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本書以嵌入式音視頻的典型應用――視頻會議作為主綫,基於TI DaVinci係列DSP處理器TMS320DM6446平颱,係統地介紹瞭音視頻編碼的相關技術及其在嵌入式係統上的相關應用;依次講述瞭音視頻前處理和後處理技術、音視頻編解碼技術、DSP處理器上的音視頻輸入/輸齣接口、基於DSP的音視頻軟件開發編譯及優化,基於TI DaVinci平颱的軟件框架等內容,並給齣瞭基於SEED-DVS6446的硬件測試流程及軟件開發實例。 本書結閤瞭音視頻編碼技術理論知識與嵌入式實際應用案例,可以作為電子、信息、通信等專業高年級本科生及研究生的教材,也可以作為從事音視頻技術應用的工程技術人員的參考書。
馬漢傑,畢業於浙江大學,浙江理工大學副教授,獲得國傢發明專利5 項,曾參與多個863 課題和省部級重大科技項目的研究工作。研究方嚮包括視頻處理與傳輸、嵌入式多媒體係統等。
目 錄
第1章 引言 1
1.1 從視頻會議應用開始 1
1.2 嵌入式音視頻係統 2
1.3 DaVinci技術 3
1.4 實驗平颱 5
1.5 本書結構 7
本章小結 7
第2章 嵌入式語音與視頻技術應用 8
2.1 語音技術應用 8
2.1.1 語音編碼 8
2.1.2 迴聲抵消 9
2.1.3 其他語音技術 11
2.2 視頻技術應用 12
2.2.1 視頻編碼 12
2.2.2 視頻預處理和後處理 13
2.2.3 其他視頻技術 13
本章小結 14
第3章 語音與視頻編解碼技術標準 15
3.1 語音編解碼技術原理與標準 15
3.1.1 語音編碼原理 15
3.1.2 語音編碼標準 18
3.1.3 G.711標準 21
3.1.4 G.729和G.729A標準 22
3.1.5 G.729A編碼器DSP實現 24
3.2 視頻編解碼技術原理與標準 25
3.2.1 視頻編碼原理 25
3.2.2 視頻編碼標準 41
3.2.3 H.264標準 44
本章小結 53
第4章 DaVinci處理器外圍設備 54
4.1 典型視頻會議係統組成 54
4.2 視頻輸入和輸齣接口 55
4.2.1 視頻處理子係統工作原理 55
4.2.2 基本開發思路 60
4.2.3 寄存器配置 61
4.3 音頻輸入和輸齣接口 70
4.3.1 音頻串行接口工作原理 70
4.3.2 基本開發思路 71
4.3.3 寄存器配置 73
4.3.4 寄存器詳解 75
4.4 以太網接口 81
4.4.1 工作原理 81
4.4.2 基本開發思路 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傳輸類型 88
4.5.3 基本開發思路 91
4.5.4 EDMA傳輸參數 94
4.6 DDR2 97
4.6.1 工作原理 97
4.6.2 基本開發思路 98
4.6.3 配置說明 99
本章小結 101
第5章 DSP軟件編譯與優化 102
5.1 DaVinci DSP CPU簡介 102
5.2 DSP軟件開發編譯 103
5.2.1 編譯過程簡介 103
5.2.2 使用C/C++編譯器 104
5.3 DSP軟件優化 105
5.3.1 代碼優化流程 105
5.3.2 綫性匯編優化 107
5.4 音視頻算法優化舉例 120
5.4.1 G.729優化流程舉例 120
5.4.2 H.264 SAD算法優化舉例 121
本章小結 134
第6章 DaVinci軟件開發 135
6.1 DaVinci軟件平颱 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 音視頻軟件模塊開發 146
6.3.1 音頻編碼 147
6.3.2 音頻解碼 148
6.3.3 視頻編碼 150
6.3.4 視頻解碼 151
6.3.5 視頻顯示 152
6.4 音視頻軟件應用開發示例 153
6.4.1 主綫程 154
6.4.2 控製綫程 154
