数字视频处理

数字视频处理

数字视频处理概述

数字视频就是先用摄像机之类的视频捕捉设备,将外界影像的颜色和亮度信息转变为电信号，再记录到储存介质（如录像带）。播放时，视频信号被转变为帧信息，并以每秒约30帧的速度投影到显示器上，使人类的眼睛认为它是连续不间断地运动着的。电影播放的帧率大约是每秒24帧。如果用示波器（一种测试工具）来观看，未投影的模拟电信号看起来就像脑电波的扫描图像，由一些连续锯齿状的山峰和山谷组成

为了存储视觉信息，模拟视频信号的山峰和山谷必须通过数字/模拟（D/A）转换器来转变为数字的“0”或“1”。这个转变过程就是我们所说的视频捕捉（或采集过程）。如果要在电视机上观看数字视频，则需要一个从数字到模拟的转换器将二进制信息解码成模拟信号，才能进行播放。

模拟视频的数字化包括不少技术问题,如电视信号具有不同的制式而且采用复合的YUV信号方式，而计算机工作在RGB空间；电视机是隔行扫描，计算机显示器大多逐行扫描；电视图像的分辨率与显示器的分辨率也不尽相同等等。因此，模拟视频的数字化主要包括色彩空间的转换、光栅扫描的转换以及分辨率的统一。

模拟视频一般采用分量数字化方式，先把复合视频信号中的亮度和色度分离，得到YUV或YIQ分量,然后用三个模／数转换器对三个分量分别进行数字化，最后再转换成RGB空间。

DSP是数字信号处理器的简称，在全球的数字化浪潮中，DSP以其高性能和软件可编程等特点，长期对数字媒体处理起到了积极的推动作用。最初DSP的应用在于专业数据通信和语音处理，各种专用调制解调器、声码器、数据加密机初步获得市场。其后DSP应用扩展到广泛的民用产品，诸如硬盘驱动器、通用调制解调器、数字答录机、无线通信终端。九十年代中DSP在数字GSM手机应用和无线基站应用中都获得了巨大的成功。与此同时，DSP开始全面拓展到新兴应用，并在宽带通信、数字控制、数字音频、数字视频等众多市场全球。现在，我们就DSP在数字视频行业中的应用进行分析。

视频行业的数字化，是模拟世界中数字化较晚的行业之一。原因主要是因为模拟视频的数字化产生巨大的数据量，造成应用的实现比较困难。随着互联网的速度提高，数字视频已经开始商业化，并逐步取代原来模式视频的地位。

现阶段在数字视频领域内，主要有以下一些DSP厂商：Philips、Equator、Ti、ADI、Cradle等等。各家厂商都有其特点，以下分别进行详细的介绍：

一、Philips视频处理DSP介绍：

Philips是最早开发视频DSP的厂商之一，最早在1996年就推出了Trimedia 系列的第一款芯片TM-1000，当时主要的定位是数字电视方面的产品，随后推出了TM-1100、TM-1300、PNX-1300（TM-1300改进版）系列。虽然在数字电视方面没有取得很大的成功，但是PNX-1300系列芯片视频监控产品中得到了大规模的应用，也算是无心插柳柳成荫。随后飞利浦推出PNX-1500系列，也同样在视频监控应用上面成为主流。下一步飞利浦还将推出PNX1700系列。现在主流的PNX1500主流的300M内频，内部配有专门的媒体协处理器，在PNX1300系列的基础上，解决了以前PNX1300系列中功耗过大的问题，增加了网络口，IDE接口，提供了开发信息化家电和数字视频设备的主要接口；提供LED高分辨输出、高清视频输出（1920x1080）视频输出；具有视频滤波和De-interlace处理视频处理

单元；可以生成2D图形加速器；内嵌看门狗并具有两个Reset 管脚。

二、Ti视频处理DSP介绍：

作为DSP行业的老大，随着DSP在数字视频行业的机会，Ti的TMS320DM64x 系列也占据非常重要的地位。其实早在2000年，Ti就推出针对数码相机的专业图像处理DSP：TMS320DSC系列，并被一些厂商应用于Motion JPEG的数字视频算法中，随后Ti又推出TMS320DM270和TMS320DM320等在DSC系列改进的产品，在多媒体的便携式播放器上有不错的应用。而真正成为数字视频的里程碑式的产品则是2003年TI发布的TMS320DM64X系列的视频DSP产品，该产品以Ti的C64x 为核心处理器。以TMS320DM642为例，它具有600M的处理能力，有3个Video Port，带有PCI和网络接口，该产品功耗低，因此产品一经面世得到了数字视频行业的强烈关注。2004年下半年TMS320DM642开始批量供货，国内一些著名的视频监控厂商采用DM642推出更新原来采用PNX1300系列的产品。另外，Ti还计划不断升级TMS320DM64x的运算速度。预计到明年，Ti还将推出内嵌ARM9和C64x的数字视频专用DSP，这将是业内非常期待的产品。

三、ADI视频处理DSP介绍：

作为在DSP领域内Ti的最大竞争对手，2002年ADI公司推出了Blackfin 系列DSP，其中的ADSP-21535是一款合适的数字视频应用的DSP，ADSP-21535具有600MHZ的核内时钟，300MHZ主频，一个VP口，但是没有预览通道，接口资源也很丰富，Blackfin系列的DSP采用双MAC的结构具有正交的类似RISC的微处理器指令集，使单指令多数据和多媒体操作都引入单指令结构。这样的DSP 芯片结构不但易于编程，可以快速的信号处理和多媒体的处理，而且方便的扩展USB、PCI I/O、UART、SPORT等接口。非常适合对视频读入，处理以及传输。ADI 最新的双核ADSP-21561也是专业视频处理DSP领域内不容忽视的好产品。但是相比较Philips和Ti，ADI的数字视频DSP的劣势在于能够支持Blackfin的第三方算法太少，这也是造成虽然Blackfin的产品非常有特点，但是应用面要远远小于前面两家公司的一个主要原因。

四、Equator视频处理DSP介绍：

美国的Equator公司，也是最早做数字视频领域内的专业DSP厂商，Equator 最先推出的MAP-CA及随后推出的BSP-15系列产品，在会议电视领域和数字基顶盒领域都得到很好应用，由于是专业的视频DSP厂商，Equator的产品也非常具有特点，以BSP-15为例：该芯片最高可达到400Mhz的内频，具有两个视频输入口和音频输入口，一个视频输出口，但是该产品的最大缺点就是功耗太大，产品必须加散热风扇，预计推出的BSP-16将会改变这一问题。

另外，还有其他一些厂商也开始进入数字视频应用DSP领域，诸如美国Cradle Technologies在推出CT3400后也将推出可对H.264/MPEG-4 AVC格式的D1规格影像以30帧/秒进行编解码的DSP。而LSI则另辟蹊径，提供DSP内核的方式给专业的算法公司，这种方式也受到一些应用领域客户的青睐。

结束语：

随着数字时代的到来，视频领域的数字化也必将到来。而DSP在数字视频的应用发展也将起到越来越重要的作用，DSP技术的进步必将为人类带来更多更大的便利，让我们充满期待的看着DSP在数字视频领域的发展和应用。