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浅析根据嵌入式DSP的流媒体解决方案

浅析基于嵌入式DSP的流媒体解决方案-可编程的DSP可用于实现各种现有的编解码器和将来的编解码标准。目前的趋势是每两年就会发布新的编解码标准,每个新标准会需要更多的DSP周期。因此,选择具有兼容性发展蓝图的DSP平台(如ZSP)非常重要,这样通过系统升级而不是重新设计即可满足未来的系统要求。

可编程的DSP可用于完结各种现有的编解码器和将来的编解码规范。现在的趋势是每两年就会发布新的编解码规范,每个新规范会需求更多的DSP周期。因而,挑选具有兼容性开展蓝图的DSP渠道(如ZSP)十分重要,这样经过体系升级而不是从头规划即可满意未来的体系要求。

多媒体将选定的一切元素(包含文字、音频、静态图画、视频和图形)集成到单一媒体目标中。流技能(Streaming technology)可在媒体目标被读取、收听或许观看的一起实时传输这些目标。在RealAudio公司1995年供给首个商用流媒体产品之前,绝大部分的互联网媒体文件需求完好下载后才干播映。而现在,不用比及流音频剪片(clip)下载完结才干播映,而是在传输的过程中就能够回放。

流媒体数据由服务器端发送,并由客户端接纳和实时显现。当接纳缓冲器包含足以防止数据丢失的足够多信息时,客户端就能够开端播映音频/视频,以防止信息丢失。专用的多媒体服务器一般用于施行根据网络的流传输。多媒体服务器能够接连地传输数据,而不会呈现爆发式传输和长期的阻滞,所以在回放开端之前,客户端只需求很少的缓冲数据。

浅析根据嵌入式DSP的流媒体解决计划

业已呈现在嵌入式DSP上的音频/视频紧缩算法是供给流传输所需实时功用的要害。因为它们具有对数字数据进行编码和解码的才能,此类算法被称为编解码器。

虽然流传输一般与分布式计算机网络的联系最为亲近,可是其它方法的数字通讯相同需求流传输。数字音频播送(如DRM、XMSR、Sirius Satellite Radio)、数字播送电视(如Direct TV、韩国的T-DMB)、3GPP手机和蓝牙手机等均需求运用编解码器,以满意流传输要求。此外,编解码器在存储紧缩等非流传输运用中也是十分有用的。

规范化的编解码器供给最高度的互通性。流传输音频规范有:MPEG1/2、Layer 3(MP3)、数字杜比AC-3、MPEG2 AAC、WMA和Ogg Vorbis。通用的视频紧缩规范包含MPEG2、MPEG4 SP/ASP、MPEG4 AVC/H.264和WMV。

规范音频编解码器

MP3:MP3本来用于表述MPEG1 Layer 3,可是日常运用中现已开展至包含Layer 1, Layer 2以及Fraunhofer Institute所扩展的MPEG 2.5。MP3是得到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的用户群。可是为到达近CD质量音频,对某些难敷衍的内容需求高于192kbps速率。

MPEG1、Part 3 (ISO/IEC 11172-3):界说了双声道,采样率为32、44.1或许48KHz,编码率从32 到 384kbps的编解码办法。此规范描绘了三个相关办法:Layers I、II、和 III。Layer III供给最高的紧缩率,可是杂乱度也最高。

MPEG2、Part 3 (ISO/IEC 13818-3):对MPEG1规范供给了两个重要的改善。首要,低比特率需求经过使“低采样率(LSF)”扩展规范化而得到满意。该编解码器供给了16、22.05、和24kHz采样率编码办法;其次,MPEG1形式被扩展为支撑上至12声道的音频数据。Fraunhofer的低频率扩展,即MPEG2.5,供给了MPEG2一半的采样频率挑选:8、11.025和12kHz。

数字杜比(AC-3):现在,数字杜比具有最大的多声道编解码用户群。经过将多声道整合至单一编码目标中,数字杜比完结了高质量、低杂乱度音频紧缩。虽然该算法与编码声道的数量无关,现在的完结计划现已承受了SMPTE的主张,即选用了由5个全带宽音频声道和1个用于低声的分带宽声道组成5.1声道:分别为左、中、右、左盘绕、右盘绕和低频扩展(LFE)。

数字杜比支撑灵敏的播映方法:1声道到5.1声道,32、44.1或许48KHz采样率,比特率从32 到640kbps。解码后的音频可主动匹配播映体系以供给与音响装备无关的最佳质量的音效。

aacPlus系列编解码器:Coding Technologies公司现已开发了一系列得到国际规范安排广泛选用的编解码器。MPEG2选用了AAC,以128kbps供给挨近CD的质量,即便关于特别杂乱的内容也如此。aacPlus v1被DVD论坛、DVB、Digital Radio Mondiale、3GPP2和ISMA等安排定为规范。aacPlus v2在2004年底开端商用,已被指定为3GPP中的高质量音频编解码器,aacPlus v 2的一切组件都是MPEG-4音频规范的组成部分。

AAC:aacPlus系列编解码器均是环绕MPEG2、Part 7(ISO/IEC 13818-7)所描绘的AAC中心而树立。AAC供给8、11、12、16、22、24、32、44、 48、63、88或许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。其界说了三个严密相关的计划:低杂乱度(Low Complexity)、Main和可弹性采样率(SSR)。低杂乱度的AAC-LC需求十分少的处理器资源,因而一般用于嵌入式运用中。

