基于ADV212芯片的視頻壓縮系統應用設計技術

1 引 言

　　近十年來， 高清數字電視(HDTV )業務在全球范圍內得到廣泛的推廣應用(美國03 年率先開通了HDTV 的路基有線網， 中國也確定了幾年內HDTV 逐漸取代傳統電視網的計劃) ， 但是由于其視頻數據量巨大， 不便于存儲與傳輸， 而傳統的壓縮系統存在壓縮質量不高及實時性不強等特點， 因此， 研究基于高清視頻信號的壓縮系統變得意義重大。美國AD公司新推出的編解碼芯片ADV 212， 采用小波變換和自適應算術編碼技術， 具有層進式傳輸， 焦點區域壓縮， 多尺度、多分辨率分析和時域局部化等特點， 使壓縮后的信號可以輕易通過有線甚至窄帶無線信道傳遞給中央控制臺， 具有壓縮可調范圍大， 壓縮質量高等優點。基如此， 本文設計了一種ADV212結合FPGA和DSP的高效視頻壓縮系統。

　　2 ADV212結構及功能

　　2. 1 內部結構

　　ADV212是一種低價、單片、低功耗、全數字的CMOS超大規模集成電路。它在實現JPEG2000 圖像壓縮必需的高強度計算同時能產生適用于大多數應用的碼流。該芯片的核工作電壓1. 5V， I /O 電壓2. 5V 到3. 3V， 主要包括一個專門的小波變換引擎，3個熵編碼器， 一個片內存儲器， 一個內置精簡指令集( R ISC )處理器。圖像或視頻數據由AD 內部12位像素接口輸入， 采樣結果隔行輸入小波變換引擎，然后采用5 /3或9 /7濾波器將每個圖塊或幀分解為子帶， 得到的小波系數寫入內部存儲器。熵編解碼器將數據編碼為JPEG2000 標準。內部DMA 引擎提供存儲器之間的高帶寬傳輸及各模塊和存儲器之間的高性能傳輸。圖1為ADV212的內部功能圖。

圖1 ADV212的內部功能結構圖

　　2. 2 ADV212功能模塊分析

　　( 1)小波變換引擎。

　　DV212提供了一個高精度的小波變換處理器，可實現6級小波分解。在編碼模式下， 小波處理器對原始采樣數據進行變換、量化， 并將小波系數存入內部存儲器中。

　　在解碼模式下， 從內部存儲器中讀取小波變換系數， 并通過解碼計算， 得到編碼前的原始數據。

　　( 2)熵編碼器。

　　熵編解碼器用來對小波系數的編碼塊進行背景建模和算術編碼， 同時可在壓縮過程中計算最佳速率和失真性能所必需的失真度。由于熵編碼過程在JPEG2000 壓縮工程中對計算要求最高， 因此，ADV202內部提供了三個專用的硬件熵編解碼器。

　　( 3)內部存儲器。

　　存儲系統的主要功能是管理小波系數數據和臨時的代碼塊特征數據， 以及創建、分解、存儲JPEG2000代碼流的臨時工作空間。此外， 存儲系統還被用于R ISC處理器的程序和數據存儲。

　　( 4)嵌入式R ISC處理器。

　　ADV212內嵌了一個32 位的R ISC 處理器， 可用來配置、控制和管理其它專用硬件模塊以及分解和產生JPEG2000視頻流。RISC 處理器具有和每一個程序和數據存儲器、中斷控制器、標準總線接口及定時器計數器所對應的ROM 和RAM。