜部分的互联网媒体文件必要完备下载后才能播放。而现在,不必等到流音频剪片(clip)下载完成才能播放,而是在传输的历程中就可以回放。

流媒体数据由办事器端发送,并由客户端接管和实时显示。当接管缓冲器包孕足以避免数据遗掉的足够多信息时,客户端就可以开始播放音频/视频,以避免信息遗掉。专用的多媒体办事器平日用于实施基于收集的传布输。多媒体办事器可以继续地传输数据,而不会呈现爆发式传输和长光阴的停滞,以是在回摊开始之前,客户端只必要很少的缓冲数据。

业已呈现在嵌入式DSP上的音频/视频压缩算法是供给传布输所需实时机能的关键。因为它们具有对数字数据进行编码和解码的能力,此类算法被称为编解码器。

虽然传布输平日与散播式谋略机收集的关系最为亲昵,然则其它形式的数字通讯同样必要传布输。数字音频广播(如DRM、XMSR、Sirius Satellite Radio)、数字广播电视(如Direct TV、韩国的T-DMB)、3GPP手机和蓝牙手机等均必要应用编解码器,以满意传布输要求。此外,编解码器在存储压缩等非传布输利用中也是异常有用的。

标准化的编解码器供给最高度的互通性。传布输音频标准有:MPEG1/2、Layer 3(MP3)、数字杜比AC-3、MPEG2 AAC、WMA和Ogg Vorbis。通用的视频压缩标准包括MPEG2、MPEG4 SP/ASP、MPEG4 AVC/H.264和WMV。

标准音频编解码器

MP3:MP3蓝本用于表述MPEG1 Layer 3,然则日常利用中已经成长至包孕Layer 1, Layer 2以及Fraunhofer Institute所扩展的MPEG 2.5。MP3是获得最高认知度的编解码器之一,在互联网编解码器中具有最大年夜的用户群。然则为达到近CD品德音频,对某些难敷衍的内容必要高于192kbps速度。

MPEG1、Part 3 (ISO/IEC 11172-3):定义了双声道,采样率为32、44.1或者48KHz,编码率从32 到 384kbps的编解码措施。此标准描述了三个相关措施:Layers I、II、和 III。Layer III供给最高的压缩率,然则繁杂度也最高。

MPEG2、Part 3 (ISO/IEC 13818-3):对MPEG1标准供给了两个紧张的改进。首先,低比特率需求经由过程使“低采样率(LSF)”扩展标准化而获得满意。该编解码器供给了16、22.05、和24kHz采样率编码措施;其次,MPEG1模式被扩展为支持上至12声道的音频数据。Fraunhofer的低频率扩展,即MPEG2.5,供给了MPEG2一半的采样频率选择:8、11.025和12kHz。

数字杜比(AC-3):今朝,数字杜比具有最大年夜的多声道编解码用户群。经由过程将多声道整合至单一编码工具中,数字杜比实现了高品德、低繁杂度音频压缩。只管该算法与编码声道的数量无关,今朝的实现规划已经吸收了SMPTE的建议,即采纳了由5个全带宽音频声道和1个用于低音的分带宽声道组成5.1声道:分手为左、中、右、左萦绕、右萦绕和低频扩展(LFE)。

数字杜比支持机动的播放要领:1声道到5.1声道,32、44.1或者48KHz采样率,比特率从32 到640kbps。解码后的音频可自动匹配播放系统以供给与音响设置设置设备摆设摆设无关的最佳品德的音效。

aacPlus系列编解码器:Coding Technologies公司已经开拓了一系列获得国际标准组织广泛采纳的编解码器。MPEG2采纳了AAC,以128kbps供给靠近CD的品德,纵然对付分外繁杂的内容也如斯。aacPlus v1被DVD论坛、DVB、Digital Radio Mondiale、3GPP2和ISMA等组织定为标准。aacPlus v2在2004岁终开始商用,已被指定为3GPP中的高品德音频编解码器,aacPlus v 2的所有组件都是MPEG-4音频规范的组成部分。

AAC:aacPlus系列编解码器均是环抱MPEG2、Part 7(ISO/IEC 13818-7)所描述的AAC核心而建立。AAC供给8、11、12、16、22、24、32、44、 48、63、88或者96kHz的采样率,以及高达48声道的音频,每个声道比特率可高达288kbps。其定义了三个慎密相关的规划:低繁杂度(Low Complexity)、Main和可伸缩采样率(SSR)。低繁杂度的AAC-LC必要异常少的处置惩罚器资本,是以平日用于嵌入式利用中。

MPEG4、Part 3(ISO/IEC 14496-3):为MPEG2 AAC增添了知觉噪音替代(PNS)对象,是以定义为MPEG4 AAC。PNS经由过程对类噪声旌旗灯号的参数化编码,从而简化这些旌旗灯号的表达措施。不能将PNS与MPEG2、MPEG4中的时域噪声整形(TNS)相肴杂。

aacPlus V1:该编解码器无意偶尔被称为“高效AAC”(HE-AAC)。它整合了基础的AAC编解码器和频带复制(SBR)技巧。SBR是一种频带扩展技巧,可使险些任何音频编解码器在比特率下降30%时仍能包管音质。SBR经由过程应用频带低半部分信息加上一些编码参数来表达频带的高半部分信息。SBR技巧也可用于其他编解码器,例如结合带MP3的SBR构成了MP3Pro编解码器。

aacPlus V2:在aacPlus V1中增添参数化立体声(PS)技巧,形成了aacPlus V2编解码器。PS技巧应用左声道和一些额外的编码参数,天生右声道,进一步低落了比特率。aacPlus V2在160 Kbps下可达到DVD5.1声道品德,在48Kbps可达到近CD立体声品德,在32 Kbps下可达到极佳立体声效果,在24Kbps下可达到娱乐品德立体声效果,在低于16Kbps时可达到高品德单声道效果。aacPlus V2的效率使移动数字广播新利用成为可能。

