媒体系号处理器MAP-CA及其应用实例

通用数字信号处理器虽然具有很高的运算速度，但在多媒体信号处理领域，特别是视频处理方面，通常需要复杂的接口 性能不到充分发挥。媒体信号处理器针对多媒体应用优化了内核结构并提供丰富的媒体接口。与通用的数字信号处理器相比，媒体信号处理器在多媒体应用领域，性能更强大，使用更方便。本文介绍一种典型的媒体处理器ＭＡＰ－ＣＡ它是由美国Ｅｑｕａｔｏｒ公司和日本日立公司联合开发的宽带高速媒体处理器介绍应用ＭＡＰ－ＣＡ设计的一个对视频、语音进行实时编解码处理的多媒体信号处理子系统，它与另一个嵌入式控制子系统配合，实现了一个完整的数字视频记录系统(ＤＶＲ)。
１ 媒体信号处理器ＭＡＰ－ＣＡ简介
媒体信号处理器ＭＡＰ－ＣＡ(Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｆｏｒ Ｃｏｎｓｕｍｅｒ Ａｐｐｌｉａｎｃｅｓ)是Ｅｑｕａｔｏｒ公司继ＭＡＰ１０００MAP1000、ＭＡＰ１０００ＡMAP1000A以后推出的一款高集成度的宽带数字信号处理芯片，特别适用于多媒体信号处理的产品，如机顶盒、数字电视、视频会议系统、医用图像产品、数字视频编辑设备和办公自动化产品。ＭＡＰ－ＣＡ是针对ＭＰＥＧ１、ＭＰＥＧ２、ＪＰＥＧ、Ｈ．２６３以及语音编码而优化设计的。由于媒体信号处理的算法都是基于ＭＡＰ－ＣＡ的软件平台，可以通过增加、删除或者增强一些功能模块，比较容易对终系统进行升级和改进。因此，ＭＡＰ－ＣＡ是多媒体信号处理应用的一个现成有效的解决
方案。
１．１ ＭＡＰ－ＣＡ处理器结构
ＭＡＰ－ＣＡ具有一个高度流水线的超长指令字(ＶＬＩＷ)结构的内核，每个时钟周期可以进行四次操作。具有支持３２位和６４位的数据运算单元以及专为多媒体运算而设计的１２８位运算单元。 ＭＡＰ－ＣＡ拥有较大容量的片内存储空间，包括３２ＫＢ的指令缓存和３２ＫＢ的数据缓存。它具有一个非常高性能的ＤＭＡ控制器(ＤａｔａＳｔｒｅａｍｅｒ)和两个为视频信号处理而设计的协处理器：一个可用来进行变长编、解码，另一个用来实现视频滤波。
ＭＡＰ－ＣＡ的功能结构框图如图１所示。

ＭＡＰ－ＣＡ媒体信号处理器自身拥有ＰＣＩ总线、ＳＤＲＡＭ总线和Ｆｌａｓｈ ＲＯＭ信号的接口，这些使它可以方便地构成一个独立的系统或者构成一个计算机的子系统，通过ＰＣＩ总线与计算机主ＣＰＵ通信。
１．２ ＭＡＰ－ＣＡ处理器功能特性
区别于通用数字信号处理芯片，ＭＡＰ－ＣＡ媒体信号处理器具有两个特性：
(１)针对多媒体信号处理设计的内核。工作在３００ＭＨｚ时，ＭＡＰ－ＣＡ可以实现１８００ＭＩＰＳ的运算能力。同时，它对多媒体信号处理的支持包括可以实现１２８位媒体数据运算多象素字节并行运算；拥有两个为视频编、解码而设计的协处理器——一个变长编码协处理器和一个视频滤波协处理器；提供对视频层叠加的直接支持；同时它具有强大的ＤＭＡ控制器(ＤａｔａＳｔｒｅａｍｅｒ)，为多媒体的大数据量提供了足够的带宽保证。
(２)丰富的媒体接口。包括视频和语音标准接口，如：ＩＴＵ－Ｒ ＢＴ．６５６／６０１格式的输入、输出；ＭＰＥＧ－２的传输层接口输入ＴＣＩ(Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ)；ＩＥＣ９５８和ＩＩＳ数字音频输入、输出接口；支持外接ＲＧＢ监视器。
由这两个特性可以看出，ＭＡＰ－ＣＡ媒体信号处理器为以多媒体信号处理为中心的设计提供了一个非常强大又方便的解决方案；同时，作为一款数字信号处理芯片，它继承了ＤＳＰ设计方案所拥有的可以软件升级、灵活的优点。
２ 基于ＭＡＰ－ＣＡ的数字视频记录系统设计
数字视频记录系统ＤＶＲ(Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｉｄｅｏ Ｒｅｃｏｒｄｅｒ)是随着信息技术，特别是多媒体技术的发展而逐步发展起来的。它可以应用于任何需要对场景进行记录或监控的场所。视频记录系统包括模拟视频记录系统和数字视频记录系统。新一代的数字视频记录系统一般可以分为两类：一类是基于计算机(或工控机)的视频记录系统；另一类是脱机独立的(或嵌入式的)视频记录系统。后一种方案更加灵活、方便，可以实现ＤＳＰ层面上的软件编、解码，针对不同的应用领域，给予特别的编码支持，实现效果。数字视频记录系统要求实现的主要功能包括视频、语音的采集、编码、存储、播放，并对记录下来的视频、语音的压缩信息进行解码、检索、回放。
采用ＭＡＰ－ＣＡ媒体信号处理器，设计了一个脱机独立的视频记录系统。根据功能需要，将本系统划分为两个子系统：一个是以ＭＡＰ－ＣＡ处理器为中心的媒体信号处理子系统；另一个是用嵌入式芯片实现的控制子系统。图２为本系统的原理框图。

