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本书以嵌入式音视频的典型应用――视频会议作为主线,基于TI DaVinci系列DSP处理器TMS320DM6446平台,系统地介绍了音视频编码的相关技术及其在嵌入式系统上的相关应用;依次讲述了音视频前处理和后处理技术、音视频编解码技术、DSP处理器上的音视频输入/输出接口、基于DSP的音视频软件开发编译及优化,基于TI DaVinci平台的软件框架等内容,并给出了基于SEED-DVS6446的硬件测试流程及软件开发实例。 本书结合了音视频编码技术理论知识与嵌入式实际应用案例,可以作为电子、信息、通信等专业高年级本科生及研究生的教材,也可以作为从事音视频技术应用的工程技术人员的参考书。
马汉杰,毕业于浙江大学,浙江理工大学副教授,获得国家发明专利5 项,曾参与多个863 课题和省部级重大科技项目的研究工作。研究方向包括视频处理与传输、嵌入式多媒体系统等。
目 录
第1章 引言 1
1.1 从视频会议应用开始 1
1.2 嵌入式音视频系统 2
1.3 DaVinci技术 3
1.4 实验平台 5
1.5 本书结构 7
本章小结 7
第2章 嵌入式语音与视频技术应用 8
2.1 语音技术应用 8
2.1.1 语音编码 8
2.1.2 回声抵消 9
2.1.3 其他语音技术 11
2.2 视频技术应用 12
2.2.1 视频编码 12
2.2.2 视频预处理和后处理 13
2.2.3 其他视频技术 13
本章小结 14
第3章 语音与视频编解码技术标准 15
3.1 语音编解码技术原理与标准 15
3.1.1 语音编码原理 15
3.1.2 语音编码标准 18
3.1.3 G.711标准 21
3.1.4 G.729和G.729A标准 22
3.1.5 G.729A编码器DSP实现 24
3.2 视频编解码技术原理与标准 25
3.2.1 视频编码原理 25
3.2.2 视频编码标准 41
3.2.3 H.264标准 44
本章小结 53
第4章 DaVinci处理器外围设备 54
4.1 典型视频会议系统组成 54
4.2 视频输入和输出接口 55
4.2.1 视频处理子系统工作原理 55
4.2.2 基本开发思路 60
4.2.3 寄存器配置 61
4.3 音频输入和输出接口 70
4.3.1 音频串行接口工作原理 70
4.3.2 基本开发思路 71
4.3.3 寄存器配置 73
4.3.4 寄存器详解 75
4.4 以太网接口 81
4.4.1 工作原理 81
4.4.2 基本开发思路 82
4.4.3 寄存器配置 83
4.5 EDMA3 86
4.5.1 EDMA3的工作原理 86
4.5.2 EDMA3传输类型 88
4.5.3 基本开发思路 91
4.5.4 EDMA传输参数 94
4.6 DDR2 97
4.6.1 工作原理 97
4.6.2 基本开发思路 98
4.6.3 配置说明 99
本章小结 101
第5章 DSP软件编译与优化 102
5.1 DaVinci DSP CPU简介 102
5.2 DSP软件开发编译 103
5.2.1 编译过程简介 103
5.2.2 使用C/C++编译器 104
5.3 DSP软件优化 105
5.3.1 代码优化流程 105
5.3.2 线性汇编优化 107
5.4 音视频算法优化举例 120
5.4.1 G.729优化流程举例 120
5.4.2 H.264 SAD算法优化举例 121
本章小结 134
第6章 DaVinci软件开发 135
6.1 DaVinci软件平台 135
6.1.1 XDM 136
6.1.2 Codec Engine 137
