雷豐中，劉 鵬

（郴州技師學(xué)院 電氣工程系，湖南 郴州 423000）

0 引言

隨著信息時代的到來，家庭娛樂朝著數(shù)值化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展[1]，同時嵌入式多媒體系統(tǒng)越來越復(fù)雜，多媒體數(shù)據(jù)也朝著數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)類型多、數(shù)據(jù)類型間區(qū)別大、輸入和輸出復(fù)雜的方向進(jìn)發(fā)，傳統(tǒng)的處理器已不能滿足多媒體數(shù)據(jù)處理的功能。在不斷優(yōu)化軟件處理數(shù)據(jù)能力的同時，也不斷要求硬件性能提升和功能增加。

利用S3C6410開發(fā)的多媒體系統(tǒng)平臺與趙智雅[2]等人設(shè)計(jì)的嵌入式圖像采集系統(tǒng)的平臺相比，在圖像采集速率、解碼速度、多媒體接口種類以及系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面具有明顯的優(yōu)勢。由于本系統(tǒng)充分利用S3C6410處理器豐富的硬件多媒體處理資源和高速的數(shù)據(jù)傳輸能力，使開發(fā)人員可以集中精力開發(fā)與圖像視頻處理相關(guān)的最大化附加值的產(chǎn)品上來，而不用占用太多系統(tǒng)資源來完成多媒體信息的常規(guī)操作，例如圖片和視頻的讀入編解碼操作，從而保證開發(fā)人員短時間開發(fā)出的嵌入式多媒體系統(tǒng)具有實(shí)時性、可靠性。

1 多媒體系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 基于S3C6410的多媒體系統(tǒng)架構(gòu)

由三星公司開發(fā)的基于ARM11的S3C6410處理器是一個16/32RISC微處理器，能在667 MHz主頻上穩(wěn)定工作，DDR數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)266 Mbit/s。采用64/32位內(nèi)部總線架構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由AXI，AHB和APB總線組成。S3C6410處理器內(nèi)部集成了多個功能強(qiáng)大的2D/3D硬件加速器和JPEG圖片硬件編解碼單元，BIT處理器嵌入在其內(nèi)部能提高圖像處理的性能，在BIT處理器上運(yùn)行多媒體程序?qū)崿F(xiàn)MPEG-4/H.264/H.263/VC-1的視頻編解碼。硬件編碼器/解碼器可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時視頻會議及NTSC和PAL格式的TV輸出。圖1是利用S3C6410豐富的硬件資源和外圍電路設(shè)計(jì)的基于S3C6410的多媒體系統(tǒng)框圖，該系統(tǒng)具有各種多媒體接口，例如，TV out接口、VGA接口、S-Video接口、Camera輸入接口、鍵盤接口、TTL/LVDS多款液晶屏接口等。

1.2 BIT視頻處理器和視頻編解碼

BIT處理器被優(yōu)化后處理比特流的性能非常好，可處理如MPEG-4，H.264視頻壓縮比特流，本質(zhì)是一個可編程的16位數(shù)字信號處理器，在處理大量比特流時，BIT處理器可以控制視頻編解碼并且通過APB（Advanced Peripheral Bus）總線接口與主處理器通信，通過AXI（Advanced Extensible Interface）總線接口可以實(shí)現(xiàn)同外部存儲器進(jìn)行通信。內(nèi)部編解碼單元能達(dá)到以下性能[3]：

