移动多媒体系统设计中的关键技术研究毕业论文

移动多媒体系统设计中的关键技术研究毕业论文内容摘要：

制造商德州仪器（ TI ）推出的TMS320DM642（以下简称 DM642）作为一款高性价比、专用于多媒体应用的DSP，已被国内外视频应用从业者广泛接受和 采用。 本文较详细地介绍 DM642的主要特性和系统应用开发技术，并给出基于 DM642 的视频 监控 应用实例。 DM642 是 TI 公司专门为多媒体应用而开发的 DSP，采用 TI 的第二代高级超长指令字结构（ VelociTI），使得在一个指令周期能够并行处理多条指令。 它可在 600MHz 时钟频率下工作，每个指令周期可并行 8 条 32bit 指令，因此，可达到 4800MIPS 的峰值计算速度。 DM642 采用两级缓存结构：第一级包括相互独立的 LIP（ 16kB）和 LID（ 16kB），只能作为高速缓存使用；第二级 L2（ 256kB）是一个统一的程序 /数据空间，可整体作为 SRAM 映射到存储空间，也可整体作为第二级 Cache，或是二者按比例的一种组合来使用。 DM642 具有 64 个独立通 8 道的 EDMA（扩展的直接存储器访问） 控制 器，负责片内 L2 与其他外设之间的数据传输。 容量较大的两级缓存和 EDMA 通道是 DM642 高性能的体现之一，若能合理使用和管理，将能大幅度提高程序的运行性能。 其结构如图 所示。 图 DM642 结构示意图 此外 DM642 具有丰富的外围设备接口，包括 3 个可配置的双通道视频端口video port，其中每个 video port 又分成 A 和 B 两个通道， A/B 通道可分别处理一路视频采集， 因此 DM642 最多可以处理 6 路视频采集数据（不带音频）。 如果将 video port 配置成用于视频输出，则只能在 A 通道输出， B 通道不可以，因此DM642 最多可支持 3 路视频输出（不带音频）。 如果同时处理音频，每一个 video port 可以处理两路立体声。 另外还包括 64bit 的外部存储器接口（ EMIF）、10/100Mbit/s 以太网 MAC 和多通道音频串行端口（ McASP）以及 66MHz32bit的 PCI 接口。 DM642 的基本系统由 DM642 和外扩的存储器以及外设组成，而外扩的存储器和外设均通过 DM642 的外部 存储器接口（ EMIF）进行扩展。 DM642 基本系统所必须的外扩资源包括： （ 1） SDRAM（ 4M64bit），用于存放程序和缓存数字视频 /音频数据； （ 2） FLASH（ 4M8bit），用于存放固化程序，以便进行 ROM 引导； 9 （ 3） UART（ 288bit），扩展 2 个异步串口（ RS232/RS422/RS485）； （ 4）板上寄存器（ n8bit），由若干个 8 位状态 /控制 寄存器 组成； （ 5）硬盘接口（ 2816bit），用于本地大容量存储接口。 由此可见， DM642 是一个功能强大的多媒体处理器，可用来实现高速完成大数据量的数字视频 /音频编解码处理，特别适合于开发多媒体通信设备。 是目前构造数字多媒体应用的理想平台 （如图 ）。 图 以 DM642 为核心的多媒体终端的系统框图 10 3 抗干扰的视频编解码技术 视频编解码技术 视频编码技术是网络电视发展的最初条件。 只有高效的视频编码才能保证在现实的互联网环境下提供视频服务。 或称为 MPEG4 第十部分（高级视频编码部分）是由 ITUT 和 ISO/IEC再次联手开发的最新一代视频编码标准。 由于它比以前的标准在设计结构、实现功能上作了进一步改进，使得在同等视频质量条件下，能够节省 50%的码率，且提高了视频传输质量的可控性，并具有较强的差错处理能力，适用范围更广。 在低码率情况下， 32kbps 的 图像质量相当于 128kbps 的 MPEG4 图像质量。 可应用于 网络电视 、 广播电视 、 数字影院 、 远程教育 、 会议电视 等多个行业。 除了 ITUT 和 ISO/IEC 两个国际标准化组织制定的视频编码标准以外，美国微软公司和 Real Network 公司都有自己的视频编码标准。 事实上，他们也是常用的网络电视标准。 为了能在时变、带宽有限、误码率较高的无线信道上传输视频数据，图像视频编码算法必须满足：高效的视频压缩比；较高的传输实时性；较强的视频传输鲁棒 性。 目前，图像视频压缩标准有国际标准化组织 ISO 和国际电工委员会 IEC 关于活动图像的编码标准 MPEGX，国际电信联盟 ITUT 关于视频电话 /视频会议的视频编码标准 ，以及 3GPP 提出的第三代移动通信流媒体传输标准。 MPEG4 已应用于 Inter 流媒体领域，如移动通信和个人通信中的声像业务，以及各种基于无线网络环境的手持式电子产品。 今后还将可能应用于多媒体电脑、掌上电脑、网络电视、远程视频监控、视频会议和可视电话等。 