6.1.3 DSPLINK 141
6.1.4 CMEM 142
6.2 Codec Engine 143
6.2.1 核心引擎API 143
6.2.2 VISA API 144
6.2.3 引擎配置文件 145
6.3 音视频软件模块开发 146
6.3.1 音频编码 147
6.3.2 音频解码 148
6.3.3 视频编码 150
6.3.4 视频解码 151
6.3.5 视频显示 152
6.4 音视频软件应用开发示例 153
6.4.1 主线程 154
6.4.2 控制线程 154
6.4.3 视频编解码线程 156
6.4.4 视频线程交互 157
本章小结 158
第7章 实验与开发示例 159
7.1 硬件实验环境 159
7.1.1 硬件平台搭建 159
7.1.2 仿真器连接 159
7.1.3 CCS5.5安装 162
7.1.4 开发板驱动安装 164
7.2 硬件测试实验示例 167
7.2.1 DDR SDRAM测试 167
7.2.2 以太网测试 170
7.2.3 音频测试 172
7.2.4 复合视频采集输出测试 173
7.3 软件开发环境 174
7.3.1 SEED-DVS6446_SDK 安装 175
7.3.2 SEED-DVS6446 Linux内核配置 180
7.3.3 SEED-DVS6446 Linux内核编译 182
7.3.4 SEED-DVS6446 Linux内核启动 182
7.4 软件测试实验示例 184
7.4.1 SEED-DVS6446 Demos编译 184
7.4.2 SEED-DVS6446 Demos 演示 185
小结 185
附录A 186
参考文献
近年来,随着网络通信及多媒体技术的蓬勃发展,音视频应用已经扩展到了人们工作与生活的各个领域中。同时,嵌入式设备的低功耗及高可靠性等优势,进一步推动了包括视频会议、视频监控等在内的嵌入式音视频应用需求。这些应用均具有终端设备规模大、用户需求更新快、产品研发复杂度高等特点。因此,如何高效、快速、可靠地开发嵌入式音视频产品,一直是工业界具有挑战性的难题。
针对工业界嵌入式音视频应用领域的这种技术迫切需求,TI公司推出了DaVinci技术。DaVinci技术是一组专门为数字音视频而设计的基于DSP的系统解决方案,针对灵活的数字视频应用而进行了精心优化,提供了一个简单易用的支持开发所有数字音视频应用的集成平台。DaVinci技术显著缩短了设计周期,降低了开发成本和生产创新的数字音视频终端设备所需的定制工作量。
本书以视频会议这一嵌入式音视频典型应用为主线,结合音视频编码技术理论知识与嵌入式实际开发案例,基于TI公司DaVinci技术的典型DSP处理器--TMS320DM6446,逐章节依次展开,向读者详细介绍前 言
近年来,随着网络通信及多媒体技术的蓬勃发展,音视频应用已经扩展到了人们工作与生活的各个领域中。同时,嵌入式设备的低功耗及高可靠性等优势,进一步推动了包括视频会议、视频监控等在内的嵌入式音视频应用需求。这些应用均具有终端设备规模大、用户需求更新快、产品研发复杂度高等特点。因此,如何高效、快速、可靠地开发嵌入式音视频产品,一直是工业界具有挑战性的难题。
针对工业界嵌入式音视频应用领域技术的迫切需求,TI公司推出了DaVinci技术。DaVinci技术是一组专门为数字音视频而设计的基于DSP的系统解决方案,针对灵活的数字音视频应用而进行了精心优化,提供了一个简单易用的支持开发所有数字音视频应用的集成平台。DaVinci技术显著缩短了设计周期,降低了开发成本和生产创新的数字音视频终端设备所需的定制工作量。
