实时视频图像压缩存储系统
在美国德州仪器公司(TI)举办的DSPand Analog University Challenge2000年度比赛中,我们的参赛项目“实时视频图像压缩存储系统”获得了中国赛区第一名,并挤身于亚洲赛区前五名,入围了全球复赛,遗憾的是未能获得进一步的成绩。大赛对我们而言,是一次难忘的经历。通过这次参赛,我们学到了许多新的东西。
对视频图像进行数字化的存储,或更通俗地称为数字录像,是当前业界的热点之一。较之以前的模拟方式存储,数字录像有着许多不可替代的优点,同时也带来了技术上需要解决的一些问题。高效的视频图像压缩算法及其硬件实时实现是解决视频图像数字化存储问题的核心所在。
通常的数字录像一般都采用专用芯片来完成视频压缩编码算法的硬件实时实现。采用专用芯片方法的最大优点是实现相对简单,而且随着芯片批量的增加,单片价格会大幅下降。作为一个成熟和长期的产品,这种方法不失为一种最佳的方案。比如电视台等对图像质量要求很高的应用场合,基于MPEG-2编码/解码芯片的解决方案可以提供良好的性价比,并在较长的一段时间内都能满足应用的需求。
但采用专用芯片最大的缺点是系统不够灵活,无法进行算法的升级与更新。只有当某一种视频压缩编码算法相对成熟,为业界普遍接受后,相应的专用芯片才会出现。这一方面大大延长了产品的上市时间;另一方面,用户原有的基于老的视频压缩编码标准的系统可能都会被淘汰,对用户的投资是一个损失。特别是在科技飞速发展的今天,新技术与新标准不断涌现,技术的更新周期大大加快,单纯采用专用芯片的解决方案其生命周期势必会缩短,厂家的技术风险则会越来越大。
数字信号处理器（DSP）是一类具有专门为数字信号处理任务而优化设计的体系结构和指令系统的通用处理器件。最近几年, DSP的发展主要体现在以下几个方面：首先由于新的高性能DSP普遍采用新的并行体系结构,如VLIW、SIMD等,DSP器件的性能得到很大的提高,新的器件能够提供高达每秒十亿次的操作;同时,通过采用新的并行体系结构和指令系统,有效地避免了在CPU内使用复杂的硬件电路来实现指令调度和分发,而改由代码生成工具在软件这个级别来完成指令调度和分发,从而使得相应的C语言编译器的效率得到了质的提升,这对于算法实现人员而言是一个福音,尤其是对视频编码这样的算法相对复杂的应用,使用C语言进行开发可以大大加快进度;再者,随着C语言的广泛应用,代码的可重复利用性大大提高,DSP算法标准（Algorithm Standard）开始出现,DSP软件算法开始逐渐淡化与具体实现平台的关联,独立的DSP软件算法供应商开始成长,其结果势必会带动DSP的普及应用。
基于新的高性能DSP器件的解决方案不仅提供了强大的数据处理能力,可以满足诸如雷达信号处理、数字基站、视频图像处理等复杂计算场合的要求,同时还提供了良好的可编程性,用户可以灵活地进行软件的升级与更新,大大弥补了采用专用芯片的专用系统的不足。但是,基于DSP的方案实现起来相对复杂,实现的成本一般也会略高一些。
新的技术越来越让人们感觉“痛,并快乐着”,正如蓝牙技术现在面临的尴尬局面一样。对于工程师来说,解决方案的选择是一个应当慎重考虑的问题。就视频编码而言,选择DSP还是专用芯片,很大程度上取决于具体的应用。不管怎样,作者认为,作为一个原型系统（prototype）,DSP所提供的灵活性是不容忽视的。
TMS320C6201 DSP是TI公司于1997推出的TMS320C6000系列的第一颗定点DSP芯片,是TMS320家族中性能最强大的DSP系列产品之一。其主要性能特点可概括为：
·指令周期为5ns,每指令周期最多可并行执行八条指令,峰值处理速度可达1600MIPS;
·DSP内核采用甚长指令字（VLIW)的VelociTITM体系结构;
