1.1 OMAP3530的硬件平臺
　　0MAP3530的硬件平臺主要由ARM內(nèi)核,、DSP內(nèi)核以及流量控制器(Traffic Controler,，TC)組成。
　　(1)ARM內(nèi)核
　　OMAP3530采用ARM Cortex-A8核,，工作主頻最高可達720 MHz,。它包括存儲器管理單元、16 KB的高速指令緩沖存儲器,、16 KB的數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器和256K字的二級Cache;片內(nèi)有64 KB的內(nèi)部SRAM,，為液晶顯示等應(yīng)用提供了大量的數(shù)據(jù)和代碼存儲空間。CortexA8內(nèi)核采用13級流水線,、32位的RISC處理器架構(gòu),。系統(tǒng)中的控制寄存器對MMU、Cache和讀寫緩存控制器進行存取操作,。ARM內(nèi)核具有整個系統(tǒng)的控制權(quán),，可以設(shè)置DSP、TC以及各種外設(shè)的時鐘及其他工作參數(shù),，控制DSP的運行停止,。OMAP3530平臺可支持包含繪圖、多媒體內(nèi)容和Java程序的先進應(yīng)用,。
　　(2)DSP內(nèi)核
　　TMS320C64X+內(nèi)核具有最佳的功耗性能比,，工作主頻最高為520 MHz;它具有高度的并行能力，32位讀寫和功能強大的EMIF,，雙流水線的獨立操作以及雙MAC的運算能力,。它采用3項關(guān)鍵的革新技術(shù)：增大的空閑省電區(qū)域、變長指令和擴大的并行機制,。其結(jié)構(gòu)針對多媒體應(yīng)用高度優(yōu)化,，適合低功耗的實時語音圖像處理。另外,，TMS320C64X+內(nèi)核增加了固化了算法的硬件加速器,，來處理運動估計、8×8的DCT/IDCT和1/2像素插值,，降低了視頻處理的功耗,。
　　(3)流量控制器
　　流量控制器TC用于控制ARM、DSP,、DMA以及本地總線對OMAP3530內(nèi)所有存儲器(包括SRAM,，SDRAM、Flash和ROM等)的訪問,。
　　OMAP3530具有豐富的外圍接口,，如液晶控制器、存儲器接口、攝像機接口,、空中接口,、藍牙接口、通用異步收發(fā)器,、I2C主機接口,、脈寬音頻發(fā)生器、串行接口,、主客戶機USB口,、安全數(shù)字多媒體卡控制器接口、鍵盤接口等,。這些豐富的外圍接口使應(yīng)用OMAP的系統(tǒng)具有更大的靈活性和可擴展性,。
　　1.2 OMAP3530的軟件平臺
　　利用OMAP可以建立兩個操作系統(tǒng)：基于ARM的操作系統(tǒng)(如WinCE、Linux等),，以及基于DSP的DSP/BIOS,。連接兩個操作系統(tǒng)使用的核心技術(shù)是DSP/BIOS橋。0MAP支持多種實時多任務(wù)操作系統(tǒng)在ARM微處理器上工作,，用來對ARM微處理器進行實時多任務(wù)調(diào)度管理,，對TMS320C64X+進行控制和通信;同時，支持多種實時多任務(wù)操作系統(tǒng)在TMS320C64X+上工作,，實現(xiàn)復(fù)雜的多媒體信號處理,。DSP/BIOS橋包含DSP管理器、DSP管理服務(wù)器,、DSP和外圍接口鏈接驅(qū)動器,。DSP/BIOS橋提供運行在Cortex-A8上的應(yīng)用程序和運行TMS320C64X+上的算法之間的通信管理服務(wù)。開發(fā)者可以利用DSP/BIOS橋中的應(yīng)用編程接口控制在DSP中實時任務(wù)的執(zhí)行,，并同DSP交換任務(wù)運行結(jié)果和狀態(tài)消息。在這個環(huán)境下,，開發(fā)者可以調(diào)用局部DSP網(wǎng)關(guān)組件來實現(xiàn)諸如視頻,、音頻和語音等功能。因此,，開發(fā)者不需要了解DSP和DSP/BIOS橋,，就能開發(fā)新的應(yīng)用軟件。使用標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用編程接口開發(fā)的應(yīng)用軟件,，與基于0MAP的未來無線設(shè)備兼容,。