1）全雙工通信的VGA接口，可實(shí)現(xiàn)30 f/s視頻壓縮和解壓的性能；

2）全雙工通信的720×480圖像處理單元，同樣可以實(shí)現(xiàn)30 f/s視頻壓縮和解壓性能。

S3C6410的編解碼單元包括BIT處理器和視頻編解碼單元，為了使視頻編解碼性能更好和容錯能力更強(qiáng)，S3C6410中視頻比特流數(shù)據(jù)的處理由BIT處理器來完成。BIT處理器能形成多媒體數(shù)據(jù)比特流和對視頻編解碼進(jìn)行控制，內(nèi)部一些硬件加速器資源可以實(shí)現(xiàn)比特流的加速處理。編解碼單元的硬件經(jīng)過優(yōu)化后降低了系統(tǒng)復(fù)雜性，并且不同視頻格式的數(shù)據(jù)在編解碼時可以使用相同功能的模塊。復(fù)雜度高的運(yùn)動估計(jì)模塊通過單獨(dú)設(shè)計(jì)的一塊查找RAM來減少外部SDRAM（Synchronous Dynamic Random Access Memory）的帶寬，通常運(yùn)動估計(jì)模塊從外部SDRAM讀取參考像素值然后裝載到查找RAM 并存儲，AHB（Advanced High performance Bus）總線可以對查找RAM進(jìn)行訪問。主處理器與編解碼單元的數(shù)據(jù)交換是通過API（Application Programming Interface）接口，在BIT處理器上運(yùn)行的程序和多媒體數(shù)據(jù)可以使用APB和AXI總線下載使用。BIT處理器和視頻編解碼模塊的功能如圖2所示。

2 系統(tǒng)紅外遙控電路設(shè)計(jì)

2.1 RC5編碼方式

為了方便人機(jī)控制，提出選用BC7210為解碼芯片對嵌入式多媒體開發(fā)平臺實(shí)現(xiàn)紅外遙控控制。采用飛利浦公司推出的RC5編碼方式，RC5編碼方式采用雙相位編碼方式，用不同相位分別代表“0”和“1”。傳送每一位的固定時間為1.778 ms。RC5表示方式如圖3所示。

每一個指令包括1.5 bit的起始位（2個邏輯1）、1個翻轉(zhuǎn)位、5位系統(tǒng)碼（地址碼）以及6位命令碼（鍵碼），因此最多可以支持64個按鍵。圖4為RC5的編碼格式及各位代表含義。

在每次有新的按鍵按下時翻轉(zhuǎn)一次，新的按鍵也包括同一個按鍵按下后再次按下則翻轉(zhuǎn)位也會翻轉(zhuǎn)一次，如果某個按鍵按下不放，則編碼芯片會不斷重復(fù)發(fā)送同樣數(shù)據(jù)，翻轉(zhuǎn)位保持不變，而如果某個按鍵按下后抬起再次按下，則發(fā)送的數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn)位發(fā)生翻轉(zhuǎn)，其他數(shù)據(jù)位保持不變。

2.2 解碼模式及用戶碼設(shè)置

紅外遙控電路采用RC5解碼方式，所以BC7210的MOD引腳接高電平。同時注意解碼模式只能在復(fù)位時設(shè)定，工作過程中改變MOD引腳的電平不會改變解碼模式，當(dāng)復(fù)位時MOD引腳為高電平，芯片工作為RC5解碼模式。

BC7210的CC引腳不接上拉電阻，則BC7210工作在使用用戶碼的狀態(tài)下，用戶碼通過撥碼開關(guān)設(shè)置，BC7210在復(fù)位時讀取用戶碼（地址碼）的設(shè)置，在解碼時將收到的遙控信號的用戶碼（地址碼）與設(shè)置的用戶碼進(jìn)行對比，只有當(dāng)接收數(shù)據(jù)的用戶碼與設(shè)置的用戶碼相同時，才會將按鍵碼數(shù)據(jù)輸出，否則將數(shù)據(jù)忽略[3]。在這種模式下，BC7210只輸出1 byte的按鍵碼數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)中只有5位地址碼因此只有D0～D4來設(shè)置地址碼，通過D0～D4上接下拉電阻來設(shè)置地址碼，電阻值要小于5 kΩ。若要設(shè)置相應(yīng)的地址碼為1，則合上撥碼開關(guān)。

2.3 輸出模式及與S3C6410連接方式

BC7210的S/P引腳的連接方式?jīng)Q定了解碼結(jié)果的輸出方式，采用BC7210的S/P引腳接地，則數(shù)據(jù)采取串行輸出方式，采用標(biāo)準(zhǔn)的SPI連接方式，------ACT為接受數(shù)據(jù)有效指示信號，D7（DAT）接XspiMISO，D6（CLK）接Xspi-CLK，D5（SS）接XspiCS。圖5給出了紅外遙控電路設(shè)計(jì)圖以及與S3C6410的連接方式。

