基于DSP的数码相机中的MPEG-4压缩

文章摘要：MPEG-4 算法充分利用压缩技术中的精化功能，将早先的 MPEG 比率降低了大约20％。高级 MPEG-4 压缩可以将每秒15帧 (fps) 的 QCIF 视频图像从原始视频数据的 4.5Mbps 压缩为不到 64kbps，同时还可以保持适当的浏览质量。在DSC 中，MPEG-4 压缩使相机能够在内存中存储比 M-JEPG 大几倍的视频图像。 更佳的容错弹性 MPEG-4 集成了多种提高容错弹性的新技术，容错弹性是很有用的特性，因为人们正越来越多地传输利用 DSC 采集的照片与剪辑。随着 DSC 手机的日益流行，强大可靠的传输成为了必不可少的要求。MPEG-4 的容错弹性技术包括： 更多的再

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MPEG-4 算法充分利用压缩技术中的精化功能，将早先的 MPEG 比率降低了大约20％。高级 MPEG-4 压缩可以将每秒15帧 (fps) 的 QCIF 视频图像从原始视频数据的 4.5Mbps 压缩为不到 64kbps，同时还可以保持适当的浏览质量。在DSC 中，MPEG-4 压缩使相机能够在内存中存储比 M-JEPG 大几倍的视频图像。

更佳的容错弹性

MPEG-4 集成了多种提高容错弹性的新技术，容错弹性是很有用的特性，因为人们正越来越多地传输利用 DSC 采集的照片与剪辑。随着 DSC 手机的日益流行，强大可靠的传输成为了必不可少的要求。MPEG-4 的容错弹性技术包括：

• 更多的再同步标记，其可将所传输的数据分成小视频包，从而使接收方能够在最小化数据丢失情况下恢复各种传输错误；
  
• 报头扩展代码，其指示每个数据包的报头，以防止由于包含重要报头信息的视频帧中第一个视频包的破坏而导致潜在的报头信息丢失；
  
• 将视频数据分成运动与纹理（空间）数据，通过提高该部分数据被接收到的几率而促进从错误恢复；
  
• 可逆 VLC，允许接收方从再同步标记后向与前向进行解码，以便在发生传输错误后恢复尽可能多的图像；
  
• 用于空间及时间错误的差错隐藏技术（在 MPEG-4 中规定了几种技术，这些技术是对该算法的补充，而并非其组成部分）。

对 DSP 性能与灵活性的需求

由于帧间运动估计及补偿中涉及其他步骤，因此 MPEG-4 压缩与解压算法比JPEG 需要强得多的处理能力。所以，DSC中的图像处理引擎必须能够达到更高的性能水平。尽管 ASIC 能够实现此项任务，但是它不易于结合到不同 DSC 产品的成像管道中；另一方面，可编程 DSP 不但能够提供 MPEG-4 算法所需的性能，而且还可以通过软件优化不同系统。另外，还可以对相同的 DSP 进行编程，使其执行JPEG算法，以便在更高分辨率的DSC中推广使用。因此，整个 DSC 产品线可以基于单个 DSP 平台，从而在节约大量开发时间与成本的同时还能促进产品的细分。

带成像架构的 DSP 示例

德州仪器 (TI) 推出的 TMS320DM270 数字媒体处理器就是一种为 DSC 等成像应用而专门设计的高性能 DSP。DM270 是基于多处理器架构之上的，其采用一个ARM7 32 位 RISC 微控制器来处理非成像功能，并用作整个系统的主控制器，同时采用可编程的 C54x™ DSP 核心处理音频编码与解码。另外，DM270 还集成了专门设计用于处理大部分高计算要求成像任务的可编程协处理器。其中一个协处理器－SIMD 图像处理引擎 (iMX) 执行 DCT、反向DCT以及众多其他处理运算中的运动估计与补偿。其他协处理器执行可变长度编码/解码、量化与逆量子化。

图 2 展示了 DM270 的主要功能块与流程。除了主要的处理器之外，该器件还通过各种通用 I/O 引脚集成了高速缓冲存储器、图像块缓冲器、以及用于外部存储器、CCD、LCD 或 TV 输出及其他通信接口的控制器。专用的图像预处理硬件可以消除主处理器的某些任务负担，如：白平衡、自动曝光以及自动调焦。

在外部只需要 SDRAM 来完善 DSC 的图像处理引擎。由于 MPEG 必须保持附加帧以进行运动估计与补偿，因而在 QCIF (176x144) 分辨率下，编码需要大约 110千字节 SDRAM。凭借其高度集成与专用架构，DM270 能够在CIF (352x288) 分辨率下处理超过 30fps 的 MPEG-4 编码，同时能够在 HVGA (640x240) 分辨率、超过30fps 的解码期间处理超过50％ 的象素。该器件还支持多媒体中所采用的其他主要视频、音频与语音标准，而且可以与设计用作手机引擎的 DSP 一起结合使用。

图2：DM270 架构

DSC 手机与其他新兴应用

在瞬息万变的视频成像消费类电子产品市场中，怎么高估编程灵活性的重要性都不为过。DSC 正迅速发展并融入新的应用。其中之一是带有集成相机的手机，提供静止图像与视频剪辑的采集与传输功能。该系统现已投放市场。MPEG-4 数据可以嵌入多媒体信息服务 (MMS) 协议栈中，从而可以采用无线 IP 网络信息的行业标准在无线网中轻松传输视频数据包。

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