　　2 視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)與OMAP圖形圖像庫應(yīng)用
　　2.1 視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)
　　從1988年開始，ISO/IEC MPEG和ITU-T針對不同的應(yīng)用制訂了一系列視頻編碼國際標(biāo)準(zhǔn),。MPEG的有MPEG-1,、MPEG-2、MPEG-4標(biāo)準(zhǔn),，ITU-T的有H.261,、H.263,、H_263+/H.263++以及H.264標(biāo)準(zhǔn)。2001年12月,，ISO和ITU-T正式成立聯(lián)合視頻小組(Joint Video Team,，JVT)共同制定新的H.264編碼標(biāo)準(zhǔn)。2002年6月,，我國信息產(chǎn)業(yè)部制訂了我國的數(shù)字音視頻編碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(Audio-Video Coding Standard,，AVS)。AVS是我國具備自主知識產(chǎn)權(quán)的第二代信源編碼標(biāo)準(zhǔn),。與目前比較流行的標(biāo)準(zhǔn)(如MPEG-2,、MPEG-4、H.263,、H.264)相比,，從編碼效率來看，MPEG-4是MPEG-2的1.4倍,，AVS和H.264都是MPEG-2的2倍以上;從算法復(fù)雜度上來看,，H.264的算法在編碼端比MPEG-2復(fù)雜4～5倍，在解碼端復(fù)雜2～3倍,，而AVS在復(fù)雜度上比H.264有較大幅度降低,，且不需要交納高昂的專利費用。
　　目前,，應(yīng)用比較廣泛的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)中,，基本上都有如下的步驟：將圖像序列編碼為幀內(nèi)模式和幀問模式兩種，并且分別進行編碼,。采用幀內(nèi)編碼時,，直接對8×8的像素塊進行DCT變換，然后將量化系數(shù)進行變長編碼后形成輸出碼流;另一路經(jīng)反量化,、反DCT變換后形成恢復(fù)圖像,，直接存入幀存儲器。采用幀間編碼時,，對原始數(shù)據(jù)的每個塊先進行運動估計,，并與經(jīng)運動估計后的預(yù)測圖像相減，產(chǎn)生差分圖像,，接著進行DCT變換和量化,，并同運動矢量數(shù)據(jù)一起編碼形成碼流;另一路經(jīng)反量化、反DCT變換后形成恢復(fù)圖像,，存入幀存儲器,，用于下一步的運動估計。
　　不同的標(biāo)準(zhǔn)具有各自的特點，例如MPEGl與H.261采用整像素,，MPEG4和H.263采用半像素,，H.264與AVS采用1/4至1/8像素精度的運動估計，H.261采用單參考幀,，H.264與AVS采用多參考幀等,。特別是目前的H.264標(biāo)準(zhǔn)，采用整數(shù)DCT/IDCT,、幀內(nèi)預(yù)測,、多模式運動估計、去塊效應(yīng)濾波器等先進技術(shù),，造成了極大的算法復(fù)雜度,，對硬件實時解碼提供了很高的要求。
　　2.2 OMAP圖形圖像庫(IMGLIB)應(yīng)用
　　針對圖像與視頻處理的需要,，TI提供了IMGLIB庫供C程序調(diào)用,。庫里內(nèi)容主要有2部分：
　　①硬件加速部分,。由匯編語言編寫,，但是計算由硬件的加速模塊來實現(xiàn)，無法修改,。例如DCT/IDCT都是針對8×8塊進行的,，變換矩陣已經(jīng)固定，硬件加速指令共有16種,，其中DCT/IDCT各1條,，運動估計指令10條，插值指令4條,。
　?、谲浖铀俨糠帧Ｓ脜R編語言編寫,，包括矩陣量化反量化,、JPEG變長編碼、一維/二維離散小波變換反變換及小波包變換反變換,，以及圖像的直方圖計算、邊緣檢測,、帶移位操作的3×3掩模操作等,。這些軟件加速指令都提供了標(biāo)準(zhǔn)的C接口，用戶可以直接調(diào)用,，也可以模仿編寫規(guī)則編譯生成自己的庫文件,。