3 系統(tǒng)性能測試

3.1 LCD顯示接口測試

基于S3C6410的BSP支持多種不同類型、不同顯示分辨力的液晶顯示屏，其支持不同類型的顯示器種類多于吳英麗等[4]人設(shè)計(jì)的一種改進(jìn)的嵌入式智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)，為了保證LCD顯示屏能夠正確顯示，在編譯內(nèi)核驅(qū)動程序之前要保證顯示驅(qū)動與用戶手中的液晶顯示屏型號相對應(yīng)，若要更改顯示屏則需要更改內(nèi)核顯示驅(qū)動程序并重新編譯內(nèi)核程序，更改內(nèi)核程序的方法為：

使用的顯示屏型號需要選用正確的預(yù)編譯頭文件，這里選用群創(chuàng)7 in的液晶屏，保存文件，重新編譯BSP將生產(chǎn)的NK.bin文件燒寫到平臺，接上對應(yīng)的液晶屏即可使用，實(shí)驗(yàn)測試該顯示屏性能良好。圖6為顯示屏測試圖像。

3.2 TV out測試

本系統(tǒng)的TV out接口是標(biāo)準(zhǔn)復(fù)合視頻信號，如圖7所示，支持NTSLPAL格式，可直接連接各種視頻播放設(shè)備，將電視視頻信號線接入多媒體系統(tǒng)的TV out接口，接通電源開機(jī)進(jìn)入WinCE 6.0系統(tǒng)，運(yùn)行TV out測試程序?qū)⑤敵銮袚Q到電視顯示，顯示界面如圖8所示。

3.3 嵌入式多媒體軟件測試

將本實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的電表圖像數(shù)字識別嵌入式軟件運(yùn)行在S3C6410的嵌入式多媒體平臺上，運(yùn)行界面如圖9所示。在運(yùn)行過程中測試電表圖像（300萬像素）的讀入及運(yùn)算過程中比較耗時的幾個過程解碼、識別所耗費(fèi)的時間與李侃[5]等人設(shè)計(jì)的內(nèi)核為ARM926EJ，主頻為445 MHz的基于S3C2410與嵌入式Linux的圖像采集應(yīng)用平臺作比較，如表1所示。

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，S3C2410系統(tǒng)平臺由于不帶硬件解碼單元和在圖片解碼過程中耗時過長，而S3C6410電表圖片解碼時間可達(dá)實(shí)時，說明本平臺在開發(fā)多媒體系統(tǒng)時具有明顯的性能優(yōu)勢。

表1 實(shí)驗(yàn)對比數(shù)據(jù)

4 小結(jié)

筆者用基于ARM11的S3C6410設(shè)計(jì)了嵌入式多媒體開發(fā)系統(tǒng)，結(jié)合S3C6410的多媒體硬件資源和外圍電路設(shè)計(jì)使該系統(tǒng)具有豐富的多媒體接口，為了方便人機(jī)交互為該系統(tǒng)采用一種新的方式設(shè)計(jì)了紅外遙控電路。最后對該平臺的多媒體接口進(jìn)行（VGA接口、LCD接口、TV接口等）測試，硬件解碼單元測試性能良好，并把在該平臺上運(yùn)行的電表識別嵌入式軟件耗費(fèi)時間與S3C2410系統(tǒng)平臺的作比較，該系統(tǒng)在處理多媒體數(shù)據(jù)時具有明顯的優(yōu)勢，為開發(fā)其他的嵌入式多媒體軟件提供了可靠的平臺。

[1]曾捷.一種多媒體IPTV的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電視技術(shù)，2009，33（12）：64-66.

[2]趙智雅，王澤勇.嵌入式圖像采集系統(tǒng)的平臺設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2009，8(12)：136-139.

[3]葉俊華.基于ARM11的嵌入式視頻處理終端設(shè)計(jì)[D].長沙：中南大學(xué)，2009.

[4]吳英麗，陳勝權(quán)，劉旭明.一種改進(jìn)的嵌入式智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)[J].電視技術(shù)，2008，32（4）：91-93.

[5]李侃，廖啟征.基于S3C2410平臺與嵌入式Linux的圖像采集應(yīng)用[J].微計(jì)算機(jī)信息，2006，22（8）：125-127.