MPEG4、Part 3(ISO/IEC 14496-3):为MPEG2 AAC添加了感觉噪音代替(PNS)东西,因而界说为MPEG4 AAC。PNS经过对类噪声信号的参数化编码,然后简化这些信号的表达办法。不能将PNS与MPEG2、MPEG4中的时域噪声整形(TNS)相混杂。

aacPlus V1:该编解码器有时被称为“高效AAC”(HE-AAC)。它整合了根本的AAC编解码器和频带仿制(SBR)技能。SBR是一种频带扩展技能,可使简直任何音频编解码器在比特率下降30%时仍能确保音质。SBR经过运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技能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中添加参数化立体声(PS)技能,形成了aacPlus V2编解码器。PS技能运用左声道和一些额定的编码参数,生成右声道,进一步降低了比特率。aacPlus V2在160 Kbps下可到达DVD5.1声道质量,在48Kbps可到达近CD立体声质量,在32 Kbps下可到达极佳立体声作用,在24Kbps下可到达文娱质量立体声作用,在低于16Kbps时可到达高质量单声道作用。aacPlus V2的功率使移动数字播送新运用成为可能。

WMA:WMA是微软授权的Windows Media Series中一系列广泛运用的音频编解码器。此系列中最新版本是WMA9、WMA9 Professional、WMA9 Lossless、WMA9 Voice 和WMA9 Variable Bit Rate(VBR)。在嵌入式运用中,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”支撑24位、96KHz采样率和高达128到768kbps的7.1声道。与数字杜比相同,解码后的音频可主动匹配播映体系,以供给和音响装备无关最佳质量的音效。“Lossless”用于CD存档,紧缩率在2:1和3:1之间。“Voice”用于紧缩语音至20kbps。虽然VBR关于大部分的流运用并不抱负,但WMA9和“Professional”都能以可变比特率编码。“Lossless”则总是运用VBR功用。

Ogg Vorbis:为无需专利费用的敞开资源,具有近似于MP3的音质。“ogg”是容器格局,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答应费用,因而Ogg Vorbis在电脑游戏厂商中运用率日益上升。

规范视频编解码器

联合视频组(JVT)由ITU的视频编码专家组(VCEG)和ISO/IEC运动图画专家组(MPEG)组成。VCEG开发自愿性规范,用于会话和非会话类音/视频运用的先进移动图画编码。MPEG开发国际规范,用于移动图画、音频及两者组合内容的紧缩、编码、解紧缩、处理和编码表达等,以满意各种运用。总归,JVT现已开发了包含ITU H.262/MPEG2和H.264/MPEG4 AVC在内的最盛行的视频规范。

PEG2 Video/H.262:MPEG2(ISO/IEC 13818-2),也被称为ITU-T H.262,是现在消费类电子视频设备中运用最广泛的视频编码规范。MPE2视频用于数字电视播送:包含陆地,海底电缆和直接卫星播送。它能在25fps(PAL)或许30fps(NTSC)的固定帧率下到达720×576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描绘了MPEG4 Simple Profile(SP)/Advanced Simple Profile(ASP)。其间,SP用于下一代便携式终端和窄带互联网。而ASP添加若干东西,编码功率提高了1.5到2倍。他们两个均在市场上取得越来越多的承受。

MPEG4-AVC/ITU-T H.264:AVC是由ISO/MPEG和ITU-T联合技能委员会开发的多媒体规范。AVC供给更高的紧缩率、更好的视频质量和比MPEG2更高的容错性,有望用于互联网播送和移动通讯。

WVM/SMPTE VC-1:WMV9是微软的多媒体规范,其特性包含支撑流处理、变比特率以及与MPEG4-AVC/H.264相媲美的容错东西。除了用于家庭电脑,WMV9现在也在电影院用于数字投影。电影中运用的编码能够是7-12Mbps的稳定比特率CBR或变比特率VBR,并到达DVE分辨率(720×480)。

嵌入式DSP流媒体解决计划

因为一系列原因,DSP成为流媒体编解码器的抱负挑选。首要,各种不同的编解码器和不断革新的规范要求解决计划有必要是可编程的;其次,大部分的编解码器是运算密集型,而DSP便是规划用于高效数学运算;别的,功耗和成本是移动流传输中的重要考虑,而DSP内核供给了低功耗、低成本的最佳组合。

典型的音频/视频流媒体体系一般一起运用内部存储器和外部存储器。内部存储器是以DSP内核时钟速度运转的快速存储器;外部存储器比较慢,价格也较廉价。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。因为视频流数据量巨大,除非有必要,其一般放在片外,而音频流数据则可片表里恣意放置,还能够根据需求将一些IP模块挂在体系SoC总线上。

前后兼容的DSP渠道

现在的趋势是每两年就会发布新的编解码规范,每个新规范会需求更多的DSP周期。因而,挑选可按兼容性开展蓝图来演化的DSP渠道十分重要,这样经过体系升级而不是从头规划即可满意未来的体系要求。ZSP则供给了习惯多媒体规范不断革新所必需的灵敏性和功用。

LSI逻辑公司的ZSP产品部分供给全系列可归纳的软件兼容DSP内核,并供给广泛的音/视频规范代码,产品开展蓝图内的内核是代码兼容的。广泛的第三方合作伙伴网络确保新的规范将敏捷可用。根据ZSP的音/视频体系可轻松地与新式的音/视频规范相习惯。

各代(G1/G2/G3)的ZSP都根据易编程的架构。ZSP内核专门为低功耗运用优化,是个人音/视频播映器等移动运用的抱负挑选。ZSP具有16/32位数据通道,支撑高质量音频处理和视频处理所需的操控功用。

G2内核具有强壮的协处理器接口,支撑嵌入到内核履行流水线的硬件加速器。硬件加速器能够松懈或许严密地耦合于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运用,即便是根据C代码。

ZSP内核具有杰出的编译器,不只支撑汇编代码的高效开发,还支撑C代码的高效编译;再加上现成可用的规范代码,确保了最快速的体系规划和完结。

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