基于MPEG-4標準和PNxl.300芯片實現(xiàn)網(wǎng)絡視頻編碼系統(tǒng)的設計

PNX1300是Philips公司推出的，用于視頻編解碼的TriMedia DSP系列產(chǎn)品中的一種。它的核心處理器采用VLlW（超長指令字）結(jié)構(gòu)，主頻可以達到200 MHz。它針對數(shù)字視頻和音頻應用進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，集成有視頻輸入（VI）和視頻輸出（VO）單元，音頻輸入（AI）和音頻輸出（AO）單元以及通信線路接口等外圍設備。PNX1300還有專用多媒體指令集，可以充分利用其硬件結(jié)構(gòu)體系的特性，大大提高視頻、音頻數(shù)據(jù)的處理速度。

板級支持包（BSP）屬于嵌入式系統(tǒng)的一部分，它是運行于微處理器上的軟件和外圍元件（芯片）接口的軟件層。一個完整的BSP需要用到TriMedia注冊表和成員管理器。

本文針對以PNX1300為核心CPU的嵌入式系統(tǒng)，利用TriMedia注冊表和TriMedia成員管理器，實現(xiàn)了一種BSP函數(shù)組織及其和上層應用程序通信的方法。在此基礎上，搭建起一個基于MPEG-4標準的網(wǎng)絡視頻編碼系統(tǒng)。

1 原理和方法

在TriMedia的軟件結(jié)構(gòu)中，板級支持包是和硬件接口的最底層軟件層，它提供TriMeclia DSP和外圍元件之間的連接函數(shù)。BSP通過I2C總線對外圍芯片的各個寄存器進行控制。它一方面完成外圍芯片的初始化，另一方面，在需要時改變各芯片的內(nèi)部設置，從而使硬件按用戶的要求工作于不同的狀態(tài)。

使用BSP最大的好處是：把上層應用程序和底層硬件分開，保證了開發(fā)不受主處理器及外圍硬件更新的影響，只需對BSP中的設備驅(qū)動程序做簡單的改動，便可使其適合于更新的硬件。

Trimedia的軟件結(jié)構(gòu)包括兩個重要的庫：注冊表（Registry）和成員管理器（Component Manager）。應用這兩個庫，可以為標準設備庫建立板級支持包（BSP）。

1.1 TriMedia注冊表

Trimedia注冊表為系統(tǒng)提供了存儲和檢索信息的一般方法，它使得上層設備庫可以找到特定板子的信息。注冊表是一個分層結(jié)構(gòu)的樹，它由目錄和數(shù)據(jù)箱組成。這些目錄和數(shù)據(jù)箱都被視為入口。入口可以是字符串、整數(shù)值或者任何用戶數(shù)據(jù)。

注冊表用一個字符串形式的“關(guān)鍵字”來存儲和檢索信息。

1.2 TriMedia成員管理器

TriMedia成員管理器為系統(tǒng)提供一個依賴于硬件平臺將信息寫入注冊表的方法?？梢园岩欢涡枰谥骱瘮?shù)之前運行的軟件叫做一個成員，這樣定義的成員包括板、芯片、Flash內(nèi)存等。一個成員可以被看作一個黑匣子，也許它的運行需要其他一些成員在它之前先運行，那么這些在它之前先運行的成員就被視為該成員的輸入。一個成員也許會輸出一些它自己的屬性，而這些屬性被視為該成員的輸出。這些輸入和輸出都被視為符號并存儲在注冊表中。

成員管理器依據(jù)成員列表、相應的輸入和輸出，建立一個依賴關(guān)系樹，然后它根據(jù)該依賴關(guān)系樹一個接著一個地運行各個成員。成員管理器可以保證在其他依賴于本成員的成員運行前，先恰當?shù)某跏蓟摮蓡T。簡單說，TriMedia成員管理器提供了一種控制系統(tǒng)初始化順序的機制。

本文中，將板級支持包作為一個成員來寫入注冊表。BSP是第一個要運行的成員，所以它不需要任何的輸入，但是很多成員都依賴于它，因此板支持包有一個輸出符號叫做“bsp/toardID”。

2 系統(tǒng)軟件設計及實現(xiàn)

在本文中，系統(tǒng)軟件設計采用了層型軟件結(jié)構(gòu)，應用程序并不是直接通過調(diào)用BSP中的函數(shù)來對硬件進行操作，而是通過調(diào)用若干設備庫函數(shù)實現(xiàn)對底層硬件的操作。系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)如圖1所示。這樣組織系統(tǒng)軟件框架的好處是：使得應用程序結(jié)構(gòu)簡單明了，易于程序調(diào)試；當?shù)讓佑布枰膭訒r，應用程序幾乎不用做修改，只需要修改相應的BSP函數(shù)以適應新的硬件。

本文采用TriMedia的注冊表和成員管理機制來對BSP函數(shù)進行注冊和管理，上層的Tri-Media設備庫函數(shù)，通過檢索注冊表來調(diào)用某個芯片的若干底層BSP函數(shù)完成特定的功能。這就實現(xiàn)了BSP和上層設備庫的通信。

