文章编号：１００２－８６９２（２００６）０９－００３１－０３

达芬奇技术的视频应用分析

实用技术

宋

磊，方向忠

（上海交通大学图像通信与信息处理研究所，上海２０００３０）

【

摘要】介绍了ＴＩ公司最新推出的达芬奇技术和ＤＭ６４４６／３芯片的特点，及其应用现状与前景，并对其在视频产品中应用的最

新软硬件技术进行了分析。

【

关键词】达芬奇技术；视频应用；ＤＳＰ芯片【

中图分类号】ＴＮ９１１．７２【

文献标识码】ＢＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＴＩＤＭ６４４６／３ａｎｄＤａｖｉｎｃｉＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＶｉｄｅｏＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ

ＳＯＮＧＬｅｉ，ＦＡＮＧＸｉａｎｇ－ｚｈｏｎｇ

（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＩｍａｇｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎａｎｄＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２３０，Ｃｈｉｎａ）

【Ａｂｓｔｒａｃｔ】ＴｈｉｓｐａｐｅｒｇｉｖｅｓａｎｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆＴＩＤａｖｉｎｃｉｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＤＭ６４４６／３ｃｈｉｐｓ，ｉｔｓｌａｔｅｓｔａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅ

ｐｒｏｓｐｅｃｔｏｆｔｈｉｓｃｕｔｔｉｎｇ－ｅｄｇｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ＡｄｅｔａｉｌｅｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｏｆｔｈｅＤＳＰｓｕｂｓｙｓｔｅｍｉｎｖｉｄｅｏａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｓａｌｓｏ

ｐｒｏｐｏｓｅｄ．

【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ】Ｄａｖｉｎｃｉｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｖｉｄｅｏａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ；ＤＳＰ

１

引言

对处理芯片的要求主要有：１）足够的运算能力，能实现近年来，嵌入式视频应用领域发展迅猛，视频产品的

大尺寸视频的编解码；２）需要具备强大的控制功能，因类型多样化，并逐步由标清向高清过渡，这就需要视频处为今后的视频应用必将从单一的视频编解码向更多元化理芯片一方面具备更强的运算能力，另一方面能进行灵的应用过渡，因此基于操作系统的解决方案将得到更加活的系统整合，快速地进行产品开发。目前在嵌入式视频广泛的应用。另外，对于产品开发而言，在功能的整合程应用领域，包括机顶盒、可视电话、便携式媒体播放器等度、芯片成本、功耗和灵活性、应用开发周期等方面也都应用中的处理芯片主要有ＤＳＰ，ＦＰＧＡ，ＡＳＩＣ以及ＡＲＭ将根据应用的不同有一定的要求。

等方式选择。

最近，ＴＩ公司推出的达芬奇技术试图给出一个满足在不同的应用场合下，这些处理芯片都各有优势和当前视频应用多方面要求的解决方案。其独特的ＤＳＰ和

局限性。在嵌入式视频应用发展的早期，ＤＳＰ以其强大的ＡＲＭ双核结构不仅能同时满足视频应用在运算能力和运算能力和灵活的可编程性占据了主导的地位，直到现控制功能上的要求，而且大大简化了系统设计的复杂性，在，ＤＳＰ在功耗、灵活性以及运算能力上都可满足主流视很有可能成为今后视频应用处理芯片的主流解决方案。

频应用的功能需要，但是ＤＳＰ的操作系统功能简单，应２

针对视频应用的达芬奇技术

用在比较复杂的视频应用时，控制功能略显不足；而ＦＰ－

如图１所示，达芬奇技术是根据视频应用的各种需

ＧＡ凭借强大并行处理能力和可定制流水线结构，非常适要，将一系列全新技术和服务整合在一起，其中包括了软合视频算法的实现，当前很多ＦＰＧＡ厂商都推出了大分件上的新型架构、操作系统及之上的驱动程序、硬件上的辨率的视频应用解决方案，但因功耗、体积和成本的限制增强指令集、协处理器，以及开发工具和配套的技术支持无法广泛应用于消费电子领域；ＡＳＩＣ定制的视频编解码等等［１］，从而形成一套完整的视频开发解决方案。