6.4.3 視頻編解碼綫程 156
6.4.4 視頻綫程交互 157
本章小結 158
第7章 實驗與開發示例 159
7.1 硬件實驗環境 159
7.1.1 硬件平颱搭建 159
7.1.2 仿真器連接 159
7.1.3 CCS5.5安裝 162
7.1.4 開發闆驅動安裝 164
7.2 硬件測試實驗示例 167
7.2.1 DDR SDRAM測試 167
7.2.2 以太網測試 170
7.2.3 音頻測試 172
7.2.4 復閤視頻采集輸齣測試 173
7.3 軟件開發環境 174
7.3.1 SEED-DVS6446_SDK 安裝 175
7.3.2 SEED-DVS6446 Linux內核配置 180
7.3.3 SEED-DVS6446 Linux內核編譯 182
7.3.4 SEED-DVS6446 Linux內核啓動 182
7.4 軟件測試實驗示例 184
7.4.1 SEED-DVS6446 Demos編譯 184
7.4.2 SEED-DVS6446 Demos 演示 185
小結 185
附錄A 186
參考文獻
近年來,隨著網絡通信及多媒體技術的蓬勃發展,音視頻應用已經擴展到瞭人們工作與生活的各個領域中。同時,嵌入式設備的低功耗及高可靠性等優勢,進一步推動瞭包括視頻會議、視頻監控等在內的嵌入式音視頻應用需求。這些應用均具有終端設備規模大、用戶需求更新快、産品研發復雜度高等特點。因此,如何高效、快速、可靠地開發嵌入式音視頻産品,一直是工業界具有挑戰性的難題。
針對工業界嵌入式音視頻應用領域的這種技術迫切需求,TI公司推齣瞭DaVinci技術。DaVinci技術是一組專門為數字音視頻而設計的基於DSP的係統解決方案,針對靈活的數字視頻應用而進行瞭精心優化,提供瞭一個簡單易用的支持開發所有數字音視頻應用的集成平颱。DaVinci技術顯著縮短瞭設計周期,降低瞭開發成本和生産創新的數字音視頻終端設備所需的定製工作量。
本書以視頻會議這一嵌入式音視頻典型應用為主綫,結閤音視頻編碼技術理論知識與嵌入式實際開發案例,基於TI公司DaVinci技術的典型DSP處理器--TMS320DM6446,逐章節依次展開,嚮讀者詳細介紹前 言
近年來,隨著網絡通信及多媒體技術的蓬勃發展,音視頻應用已經擴展到瞭人們工作與生活的各個領域中。同時,嵌入式設備的低功耗及高可靠性等優勢,進一步推動瞭包括視頻會議、視頻監控等在內的嵌入式音視頻應用需求。這些應用均具有終端設備規模大、用戶需求更新快、産品研發復雜度高等特點。因此,如何高效、快速、可靠地開發嵌入式音視頻産品,一直是工業界具有挑戰性的難題。
針對工業界嵌入式音視頻應用領域技術的迫切需求,TI公司推齣瞭DaVinci技術。DaVinci技術是一組專門為數字音視頻而設計的基於DSP的係統解決方案,針對靈活的數字音視頻應用而進行瞭精心優化,提供瞭一個簡單易用的支持開發所有數字音視頻應用的集成平颱。DaVinci技術顯著縮短瞭設計周期,降低瞭開發成本和生産創新的數字音視頻終端設備所需的定製工作量。
本書以視頻會議這一嵌入式音視頻典型應用為主綫,結閤音視頻編碼技術理論知識與嵌入式實際開發案例,基於TI公司DaVinci技術的典型DSP處理器——TMS320DM6446,逐章節依次展開,嚮讀者詳細介紹嵌入式音視頻應用所涉及的知識。本書具有以下特點:
1.詳細介紹嵌入式音視頻應用中涉及的預處理和後處理等關鍵技術,並將其與DSP處理器上的外部設備相對應起來,讓讀者對嵌入式音視頻應用有清晰具體的認識。
2.詳細介紹嵌入式音視頻應用中涉及的編解碼標準及其核心模塊,分析DSP上的音視頻專用指令,闡述核心算法的數據和指令優化方法。
3.詳細介紹嵌入式音視頻應用中涉及的軟件模塊開發案例,基於DaVinci技術獨有的Codec Engine架構,結閤視頻會議典型應用對軟件框架及模塊交互流程進行具體的描述。
本書的第1章和第7章由馬漢傑編寫,第2章和第3章由馮傑編寫,第4章由張樺編寫,第5章由黃愛愛編寫,第6章由馬漢傑和鬍鼕妮編寫。浙江理工大學林翔宇老師對本書涉及的部分實驗進行瞭驗證和整理,姚永光、李林、劉鞦成、周巧麗、陳穎龍、陳濤等進行瞭資料收集及整理等相關工作。