本书以视频会议这一嵌入式音视频典型应用为主线,结合音视频编码技术理论知识与嵌入式实际开发案例,基于TI公司DaVinci技术的典型DSP处理器——TMS320DM6446,逐章节依次展开,向读者详细介绍嵌入式音视频应用所涉及的知识。本书具有以下特点:
1.详细介绍嵌入式音视频应用中涉及的预处理和后处理等关键技术,并将其与DSP处理器上的外部设备相对应起来,让读者对嵌入式音视频应用有清晰具体的认识。
2.详细介绍嵌入式音视频应用中涉及的编解码标准及其核心模块,分析DSP上的音视频专用指令,阐述核心算法的数据和指令优化方法。
3.详细介绍嵌入式音视频应用中涉及的软件模块开发案例,基于DaVinci技术独有的Codec Engine架构,结合视频会议典型应用对软件框架及模块交互流程进行具体的描述。
本书的第1章和第7章由马汉杰编写,第2章和第3章由冯杰编写,第4章由张桦编写,第5章由黄爱爱编写,第6章由马汉杰和胡冬妮编写。浙江理工大学林翔宇老师对本书涉及的部分实验进行了验证和整理,姚永光、李林、刘秋成、周巧丽、陈颖龙、陈涛等进行了资料收集及整理等相关工作。
本书是在德州仪器公司(中国)大学计划支持下完成的,在撰写过程中还得到了其他各种科研项目和基金的支持,其中包括:国家自然科学基金青年基金项目(NSFC 61501402, NSFC 61471150),浙江理工大学科研启动基金(1203804-Y),浙江省重中之重一级学科开放基金(2013KF14),在此表示真诚感谢。
本书是编者团队结合十余年的DSP和音视频应用开发经验编写的,博士期间的研究积累融入了本书的许多章节之中,感谢编者导师浙江大学陈耀武教授的指导和帮助。在本书的编写过程中,得到了浙江理工大学和杭州电子科技大学许多老师的帮助和鼓励,感谢浙江理工大学张华熊教授、蒋明峰教授对本书编写的关心和支持。本书的出版得到了德州仪器公司(中国)沈洁女士和潘亚涛先生、艾睿合众公司梁东先生以及电子工业出版社张小乐编辑的大力支持与帮助,在此一并表示感谢。本书部分资料来自于许多知名网站、论坛及个人博客,编者对这些内容也进行了梳理和总结,在此也表示诚挚的谢意。
由于编者水平有限,书中可能存在的错误和疏漏之处,恳请同行和广大读者给予批评指正。
对于我这样有一定嵌入式开发基础,但对音视频领域接触不多的工程师来说,这本书的出现无疑是一个福音。市面上的嵌入式书籍很多,但能够深入讲解音视频处理和特定硬件平台的结合的书籍却相对较少。我尤其对TI DaVinci平台在音视频方面的能力有所耳闻,但一直缺乏一个系统性的学习材料。我希望这本书能帮助我理解DaVinci芯片在处理音视频数据时所具备的独特优势,比如它的硬件加速能力,以及如何在软件层面充分发挥这些优势。我非常关注书中对于音视频采集链(capture chain)和渲染链(render chain)的讲解,包括传感器接口、图像预处理、编码/解码、以及最终的输出。我希望书中能提供一些关于如何进行性能分析和优化的技巧,例如如何减少CPU负载、提高帧率、降低延迟等。此外,我对音视频编解码器的选择和配置也有很多疑问,希望这本书能有所解答。如果书中能够涉及到一些实际的嵌入式音视频应用场景,比如网络摄像头、智能音箱、或者车载多媒体系统等,那将会更有启发性。
评分我是一名刚入门嵌入式音视频开发的工程师,对这个领域充满了热情,但同时也感到一些迷茫。市面上充斥着各种技术文档和零散的教程,很容易让人眼花缭乱,缺乏一个清晰的学习路径。这本书的出现,感觉像是给我指明了一个方向。我非常看重它“应用”二字,这意味着它不仅仅是枯燥的技术理论,而是会结合实际的开发场景来讲解。我希望能在这本书里找到关于如何从零开始搭建一个基本的嵌入式音视频采集和处理系统的详细步骤,包括硬件选型、驱动开发、以及基础的音视频编解码库的使用。我对学习如何处理各种常见的音视频格式,比如H.264、H.265、AAC、MP3等等非常感兴趣,并且希望了解如何在DaVinci平台上高效地实现这些编解码。此外,我也想知道书中会不会涉及一些进阶的音视频处理技术,比如图像的缩放、裁剪、色彩空间转换,以及音频的采样率转换、混音等。如果能有一些源代码示例,让我能够亲手去实践,那将是对我学习最大的帮助。