WMA:WMA是微软授权的Windows Media Series中一系列广泛应用的音频编解码器。此系列中最新版本是WMA9、WMA9 Professional、WMA9 Lossless、WMA9 Voice 和WMA9 Variable Bit Rate(VBR)。在嵌入式利用中,WMA9是此系列中最常见的编解码器;供给16位/320kbps双通道,采样率高达48KHz。“Professional”支持24位、96KHz采样率和高达128到768kbps的7.1声道。与数字杜比相同,解码后的音频可自动匹配播放系统,以供给和音响设置设置设备摆设摆设无关最佳品德的音效。“Lossless”用于CD存档,压缩率在2:1和3:1之间。“Voice”用于压缩语音至20kbps。只管VBR对付大年夜部分的流利用并不抱负,但WMA9和“Professional”都能以可变比特率编码。“Lossless”则老是应用VBR功能。

Ogg Vorbis:为无需专利用度的开放资本,具有近似于MP3的音质。“ogg”是容器款式,而“Vorbis”为音频编解码器。因为它免除了与MP3游戏音乐相关的按每游戏收取的许可用度,是以Ogg Vorbis在电脑游戏厂商中应用率日益上升。

标准视频编解码器

联合视频组(JVT)由ITU的视频编码专家组(VCEG)和ISO/IEC运动图像专家组(MPEG)组成。VCEG开拓志愿性标准,用于会话和非会话类音/视频利用的先辈移动图像编码。MPEG开拓国际标准,用于移动图像、音频及两者组合内容的压缩、编码、解压缩、处置惩罚和编码表达等,以满意各类利用。总之,JVT已经开拓了包括ITU H.262/MPEG2和H.264/MPEG4 AVC在内的最盛行的视频标准。

PEG2 Video/H.262:MPEG2(ISO/IEC 13818-2),也被称为ITU-T H.262,是今朝破费类电子视频设备中应用最广泛的视频编码标准。MPE2视频用于数字电视广播:包括陆地,海底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像素成像。此外,它也是DVD-V中必需的编解码器。

MPEG4-SP/ASP:ISO/IEC 14496-2描述了MPEG4 Simple Profile(SP)/Advanced Simple Profile(ASP)。此中,SP用于下一代便携式终端和窄带互联网。而ASP增添多少对象,编码效率前进了1.5到2倍。他们两个均在市场上得到越来越多的吸收。

MPEG4-AVC/ITU-T H.264:AVC是由ISO/MPEG和ITU-T联合技巧委员会开拓的多媒体标准。AVC供给更高的压缩率、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。

WVM/SMPTE VC-1:WMV9是微软的多媒体标准,其特点包括支持流处置惩罚、变比特率以及与MPEG4-AVC/H.264相媲美的容错对象。除了用于家庭电脑,WMV9今朝也在片子院用于数字投影。片子中应用的编码可所以7-12Mbps的恒定比特率CBR或变比特率VBR,并达到DVE分辨率(720x480)。

嵌入式DSP流媒体办理规划

因为一系列缘故原由,DSP成为流媒体编解码器的抱负选择。首先,各类不合的编解码器和赓续厘革的标准要求办理规划必须是可编程的;其次,大年夜部分的编解码器是运算密集型,而DSP便是设计用于高效数学运算;别的,功耗和资源是移动传布输中的紧张斟酌,而DSP内核供给了低功耗、低资源的最佳组合。

范例的音频/视频流媒系一切平日同时应用内部存储器和外部存储器。内部存储器因此DSP内核时钟速率运行的快速存储器;外部存储器对照慢,价格也较便宜。编解码指令存储于外部存储器,但下载到内部存储器中履行。因为视频流数据量伟大年夜,除非必须,其平日放在片外,而音频流数据则可片内外随意率性放置,还可以根据必要将一些IP模块挂在系统SoC总线上。

前后兼容的DSP平台

今朝的趋势是每两年就会宣布新的编解码标准,每个新标准会必要更多的DSP周期。是以,选择可按兼容性成长蓝图来蜕变的DSP平台异常紧张,这样经由过程系统进级而不是从新设计即可满意未来的系统要求。ZSP则供给了适应多媒体标准赓续厘革所必需的机动性和机能。

LSI逻辑公司的ZSP产品部门供给全系列可综合的软件兼容DSP内核,并供给广泛的音/视频标准代码,产品成长蓝图内的内核是代码兼容的。广泛的第三方相助伙伴收集确保新的标准将迅速可用。基于ZSP的音/视频系统可轻松地与新兴的音/视频标准相适应。

各代(G1/G2/G3)的ZSP都基于易编程的架构。ZSP内核专门为低功耗利用优化,是小我音/视频播放器等移动利用的抱负选择。ZSP具有16/32位数据通道,支持高质量音频处置惩罚和视频处置惩罚所需的节制机能。

G2内核具有强大年夜的协处置惩罚器接口,支持嵌入到内核履行流水线的硬件加速器。硬件加速器可以疏松或者慎密地耦合于ZSP履行流水线。紧耦合加速器可视为ZSP的指令集扩展,这使它们易于编程和应用,纵然是基于C代码。

ZSP内核拥有卓越的编译器,不仅支持汇编代码的高效开拓,还支持C代码的高效编译;再加上现成可用的标准代码,包管了最快速的系统设计和实现。

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