基于DSP的脱机视频编/解码系统

DSP.A在主程序中计算采集端ADV611.A图像压缩编码效果的控制参数。ADV611通过控制寄存器提供给用户三种控制图像效果和数据流量手段。第一种是设置量化系数，即通过改变小波分解后各个不同频带数据的量化权重，达到数据压缩目的。第二种压缩手段是减帧，ADV611可以从50帧/秒减到2帧/秒。最后一种压缩手段是品质框控制，ADV611能够在720×288的一帧图像中再设置一个显示区，并将该区之外的图像衰减，从而利用这种减小有效画幅尺寸的方法压缩数据。这个显示区域大小的设定是通过调节ADV611内部品质框数据实现的。主程序中DSP.A将依据用户的调节命令，计算修改ADV611.A中的控制寄存器参数。

3 DSP与单片机

系统对视频A/D、D/A、摄像机和用户控制器的控制管理都是慢速的。DSP作为高速的微处理器，不适合浪费大量的指令周期去处理这些慢速控制。而且TMS320C542也不具有灵活的控制I/O端口。所以本系统选择了单片机来辅助TMS320C542完成低速控制。

TMS320C542提供了一个主控接口HPI[1]，通过该接口简便地实现了DSP与单片机的数据通信。例如，在图像回放端，当单片机B有了用户控制命令时，它通过HPI将命令数据填入DSP.B的指定数据区，再发出HPI中断申请来请求DSP.B处理。这个过程不会影响DSP.B正在执行的程序任务。而当图像采集端的DSP.A有控制命令要传给单片机A时，它先将命令代码数据写入DSP内部的指定数据区，然后通过HPI接口的某一输出信号引发单片机A的中断，申请单片机A去处理。在单片机A的中断中，单片机A通过HPI读取DSP指定数据区中的命令数据，而后执行相应的命令操作。
4 DSP与存储器和通信接口

本系统的串行通信接口是利用TMS320C542的缓冲串口BSP[1]加上辅助的接口驱动电路实现的。DSP在设定发送缓冲区和接收缓冲区后，BSP可以自动发送和接收缓冲区中的数据，这样就提高了DSP的处理效率。由于本系统要适应用户所选择的通信设备的传输速率，基于BSP的系统串行通信接口工作在被动方式。

为了保证图像数据在传输中不会发生数据读空和数据阻塞，系统采用了乒乓缓冲和环形缓冲技术。以图像采集端的数据发送为例，图像压缩编码数据的发送缓冲采用了图3的结构。如图3所示，两个发送缓冲区1和2在选择机制C和D控制下构成了乒乓缓冲结构。当机制D选择了一个发送缓冲区，并通过BSP串行接口自动发送数据时，选择机制C就准备另一个发送缓冲区中的数据。在设计中，发送缓冲区的写入速度大于用户最高通信速度，也就是说大于缓冲区的读出速度，所以这个乒乓缓冲首先避免了通信接口中可能的数据发送读空问题。

帧图像缓冲区1、2和3实际构成的是环形存储结构，即在正常情况下选择机制A将来自ADV611的压缩图像数据以一帧为单位，按照1-2-3-1循环的顺序不断填入缓冲区中。同样，机制B按照1-2-3-1读取缓冲区中的数据。原则上，帧图像缓冲区中数据的读取指针要落后写入指针一个缓冲区，比如当一帧图像数据经过机制B发送出去时，如果机制A正在写入缓冲区3，则新一帧发送数据的读取将从缓冲区2开始。该策略进一步保证了发送不会读空。但是如果通信速率下降、读取指针处于缓冲区2而数据写入已经更新了缓冲区3和1两帧图像时，机制A将把新的一帧数据重新填入缓冲区1，而不是缓冲区2，从而避免数据阻塞冲突。第二次写入同一缓冲区和第二次读出同一缓冲区的事件分别标志着图像压缩数据流量大于通信速率和图像压缩数据流量小于通信速率，DSP将依据这个事实动态调节图像压缩比，平衡图像压缩数据流量和通信速率。

当然采用缓冲技术保证图像数据传输的可靠性是以牺牲图像的实时性为代价的。

5 系统中DSP的总体软件结构
　　
　　本脱机视频编/解码系统DSP控制程序的设计关键是如何高效地协调完成各类控制任务，避免由于任务进程安排不当而引起的图像数据传输意外中断。以图像采集端为例，如图4所示，DSP程序将BSP数据发送和数据接收控制以及ADV611的服务请求作为中断处理，以提高这些任务的响应速度。特别地，为了避免通信串口的数据丢失，程序允许BSP发送中断和接收中断在ADV611的服务请求中断中发生并立即响应。在程序的主循环部分中，DSP通过一系列的状态判断完成发送缓冲区数据写入、接收缓冲区数据读取、图像压缩编码参数计算和对单片机的命令发送的任务。

本文阐述的DSP设计方法，作为脱机视频编/解码系统的核心，在实际的应用中实现了实时系统的有效控制，保证了图像数据的可靠传输，并完成了用户的远端调控功能。通过实测，本设计使DSP还具有很多空闲时间，而且清晰的软件结构很容易添加进新的功能算法，例如动目标检测报警和动目标跟踪算法，从而进一步丰富该系统的功能。