BSP的實現(xiàn)方法如下所述。

①對每一個芯片定義一個函數(shù)指針表和功能結(jié)構(gòu)體。在這個定義的結(jié)構(gòu)體中，包括了對該芯片的初始化、配置、結(jié)束等操作的各個函數(shù)指針。例如，對視頻輸入A/D轉(zhuǎn)換芯片定義一個結(jié)構(gòu)體變量Board_vi，在這個結(jié)構(gòu)體中，包括了Board_vi_Init、Board_vi_Term、Board_vi_config等函數(shù)指針，還有為實現(xiàn)不同功能而對該芯片寄存器設置的函數(shù)指針，以及讀取狀態(tài)寄存器內(nèi)容的函數(shù)指針，用于對該芯片進行全面的操作。

②將BSP作為一個成員由成員管理器初始化。本文中，將BSP作為一個成員由TriMedia成員管理器控制，為了讓成員管理器找到對當前板子的支持包，必須在編寫B(tài)SP時候，用到這樣一個由TriMedia提供的宏：TSA_COMP_DEF_（）_COMPONENT（myBoard，TSA_COMP_BUILD_ARG_LIST_1（“bsp/boardlD”），Board_actlvate）。這個宏可以把一個成員的輸出符號導出，這樣成員管理器就可以把BSP作為一個成員而找到。在這個宏中，第一個參數(shù)指的是將要被定義的成員的名字，第二個參數(shù)告訴成員管理器，輸出的符號叫做bsp/boardID，第三個參數(shù)是板激活函數(shù)，成員管理器通過調(diào)用這個函數(shù)初始化該成員，并注冊所有BSP中支持的函數(shù)。

③編寫板激活函數(shù)。板激活函數(shù)首先檢測當前BSP是否匹配當前板子，這就要通過I2C總線讀取啟動EEPROM，這部分代碼主要用iicReadReg API函數(shù)來編寫．從而讀出并比較boardlD，以判斷是否匹配。如果匹配則啟用當前BSP，對BSP中所有支持的外設進行注冊。倒如對上文所提到的視頻輸入A/D轉(zhuǎn)換芯片功能的注冊就通過tsaBoardRegisterVI（0，%26;amp;Board_vi）API函數(shù)來完成，這里只是將結(jié)構(gòu)體變量的指針在注冊表中進行了拷貝，并不是結(jié)構(gòu)體自身的內(nèi)容。上層的TriMedia設備庫函數(shù)中有同樣類型的結(jié)構(gòu)體變量指針，設備庫函數(shù)通過在注冊表中檢索該結(jié)構(gòu)體變量的地址，將檢索到的地址再賦給設備庫函數(shù)中定義的結(jié)構(gòu)體變量，從而實現(xiàn)了BSP和上層設備庫的通信，進而實現(xiàn)應用程序通過調(diào)用設備庫函數(shù)來完成對底層硬件的操作。圖2給出了系統(tǒng)的函數(shù)調(diào)用流程圖。

利用上述原理和方法，設計搭建了一個基于MPEG-4標準的網(wǎng)絡視頻編碼系統(tǒng)，圖3是網(wǎng)絡視頻編碼系統(tǒng)原理框圖。將采集的視頻信號進行MPEG_-編碼，系統(tǒng)可以將碼流通過網(wǎng)絡發(fā)送到遠端，也可以將輸入視頻在本地監(jiān)視器上顯示。主芯片采用的是TriMedia系列芯片PNxl.300，視頻輸入A/D轉(zhuǎn)換器采用PhiIilps公司的SAA7114，視頻輸出D/A轉(zhuǎn)換芯片采用Phllips．公司的SAA7121。

工作過程是：經(jīng)攝像機采集的一路模擬視頻輸入后，由視頻解碼芯片SAA7114轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號并送入PNX1300的VI（Video In）單元，VI單元將視頻數(shù)據(jù)分成YUV4:2：2格式分別存儲在SDRAM中。PNX1300對視頻數(shù)據(jù)進行MPEG-4編碼后，選擇網(wǎng)絡發(fā)送或者本地顯示。在該視頻編碼系統(tǒng)中，使用了上文提到的方法編寫B(tài)SP。例如對視頻解碼芯片SAA7114，為其建立函數(shù)指針和功能結(jié)構(gòu)體，使用注冊表機制對其功能進行注冊，并將整個BSP作為一個成員來由成員管理器初始化，應用程序只需要調(diào)用少數(shù)TrlMedia視頻設備庫函數(shù)，就可以對該芯片進行打開、采集、中斷、關(guān)閉等操作。經(jīng)測試，該方法可以有效的組織對各外設操作的各個函數(shù)，并為上層軟件提供接口，有利于應用程序的開發(fā)，使得應用程序結(jié)構(gòu)更加清晰。

結(jié)語

板級支持包BSP在嵌入式系統(tǒng)中的作用是必不可少的，它作為上層軟件和底層硬件之間的接口軟件層，是需要特別給予重視的。本文提到的編寫和組織BSP函數(shù)的方法，是針對TriMedia軟件結(jié)構(gòu)和軟件開發(fā)環(huán)境而給出的，其注冊表和成員管理器機制為BSP的編寫提供了極大的方便，使得BSP結(jié)構(gòu)清晰，整個軟件框架層次分明。本文給出組織BSP的方法也具有一般性，對于其他嵌入式系統(tǒng)采用類似的思路來組織應用程序、庫函數(shù)和板級支持包并處理其間的相互通信，也會取得很好的效果。

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