嵌入式控制子系统主要实现对系统工作流程的控制，实现数据记录、查询功能，提供用户交互接口和扩展通信接口。
以ＭＡＰ－ＣＡ为中心的媒体处理子系统主要实现视频、语音信号的采集、播放和编码、解码。下面对媒体处理子系统做进一步的说明。
笔者充分利用了ＭＡＰ－ＣＡ媒体处理芯片在多媒体应用方面的强大功能和其内部结构对视频、语音信号编、解码的优化；提出了高效的视频编码方案；利用它提供的方便的视频、语音信号接口，实现了这个既可独立应用，又可以嵌入到主控系统的媒体信号处理子系统。图３为系统的原理框图。
本系统可在实现一路视频的编码、解码的同时，进行一路语音的编、解码工作。它包括两个子进程：编码进程和解码进程。编码进程工作原理：采集视频信号并转换成ＩＴＵ－Ｒ ＢＴ．６５６格式数字码流，输入给ＭＡＰ－ＣＡ芯片，对视频进行编码；同时采集语音信号并转换成ＩＩＳ格式码流，输入给ＭＡＰ－ＣＡ芯片，对语音信号进行编码；将视频和语音编码数据通过ＰＣＩ总线传递给控制子系接上页)统。解码进程工作原理是：将控制子系统传递过来的视频音频码流进行解码，并转换成相应的ＩＴＵ－Ｒ ＢＴ．６５６和ＩＩＳ格式码流，传送给输出接口芯片，转换成相应的复合视频和模拟音频并播放。本系统还支持ＶＧＡ显示，可直接连接监视器。
为使本系统更好地工作，选用了６４ＭＢ的ＳＤＲＡＭ，供视频和语音编、解码使用。另外，选用了２ＭＢ的Ｆｌａｓｈ ＲＯＭ，用以存放系统的编、解码软件，使系统既可以作为一个子系统与主控系统配合工作，也可成为一个独立的系统。
系统的视频编、解码算法使用了为监控领域设计的多层量化和预测器ＤＩＰＭＥＱ(Ｄｉｓｃｒｅｔｅ－Ｐａｒｔｉｔｉｏｎｅｄ Ｍｕｌｔｉ－ｌａｙｅｒ Ｅｓｔｉｍａｔｏｒ ａｎｄ Ｑｕａｎｔｉｚｅｒ)的压缩算法。语音部分的编、解码算法使用了ＧＳＭ压缩算法。

参考文献
１ Ｃｈｒｉｓ ＢａｓｏｇｌｕＫａｒｌ ＺｈａｏＫｅｉｊｉ Ｋｊｉｍａ，Ａｔｓｕｏ Ｋａｗａｇｕｃｈｉ．Ｔｈｅ
ＭＡＰ－ＣＡ ＶＬＩＷ Ｂａｓｅｄ Ｍｅｄｉａ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ．Ｗｈｉｔｅ ｐａｐｅｒ ｆｒｏｍ
Ｅｑｕａｔｏｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｉｎｃ． ａｎｄ Ｈｉｔａｃｈｉ Ｌｔｄ．
２ Ｃｉｎｄｙ Ｗａｎｇ． Ｂｒｏａｄｂａｎｄ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｓｕｉｔｓ ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ． Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＩＣ－Ｃｈｉｎａ·Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ
２００１３
３ Ｔｉｅｙａｎ Ｌｉｕ Ｘｕｄｏｎｇ Ｚｈａｎｇ Ｙｉｎｇｎｉｎｇ Ｐｅｎｇ． Ａ Ｎｏｖｅｌ
Ｃｏｄｉｎｇ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ Ｖｉｄｅｏ Ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ． ＩＣＳＰ＇２００２