芯片则由于成本低廉，编解码速度快，广泛用于各个领２．１视频编解码速度的提升

域，但是编解码效果和灵活性都存在一定的缺陷；另外在首先是视频编解码的速度问题，这已成为嵌入式视

嵌入式通用处理器的运算能力逐步提高之后，也有ＡＲＭ频应用向高清分辨率发展的重要瓶颈。在市场上的

等嵌入式通用处理器被用于视频应用，由于大多数通用ＭＰＥＧ－４和Ｈ．２６４的产品中，大多数最高能支持Ｄ１分辨处理器上能运行实时操作系统，因此很适合于需要复杂率的实时视频编解码。而针对７２０线以上分辨率的方案控制功能的场合。当然通用处理器的计算能力有限，现在则非常少见。为此，达芬奇技术在提高芯片的视频运算能大多数还是应用于较小尺寸的视频应用中。

力上引入了一些新技术。

从上面的分析可以看出，现在嵌入式视频应用领域

２００６（Ｎｏ．２９３）

ＶＩＤＥＯＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ

３１

软件方面的参考架构，在很大程度上解决了这一问题。

德州仪器技术支持

第三方评估板开发工具

达芬奇技术涉及到软件的参考框架、运行于ＡＲＭ子系统上的ＭｏｎｔａｖｉｓｔａＬｉｎｕｘ２．６．１０操作系统，以及Ｌｉｎ－

ｕｘ系统上的硬件驱动程序。Ｌｉｎｕｘ与相应驱动能最大程

芯片间通信

软件架构

软件

编解码器

操作系统

协处理器

硬件

度保证系统设计中对外设操作的灵活性，而且Ｌｉｎｕｘ对

ＣＣＳ

多线程的良好支持也为图形化用户界面、ＯＳＤ控制等功能的实现提供了基本保证。另外，针对ＤＳＰ与ＡＲＭ的双核结构，达芬奇技术设计了两个处理核之间通信接口的解决方案，保证两个处理器的协同工作。在保持ＤＳＰ强大计算能力的基础上，使得芯片能够适应更多应用场合的需要。

Ｇｒｅｅｎ

Ｈｉｌｌ参考设计

外设

新的处理器核心

图１达芬奇技术模块图

２．３更便捷的应用系统开发

首先，引入了被称为视频处理子系统（ＶＰＳＳ）的硬件

对于运算能力的提升主要在于ＤＳＰ子系统中

Ｃ６４Ｘ＋新型ＤＳＰ内核的引入。该内核针对高分辨率视频编解码算法进行了很多方面的优化。

视频ＤＡＣ模结构，其中包括了多种功能模块，如ＯＳＤ、

块、白平衡、曝光调ＣＣＤ控制模块，以及自动进行焦距、整的Ｈ３Ａ模块等。在外设接口方面，除了常见的串口、

１）在内存访问方面，内核开始支持ＤＤＲ２，数据吞吐量可达１ＧＢｙｔｅ／ｓ以上，比传统平台所搭载的ＳＤＲＡＭ数据吞吐量提高了一倍以上。针对视频处理的特点，内核增加了三维的ＥＤＭＡ搬移操作，并增强了二维ＥＤＭＡ操作的能力。新内核还引入了Ｌ１Ｍｅｍｏｒｙ空间和ＩＤＭＡ机制，能更加灵活地进行内存访问［２］，如图２所示。

Ｃ６４Ｘ＋ＤＳＰ

Ｌ１Ｄ

Ｍｅｍｏｒｙ

ＩＤＭＡ

Ｌ２ＤＭｅｍｏｒｙ

ＥＤＭＡ

ＤＤＲ２

ＵＳＢ和以太网等接口之外，还在芯片中整合了ＡＴＡ硬盘接口、存储卡接口以及ＰＷＭ脉宽调制接口等，这样的高度整合性大大简化了开发复杂度。

此外，配备了完整的软硬件开发环境，包括ＤＳＫ和硬件参考设计、ＥＶＭ等开发平台、ＣＣＳ集成开发环境，以及第三方所提供的ＡＲＭ端调试环境等等。ＴＩ及其第三方公司也为这些软硬件及开发环境提供了完整的技术支持服务。

总的来说，达芬奇技术作为针对数字视频应用推出的一系列软硬件技术的集合，极大地丰富了处理器的功能，增强了处理器的运算能力，并以合理的软硬件结构缩短数字视频产品的开发周期。