　　在視頻編解碼過程中，運動估計、DCT/IDCT和像素插值占據(jù)了大量的運算時間,，0MAP平臺提供的硬件加速單元可以高效地完成上述運算,，而幾乎不占用CPU時鐘(這里，不占用是指運算過程,，實際上數(shù)據(jù)的輸入輸出仍需要花費少量時間);同時,，優(yōu)化的軟件加速單元也可以較快地完成運算。以DCT/IDCT為例,，耗時情況如表1所列,。
　　

 
　　由表1可知，硬件DCT耗時約為軟件DCT的1/7,，硬件IDCT耗時約為軟件IDCT的1/4.5,。因此，采用硬件加速模塊可以極大地提高運算速度并降低功耗,。
　　對于最新的H.264以及AVS標(biāo)準(zhǔn),，需要采用OMAP3530才能發(fā)揮0MAP系列的硬件加速優(yōu)勢。OMAP3530的硬件加速器集成了加速模塊的半像素插值,，采用的整數(shù)DCT/IDCT類變換硬件加速模塊,，而且集成了去塊效應(yīng)濾波器。在通用計算機上,，H.264的解碼過程中各部分所需的時間如表2所列,。
　　

 
　　從表2中可以看出，在H.264的解碼過程中,，環(huán)路濾波,、插值以及反變換反量化占據(jù)了超過70%的計算時間。因此,，用0MAP3530來進行H.264以及AVS的解碼時,，如果能有效地利用0MAP3530的硬件加速資源，可以提高計算效率,，實現(xiàn)實時解碼,。另外，除了硬件加速器之外,，0MAP3530的體系結(jié)構(gòu)比較適合于視頻處理,，這主要基于以下考慮：
　　①目前市場上推出的整合了ARM與DSP的多媒體專用芯片并不多,，OMAP可以使用單一芯片實現(xiàn)嵌入式操作系統(tǒng)(Linux,、WinCE等)的功能，并且可以獲得TI廣大的第三方提供的豐富的算法支持,?；诓僮飨到y(tǒng)的編程更靈活方便,，便于產(chǎn)品的軟件升級。相比之下,，單一的DSP無法實現(xiàn)操作系統(tǒng)的功能,，若額外采用ARM構(gòu)建操作系統(tǒng)，成本以及硬件軟件復(fù)雜度無疑會大于采用OMAP平臺,。
　?、诠牡目紤]。表3列出了OMAPl510上運行MPEG4解碼時的功耗情況,。
　　

 
　　可以看出,，在OMAPl510平臺上，對于QCIF(常用的標(biāo)準(zhǔn)化圖像格式),、15 fps的應(yīng)用來說,，功耗在9.9～28.5mW。對于常見的650 mAh時的手機電池,，大概可以連續(xù)工作34～59小時,，這對一般的應(yīng)用來說顯然是夠用的。而TI的另一款專用多媒體處理芯片DM642,，其功耗為1.5W,，是OMAP的50～150倍。對于便攜式的多媒體終端而言,，由于并不需要太高的運算處理能力,，采用OMAP平臺既能滿足需要，又可以節(jié)約電池電力,。
　?、鬯俣鹊目紤]。TMS320C64X+最多可以并行執(zhí)行8條指令,，所以理論上的最大速度是4 160 MIPS(520MHz),。這一點相比目前最快的多媒體處理芯片DM642(4 800 MIPS，600 MHz)來說稍低,，但兩者的目標(biāo)定位不同,。DM642主要用于實時編碼等對速度要求較高的場合，而0MAP主要用于手持設(shè)備的解碼,。以H.264算法的Base Profilc為例,，復(fù)雜度比MPEG-4高20%～30%。對于MPEG4,，在QCIF,、15 fps下需要28 MIPS;對應(yīng)的H.264算法的Base Profile要求40 MIPS的運算速度。

　?、艹绦蚪Y(jié)構(gòu)的考慮,。DSP的片內(nèi)內(nèi)存速度最快，但是非常有限,，所以必須將片外的數(shù)據(jù)倒入內(nèi)存,。由于目前的編碼方式全都是采用基于宏塊的，每個宏塊至多16×16,，所以比較通用的辦法是采用,，DMA方式將要用到的數(shù)據(jù)提前倒入片內(nèi)。DMA傳送速度很快,，所以可以并行也可以串行傳送,。
　　⑤軟件加速的考慮,?？梢苑抡誌MGLIB的編寫規(guī)則用匯編語言對耗時最多的部分進行重寫，同時結(jié)合TI公司的數(shù)據(jù)手冊進行C語言級以及匯編級的程序優(yōu)化,。由于TI公司編譯器的編譯效率一直在提高,，從通用及可讀性的角度上講，推薦采用C語言,。
　　3 實時視頻解碼在OMAP上的軟件實現(xiàn)
　　在OMAP上開發(fā)程序通常分為兩部分：ARM端負責(zé)控制,、顯示等;DSP端負責(zé)數(shù)據(jù)處理。采用TI公司提供的DSP開發(fā)工具CCS在這兩端分別開發(fā),，視頻解碼流程如圖2所示,。
　　

 
　　ARM端：初始化整個OMAP3530芯片，包括ARM,、DSP,、TC等的時鐘設(shè)置，DSP的開啟關(guān)閉以及復(fù)位,，LCD,、定時器等各個外設(shè)的初始化。在啟動完成后,，ARM內(nèi)核就一直查詢共享內(nèi)存中的某一標(biāo)志位,，當(dāng)查詢到一幀解碼結(jié)束時，就啟動LCD專用DMA,，在LCD上進行顯示,。
　　DSP端：負責(zé)壓縮的解碼。將壓縮碼流放置在SDRAM中,。與基于PC的解碼程序的主要區(qū)別在于,，由于DSP的片內(nèi)內(nèi)存有限，所以不可能將當(dāng)前幀以及參考幀都放在片內(nèi),，所以以宏塊為單位在SDRAM與片內(nèi)內(nèi)存之間進行數(shù)據(jù)傳遞,。另外,，由于在液晶屏上顯示時需要轉(zhuǎn)換成RGB圖像，所以,，在每一幀結(jié)束后都要通過YUV轉(zhuǎn)RGB來實現(xiàn)實時顯示,。
　　4 實驗結(jié)果
　　在0MAP3530平臺上實現(xiàn)了AVS解碼，表4給出了OMAP3530上的實驗數(shù)據(jù),。
　　

 
　　結(jié)語
　　TI公司提出的0MAP體系結(jié)構(gòu)開放性好,，在這種體系結(jié)構(gòu)下編寫的程序移植方便，適合于多媒體平臺的應(yīng)用,。越來越多的廠商選用OMAP芯片作為移動多媒體視頻的載體,，OMAP與流行的視頻標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)合在移動通信與多媒體信號處理方面也將有良好的應(yīng)用前景。