数字视频编解码芯片ADV611的原理与应用

消费电子 2021-04-08118网络整理

1 引言

人类步入网络时代以来,就一直期待着实时传输视频图像信号,而它所面临的主要问题是既要保证传输图像质量,又要尽可能少地占用有限的信道资源。由于视频图像信号的空间冗余度和时间冗余度很大,可以方便而有效地进行数据压缩,因此图像压缩技术已成为多媒体时代最热门的技术之一,它已广泛地应用在电视会议、可视电话、远程监控等远程图像传输系统中。

随着微处理技术的发展,专用的图像压缩/解压缩asic芯片不断出现。以前,图像压缩技术主要是基于dct分块变换编码,这种方法的弊病是无法得到高压缩率,如果提高了压缩率,图像质量就会大大降低。小波变换是80年代中期兴起的一种图像压缩新技术,是对整幅图像进行变换,充分利用了图像整体相关性并消除了dct编码带来的方块效应。小波级数可以在不同分辨率下逼近某一函数,实现多分辨率分解,获得很高的压缩比,已被广泛应用在视频图像压缩领域。analog公司首家推出基于小波变换的实时视频压缩解压缩芯片adv6××系列,其最新芯片是adv611/612,其中,adv611主要应用于室温下,而adv612适用于工业领域,但它们的工作原理是一致的。本文就adv611的原理和应用等问题进行阐述。2 adv611简介

2.1 工作原理

adv611是ad公司推出的新一代基于小波理论的视频压缩解压缩芯片,是一种低价、单片、多功能、全数字的cmos-vlsi器件。adv611支持对ccir-611数字视频进行高画质实时压缩解压缩,压缩倍数从视觉无失真感到7500倍,并能获得比较好的主观评价效果。压缩的数据率是由输入的数据率和被选择的压缩率决定的,靠与之相连接的片外dsp或主机根据当前场统计特性计算量化步长值。adv611能获得近乎稳定的压缩比特率,片内集成了数字视频接口、主机接口和在片sram等,主要应用于闭路电视等。

adv611的基本工作原理:编码时从它的数字视频接口接收未压缩的数字视频信号,经小波变换和帧抽取、系数量化、游程编码和huffman编码,产生压缩后的数据流,送入集成于片内的512×32位大小的fifo缓冲区,一旦fifo的数据量达到主机在寄存器里的预置值时,adv611就发出中断请求信号,从它与主处理器的接口输出压缩数据比特流。当解压缩时,压缩数据从主处理器接口送入到fifo里,然后经过与编码时的逆过程,数字视频接口输出标准的数字视频分量。

adv611共有84个数据寄存器和一系列的状态、控制字寄存器。其中,数据寄存器是片内fifo的映射 ,用于存储经小波变换后的图像压缩数据(编码和解码过程各需要42个),以供自适应量化和熵编码进行进一步数据压缩,实现实时视频信号压缩。状态和控制字寄存器是间接寄存器,adv611对它们进行统一编址,通过主机接口访问片内四个32位直接寄存器进行读写操作。2.2 功能方框图

adv611为实现强大的压缩功能,引出了120个引脚,采用lqfp封装。图1是其内部功能方框图。

如图1所示,整个芯片由8个功能模块组成,其中3个是接口模块,另5个是数字信号处理模块。接口模块包括数字视频输入i/o接口(digital video i/o port)、主机 i/o接口(host i/o port)和外部dram存储管理器(external dram manager);5个数字信号处理模块是小波核(wavelet kernel)、片内变换缓冲器(on-chip transform buffer)、可编程量化器(programmable quantizer)、游程编码器(run length coder)和huffman编码器(huffman coder)。

3 adv611编解码方案的实现

作为一种通用的vlsi芯片,adv611在设计时充分考虑到兼容性和使用的方便性。支持philips公司生产的saa系列视频芯片、brooktree公司的bt系列以及raytheon等公司的视频芯片。adv611既可以与微型机直接连接,也可以工作在脱机条件下。adv611的一个典型应用如图2所示。

3.1 在微机系统中的应用

adv611的许多优越性能能够在计算机应用系统中得到实现,如图3所示,只要附加一片saa7111就可实现复合视频信号的数字化、压缩和存储。adv611与主机的接口有:32位数据总线(d0~d31)、两位地址线(adr0、adr1)、片选信号/cs(通过译码器实现)、读写信号(/rd、/wr)以及具体主机跟adv611之间的握手信号。

3.2 在脱机状态下的应用

视频图像编解码除了可以通过微机平台实现外,还可以运用以dsp为主的微处理器控制对图像的压缩解压缩。adv611本身已集成了图像编解码的算法,利用高速dsp对图像压缩的效果进行实时调节,控制数据速率和图像数据的传输,可以方便地设计一种脱机图像系统,如图4所示。通过主机接口dsp对adv611进行控制和bw量值计算。

4 结束语

如上所述,adv611要实现7500:1的视频压缩比,其理论依据是小波变换。为了获得最大的压缩效率 ,就必须要充分掌握小波滤波器的结构和性能。此外,adv611具有adv601所没有的功能——区域高清晰度框的控制,可以对传输图像进行重点截取,进一步提高压缩率。在通常闭路电视或监控系统的应用中,往往并不要求视频图像的连续显示,因此可以对帧速率进行压缩,如可把帧速率降到一秒一场,这在大多数场合是允许的。下面以a/d变换后速率为167mbit/s的ntsc数字视频信号为例,说明进行adv611硬件压缩到速率为25kbit/s的压缩方法: ·图像的小波变换、自适应量化和huffman编码压缩到250:1 ·帧速率压缩到1 frame/s

·区域高清晰度框的尺寸小于整幅图像的1%

·背景对比度衰减18db


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