图２ＤＳＰ子系统内存访问模型比较

２）在指令集方面，引入了增强的ＳＩＭＤ指令，其中包含许多关于６４位操作数的新指令，新增加的加减指令

ＡＤＤＳＵＢ２能在一个指令周期内完成两对１６位数的加减运算，复数运算ＣＭＰＹ指令可在４个指令周期内进行复数的乘法运算，而ＤＤＯＴＰ４等指令，能完成４个１６位数的乘加运算。数据打包指令也由于新的ＤＰＡＣＫ２和

３ＤＭ６４４６／３简介

ＤＭ６４４６／３两款多媒体信号处理芯片是达芬奇技术的代表产品，如图３所示。

ＤＰＡＣＫＸ２等指令的加入而更加完善［３］。

最后，新内核中还加入了ＳＰＬＯＯＰ硬件缓存以解决视频算法中循环被软硬件中断打断后，流水线需要重新排空和填充的问题。使用了ＳＰＬＯＯＰ后，循环流水线中的指令可填充到指定硬件缓存当中，在遇到中断之后，流水线能迅速恢复。

２．２控制功能的增强

在机顶盒、可视电话、便携式媒体播放器中都需要支

持完善的图形化用户界面，网络传输，多线程任务调配等控制功能，原本ＤＳＰ平台上的简单操作系统，难以胜任这样复杂的控制任务，而达芬奇技术的双核结构中引入了ＡＲＭ处理器、相应的配套操作系统和驱动程序，以及

图３

ＤＭ６４４６／３处理器模块图［４］

电视技术

２００６年第９期（总第２９３）

ＤＭ６４４６／３两款芯片都采用ＡＲＭ与ＤＳＰ双核结构，开发厂商，利用现有的雄厚技术实力和齐全的技术资料，其中ＡＲＭ子系统搭载２９７ＭＨｚ主频的ＡＲＭ９２６核，ＤＳＰ对ＤＳＰ子系统进行深入研究，开发更高解析度的实时视部分则采用５９４ＭＨｚ的Ｃ６４Ｘ＋ＤＳＰ核，外围存储均支持

频编解码器，成为产业链上游的Ｃｏｄｅｃ供应商。而更多的２５６ＭＨｚＤＤＲ２ＲＡＭ和各类存储卡，另外都使用了厂商则通过向他们购买编解码器，进行外围设备和整个ＶＰＳＳ子系统丰富的视频前后处理功能，且都配备了完善产品的系统级开发，精力可能更加集中在ＡＲＭ子系统的外设接口。两款芯片的不同之处在于ＤＭ６４４６涵盖了中，这样既可以缩短产品的开发周期，迅速抢占市场，又达芬奇技术中所有的硬件结构，能适应编解码等场合的可以节省研发成本。

应用，ＤＭ６４４３则省去了视频协处理器和视频处理子系虽然达芬奇技术带来了全新的开发平台和研发理统中的前端系统，用于对终端解码设计。

念，但是作为一项尚处于发展初期的技术，仍然可能存在从公布的性能指标上看，ＤＭ６４４６的Ｈ．２６４Ｂａｓｅｌｉｎｅ

一些问题。首先是视频硬件加速器的使用细节没有公开，Ｐｒｏｆｉｌｅ编码速度能达到Ｄ１超实时编码，ＤＭ６４４３能达到只有少数第三方厂商才能了解如何使用视频硬件加速Ｈ．２６４ＭａｉｎＰｒｏｆｉｌｅ的超实时解码。

两款芯片的ＤＳＰ子系器，因此其他厂商开发Ｃｏｄｅｃ的难度就非常大。另外，由统都有着超强的视频处理能力。配合ＡＲＭ子系统和

于ＤＳＰ与ＡＲＭ双核结构的开发环境非常复杂，目前尚Ｌｉｎｕｘ操作系统对于外设的灵活控制和多线程调度，能完无一个完全集成ＤＳＰ与ＡＲＭ调试环境的集成开发环整地进行视频应用系统的设计。

境，因此需要同时进行ＤＳＰ和ＡＲＭ软件的跟踪调试，必从图４可以看出，ＤＭ６４４６能通过单处理芯片提供须运行两个独立的集成开发环境。另外ＤＳＰ与ＡＲＭ之完整的机顶盒解决方案。当然，ＤＭ６４４３也可完成一个完间通信的协议接口也比较繁复。