评分对于我这样一个在嵌入式领域摸爬滚打多年的开发者来说,找到一本能够真正提升技术深度和广度的书籍,是件不容易的事情。特别是像音视频这样对性能要求极高的领域,往往需要对硬件架构、算法实现以及软件优化都有深刻的理解。我关注TI的DaVinci系列芯片已经很久了,它们在多媒体处理方面有着强大的能力,但我一直缺乏一个系统性的学习途径来深入掌握。这本书的名字让我眼前一亮,它直接点明了技术和应用方向,这正是我急需的。我希望这本书能够超越简单的API调用,深入剖析DaVinci平台在硬件加速方面的特性,比如其专用的DSP内核、图像信号处理器(ISP)以及视频编码/解码引擎。我想了解这些硬件模块是如何协同工作的,以及如何通过软件层面的精细调优来最大化它们的性能。此外,我对音视频流的同步、缓冲区管理、以及多线程并发处理等关键技术非常感兴趣,因为这些往往是导致音视频应用卡顿、延迟甚至失效的罪魁祸首。如果这本书能提供一些关于功耗优化和实时性保证的技巧,那就太棒了,毕竟在嵌入式设备上,资源总是有限的。
评分作为一个对嵌入式系统有着浓厚兴趣的爱好者,我一直在寻找能够带我进入更深层技术世界的书籍。尤其是在音视频处理这个方向,我常常感到望而却步,因为我知道这需要相当扎实的底层功底和对硬件架构的理解。TI的DaVinci技术在行业内有一定的知名度,我一直想了解它究竟是如何实现强大的音视频处理能力的。这本书的名字直接击中了我。“嵌入式音视频应用”表明了它的实用性,“基于TI DaVinci技术”则锁定了具体的技术栈。我非常期待这本书能够深入讲解DaVinci芯片的内部结构,特别是其处理单元(如DSP、CPU、GPU)是如何协同工作的。我想了解音视频数据在这些单元之间的流动路径,以及如何通过软件接口来控制这些硬件加速功能。这本书会介绍如何进行嵌入式Linux下的音视频开发吗?比如,如何使用V4L2、ALSA等框架来访问硬件?我对各种音视频的同步和时间戳处理也特别感兴趣,因为我知道这在实时音视频应用中至关重要。我希望这本书能提供一些关于如何处理网络传输中的音视频丢包和抖动问题的思路。
评分这本书简直是为我量身定做的!我一直对嵌入式系统充满好奇,尤其是那些能够处理复杂音视频信号的设备,比如智能家居的摄像头、车载娱乐系统,甚至是一些工业级的监测设备。这些东西一旦涉及到音视频,立刻就变得非常迷人,也让我感到一丝挑战。市面上关于嵌入式开发的书籍很多,但很多都停留在基础的硬件操作和简单的裸机编程,要么就是太偏向软件架构,让我觉得抓不住核心。我一直在寻找一本能够深入讲解如何在嵌入式平台上实现高效音视频处理的指南,特别是那种能让我理解底层原理,并且有实际可操作性的。我非常期待这本书能够详细介绍DaVinci技术在音视频采集、编码、解码、以及传输方面的具体应用。比如,它会不会讲解如何优化视频编码器来减小数据量同时保持画质?或者在音频处理方面,如何实现降噪、回声消除等复杂算法?还有,我想知道它是否会涉及实时操作系统(RTOS)在音视频流处理中的作用,以及如何在高并发和低延迟的要求下进行线程管理和任务调度。如果这本书能提供一些案例分析,那就更好了,让我能看到理论如何转化为实际产品。
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