嵌入式MPEG—4解码系统的设计与实现
摘要：介绍了一种嵌入式高图像质量的MPEC—4视频流解码系统。该系统以嵌入式Linux作为操作系统，采用硬解码方式，把IDE接口设备或网络端口输入的MPEC—4视频码流(ES、PS和TS)转换成PAL／NTSC制式的电视信号输出。重点讨论了系统控制和MPEG—4解码部分的设计。随着通信和网络技术的飞速发展，多媒体及其视频流应用越来越广泛，同时用户也对视频传输速率和图像质量有更高的要求，MPEG-4标准适时地解决了多媒体压缩存储和传输的问题。但是目前多数播放器都是在PC机上运行，应用范围受到很大限制。研究和开发一种嵌入式的MPEG-4解码系统终端具有重要的现实意义和实用价值。
MPEG-4标准是由国际运动图像专家组于2000年10月公布的一种面向多媒体应用的视频压缩标准。它采用了基于对象的压缩编码技术，在编码前首先对视频序列进行分析，从原始图像中分割出各个视频对象，然后再分别对每个视频对象的形状信息、运动信息、纹理信息单独编码，并通过比MPEG-2更优的运动预测和运动补偿来去除连续帧之间的时间冗余。其核心是基于内容的尺度可变性(Content-based scalability)，可以对图像中各个对象分配优先级，对比较重要的对象用高的空间和时间分辩率表示，对不甚重要的对象(如监控系统的背景)以较低的分辩率表示，甚至不显示。因此它具有自适应调配资源能力，可以实现高质量低速率的图像通信和视频传输。
图1
MPEG-4以其高质量、低传输速率等优点已经被广泛应用到网络多媒体、视频会议和多媒体监控等图像传输系统中。目前国内外大部分成熟的MPEG-4应用均为基于PC层面的客户端和服务器模式，应用在嵌入式系统上的并不多，且多数嵌入式MPEG-4解码系统大多使用商业的嵌入式操作系统，如Windows CE、VxWorks等，成本高、灵活性差。如以嵌入式Linux作为操作系统不仅开发方便，且可以节约成本，并可以根据实际情况进行裁减，占用资源少、灵活性强，网络性能好，适用范围更广。
下面详细地介绍此嵌入式MPEG-4解码系统的设计原理、硬件和软件组成。
1 系统设计原理
系统设计包括硬件和软件。硬件主要分控制系统、MPEG-4解码系统、输入数据源三部分。数据源可以是IDE接口设备(如硬盘)或网络端口。控制系统对系统各部分进行监测和控制、完成数据流的传输等。如图1所示，它主要由主控芯片、Flash和SRAM组成。主控芯片通过PCI总线控制系统其他模块，是控制系统的核心；Flash里固化嵌入式Linux操作系统，存放应用软件和备份数据；SDRAM作为内存供系统运行使用。MPEG-4硬件解码系统采用硬解码方式，负责将输入的MPEG-4数据流解码成普通的电视信号，其核心是解码芯片。为解决数据流不稳定的问题，解码芯片通常使用SDRAM进行数据缓冲才可以保证正常解码过程，解码芯片的输出数字音频、视频数据还要经数模转换器(DAC)转换成模拟电视图像信号和声音信号。解码芯片通过I2C总线发送指令配置音、视频数模转换器。整个系统框图如图1所示。
图2
软件主要包括嵌入式Linux移植、解码驱动和应用程序编写。嵌入式Linux移植到由主控芯片Flash控制器控制的Flash里，操作系统程序文件分成五个主要部分：bootloader、kernel、ramdisk、usr和boot_param，分别放在Flash内的'五个模块中。根据不同模块的具体功能采用不同的文件方式：bootloader、kernel、ramdisk和boot param，开发好后不需要动态改变，且容量小，使用节省空间的ROMFS只读文件系统，usr模块内容较多并需要进行读写操作，要使用支持动态擦写保存的JFFS文件系统。
2 系统硬件设计
系统的硬件设计主要分三部分：数据源接口设计、控制系统设计和解码系统设计。数据流先要从数据源经数据源接口送至PCI总线，此系统数据源接口为PCI总线上的PCI／IDE桥芯片和网络控制芯片。这部分采用通用的电路，本文不做详细介绍。