整的视频终端解码系统设计。

５

小结

混合模拟

数字以太网

ＳＶｉｄｅｏ

视频

音频

音频

ＲＳ－２３２

本文介绍了ＴＩ最新推出的达芬奇技术及其代表产

１０／１００ＭＭＡＣＶＥＮＣＹＣｂＣｒＡＳＰＩ２Ｃ

ＵＡＲＴ

品ＤＭ６４４６／３多媒体处理芯片的软硬件技术特点，分析了在视频编解码算法方面，ＤＭ６４４６／３的ＤＳＰ子系统相对于传统ＤＳＰ平台所具备的优势，最后介绍了达芬奇技术的应用现状，并提出了一些现存的问题。

ＤＤＲ２

总的来说，达芬奇技术整合了多项视频应用方面的

硬盘

ＡＴＡ

ＤＭ６４４６

前沿技术，针对视频应用的需要对ＤＳＰ子系统进行全面Ｆｌａｓｈ

的增强，而且由于集成了ＡＲＭ和ＤＳＰ双处理核，能给出一个基于单芯片的完整视频应用解决方案。从这方面来说，达芬奇技术已经走到了视频应用的前沿。

ＵＡＲＴＭＭＣＧＰＩＯＧＰＩＯＡＳＰＶＰＦＥ远程控制

存储卡

面板按钮面板ＬＥＤ音频输入

视频输入

参考文献

［１］ＴＩ．Ｄｉｇｉｔａｌｍｅｄｉａｓｙｓｔｅｍ－ｏｎ－ｃｈｉｐ［ＥＢ／ＯＬ］：ＴＩ官方网站ＳＰＲＳ２８３Ａ，图４应用ＤＭ６４４６的机顶盒框图

２００５．［２］

ＴＩ．ＴＭＳ３２０ＤＭ６４４ｘＤＭＳｏＣＤＳＰｓｕｂｓｙｓｔｅｍｒｅｆｅｒｅｎｃｅｇｕｉｄｅ［ＥＢ／４

达芬奇技术的应用现状

ＯＬ］：ＴＩ官方网站ＳＰＲＵＥ１５，２００５．自从去年［３］

ＴＩ．

ＴＭＳ３２０Ｃ６４ｘ／Ｃ６４ｘ＋ＤＳＰＣＰＵａｎｄｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓｅｔｒｅｆｅｒｅｎｃｅ

９月达芬奇技术发布以来，包括Ｓｐｅｃｔｒｕｍ

Ｇｕｉｄｅ［ＥＢ／ＯＬ］：ＴＩ官方网站ＳＰＲＵ７３２Ａ，２００５．

Ｄｉｇｉｔａｌ，Ｉｔｔｉａｍ，ＡＴＥＭＥ，Ｉｎｇｅｎｉｅｎｔ，ＧｒｅｅｎＨｉｌｌｓ，ＭｏｎｔａＶｉｓｔａ［４］ＴＩ．ＤａＶｉｎｃｉＴＭＰｒｏｄｕｃｔｓｓｉｍｐｌｉｆｙｄｉｇｉｔａｌｖｉｄｅｏｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ［ＥＢ／ＯＬ］：ＴＩ等厂家都已积极参与到支持达芬奇技术的开发中，使得官方网站ＳＰＲＴ３７８Ａ，２００５

达芬奇技术已具备了完善的软硬件、开发环境、操作系［５］徐鹏，邹浩斌．基于达芬奇技术的ＴＭＳ３２０ＤＭ６４４６视频研究［Ｊ］．电统及其驱动程序等开发实际应用所必备的基本条件，现子产品世界，２００６（ｌ２）：１３５－１３７．

在达芬奇技术已应用于机顶盒、视频电话、数码相机等!

多种产品作者简介：

，这为达芬奇技术今后的广泛应用打下了坚实宋

磊（１９８２－），硕士研究生，主研视频编码算法及其ＤＳＰ实现；的基础。

方向忠（１９６８－），教授，博士生导师，研究方向为数字电视与多媒体从现在来看，达芬奇技术的应用一般分为两种方式。信号处理。其中以ＡＴＥＭＥ，Ｉｎｇｅｎｉｅｎｔ以及ＴＩ本身为代表的Ｃｏｄｅｃ

责任编辑：蔡国良

收稿日期：２００６－０７－１８

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