MPEG7被称为 “多媒体内容描述接口 ”，为各类多媒体信息提供一种标准化的 描述，可以应用于智能多媒体、多媒体编辑、多媒体目录服务、个人的多媒体收集管理系统等。 MPEG21 的目标是定义一个交互式多媒体框架，跨越大范围内不同的网络和设备，使用户能够透明地使用多媒体资源，存取、使用并交互多媒体对象，实 11 现多种业务模型。 在 MPEG 系列中，最适合目前移动多媒体通信技术及移动多媒体终端制造水平的应该是 MPEG4 视频编码标准。 因此一般采用 MPEG4 简单类作为目前移动多媒体终端的首选视频编解码标准。 ITUT 颁布的 H. 261 标准，用于可视电话和会议电视。 后来又陆续发展了、 ＋、。 它们的压缩原理是充分利用视频数据的空间和时间冗余，采用预测与变换的混合编码方法，对残余的数据进行编码，保证了极大的压缩比。 H. 263 在多媒体电脑、掌上电脑、网络电视、远程视频监控、视频会议和可视电话等都己经有了广泛的应用。 目前最新的 H. 264 标准能够比 H. 263 节约50%左右的码率，应用范围包括网络广播、网络会议和无线视频监控等。 3G324M 作为 3GPP 提出的第三代移动通信流媒体传输标准 ，可确保有线视频传输系统与第三代移动视频传输系统之间的互操作性。 与 ITUT 中的视讯会议标准有较紧密的联系。 3G324M 适用于 UMTS 移动网络中的 64kbit/s 电路交换链路，其复用协议为 、控制协议为 ，缺省视频编码器采用 及 MPEG4 简单类第一级，缺省语音编码器则为 GSMAMR 和。 3GPP2也将类似的标准集应用于 3GPP2 无线网络电路交换视频会议业务。 编解码中的抗干扰问题 相对于有线传输信道，移动通信所使用的无线传输信道环境要恶劣得多，数据 包的接收误码率要高出几个数量级。 而压缩视频流对误码非常敏感，即使接收到数据包的误码率很低，也会对解码后的图像质量造成很严重的影响。 因此，抗干扰技术成为各种编解码技术中的关键问题。 抗干扰机制 为了提高压缩效率并拓展在无线通信中的适用范围，提出了一种基于 编解码标准的改进的 ＋编解码机制。 借鉴了基于 Huffman 的可逆变长编码（ RVLC）的思想，每个 RVLC 码字可以前向解码也可以反向解码，如果在 RVLC中检测到突发误码，解码器将跳到该分段的结束处开始反向解码，结果只是丢弃了碰到误码的分段的部分数据，更多的数据可以恢复。 在 +基线模式编码过程中，同步标志不仅可以用来向后同步，也可以用来向前同步，在不降低编码效率的前提下，结合差错掩盖，极大的提高视频图像在无线网络等噪声信道中传输的质量。 12 在改进的编码器中，为了阻止 GOB 前半程 MB 行误码扩撒到后半程，设定后半程 MB 行的第一个预测运动矢量（ MV）的水平和垂直分量都为 0，其后宏块（ MB）的运动矢量（ MV）采用运动矢量差（ MVD）来预测编码。 差错监测和差错定位。 传输差错可以通过视频信号的内在特征或编解码器的句法来检测，如相 邻宏块（ MB）或者块（ block）的边界存在剧烈的跳变，冲突的码字 , 无效的运动矢量等都可以认为出现了误码。 MPEG4 抗误码工具 MPEG4 提供了多种抗误码工具，承载流媒体业务的实时网络传输层及底层移动通信系统可以根据传输信道的质量、系统需要提供的图像质量，以及在图像压缩效率和抗误码性能间的权衡，自适应地选择抗误码工具，改善流媒体传输的抗误码性能。 MPEG4 的 抗误码工具包括： 包的重同步标识，每隔固定的比特数周期性地插入重同步标识，并在视频编码时去除两个不同视频包之间所有数据的依赖 性。 解码器在解码过程中识别到不可纠正的错误时，就会依据下一个重同步标识重新编码流同步信息，这样，就减少了由于失步而不得不丢弃的数据量。 数据分割（ DP），使用运动边界标记（ MBM）将视频数据分为运动部分和纹理部分，可以更严格的检查位移估值数据的合法性，主要用于误码检测及提高错误定位能力。 头信息扩展编码（ HEC），在视频码流中保护重要的头信息等，视频头信息可以在特定的视频包中重复发送。 可逆的变长编码（ RVLC），解码检测到误码后，可以从下一个重同步标识开始，反向解码直到误码处。 第三代移 动通信的抗误码性能 第三代移动通信是建立于直接序列扩频、软切换及快速功率控制等最新通信技术上的，因此具备抗窄带干扰、抗多径衰落及抗时延扩展等能力。 同时，第三代移动通信系统也采用了卷积码及 TURBO 码作为前向纠错编码（ FEC），大大提高了移动环境下数据传送的抗误码性能。 而且，由于直接序列扩频技术允许为移动终端用户分配多个语音或数据业务逻辑信道，为在视频流媒体传送中采用数据分割优先级传输技术提供了可能。 压缩视频流中更重要的部分，如同步头或运 13 动矢量信息可以单独占据一个优先级较高的逻辑信道，而相对次要的部分，如纹理信息可以只占用优先级较低的逻辑信道，这样可以确保在同样的传输环境条件下，视频质量受到误码的影响相对较小。 14 4 移动通信网络 目前，能传输多媒体业务的宽带无线接入技术有多种，如 VSAT。