本書是在德州儀器公司(中國)大學計劃支持下完成的,在撰寫過程中還得到瞭其他各種科研項目和基金的支持,其中包括:國傢自然科學基金青年基金項目(NSFC 61501402, NSFC 61471150),浙江理工大學科研啓動基金(1203804-Y),浙江省重中之重一級學科開放基金(2013KF14),在此錶示真誠感謝。
本書是編者團隊結閤十餘年的DSP和音視頻應用開發經驗編寫的,博士期間的研究積纍融入瞭本書的許多章節之中,感謝編者導師浙江大學陳耀武教授的指導和幫助。在本書的編寫過程中,得到瞭浙江理工大學和杭州電子科技大學許多老師的幫助和鼓勵,感謝浙江理工大學張華熊教授、蔣明峰教授對本書編寫的關心和支持。本書的齣版得到瞭德州儀器公司(中國)瀋潔女士和潘亞濤先生、艾睿閤眾公司梁東先生以及電子工業齣版社張小樂編輯的大力支持與幫助,在此一並錶示感謝。本書部分資料來自於許多知名網站、論壇及個人博客,編者對這些內容也進行瞭梳理和總結,在此也錶示誠摯的謝意。
由於編者水平有限,書中可能存在的錯誤和疏漏之處,懇請同行和廣大讀者給予批評指正。
作為一個對嵌入式係統有著濃厚興趣的愛好者,我一直在尋找能夠帶我進入更深層技術世界的書籍。尤其是在音視頻處理這個方嚮,我常常感到望而卻步,因為我知道這需要相當紮實的底層功底和對硬件架構的理解。TI的DaVinci技術在行業內有一定的知名度,我一直想瞭解它究竟是如何實現強大的音視頻處理能力的。這本書的名字直接擊中瞭我。“嵌入式音視頻應用”錶明瞭它的實用性,“基於TI DaVinci技術”則鎖定瞭具體的技術棧。我非常期待這本書能夠深入講解DaVinci芯片的內部結構,特彆是其處理單元(如DSP、CPU、GPU)是如何協同工作的。我想瞭解音視頻數據在這些單元之間的流動路徑,以及如何通過軟件接口來控製這些硬件加速功能。這本書會介紹如何進行嵌入式Linux下的音視頻開發嗎?比如,如何使用V4L2、ALSA等框架來訪問硬件?我對各種音視頻的同步和時間戳處理也特彆感興趣,因為我知道這在實時音視頻應用中至關重要。我希望這本書能提供一些關於如何處理網絡傳輸中的音視頻丟包和抖動問題的思路。
評分對於我這樣一個在嵌入式領域摸爬滾打多年的開發者來說,找到一本能夠真正提升技術深度和廣度的書籍,是件不容易的事情。特彆是像音視頻這樣對性能要求極高的領域,往往需要對硬件架構、算法實現以及軟件優化都有深刻的理解。我關注TI的DaVinci係列芯片已經很久瞭,它們在多媒體處理方麵有著強大的能力,但我一直缺乏一個係統性的學習途徑來深入掌握。這本書的名字讓我眼前一亮,它直接點明瞭技術和應用方嚮,這正是我急需的。我希望這本書能夠超越簡單的API調用,深入剖析DaVinci平颱在硬件加速方麵的特性,比如其專用的DSP內核、圖像信號處理器(ISP)以及視頻編碼/解碼引擎。我想瞭解這些硬件模塊是如何協同工作的,以及如何通過軟件層麵的精細調優來最大化它們的性能。此外,我對音視頻流的同步、緩衝區管理、以及多綫程並發處理等關鍵技術非常感興趣,因為這些往往是導緻音視頻應用卡頓、延遲甚至失效的罪魁禍首。如果這本書能提供一些關於功耗優化和實時性保證的技巧,那就太棒瞭,畢竟在嵌入式設備上,資源總是有限的。
評分對於我這樣有一定嵌入式開發基礎,但對音視頻領域接觸不多的工程師來說,這本書的齣現無疑是一個福音。市麵上的嵌入式書籍很多,但能夠深入講解音視頻處理和特定硬件平颱的結閤的書籍卻相對較少。我尤其對TI DaVinci平颱在音視頻方麵的能力有所耳聞,但一直缺乏一個係統性的學習材料。我希望這本書能幫助我理解DaVinci芯片在處理音視頻數據時所具備的獨特優勢,比如它的硬件加速能力,以及如何在軟件層麵充分發揮這些優勢。我非常關注書中對於音視頻采集鏈(capture chain)和渲染鏈(render chain)的講解,包括傳感器接口、圖像預處理、編碼/解碼、以及最終的輸齣。我希望書中能提供一些關於如何進行性能分析和優化的技巧,例如如何減少CPU負載、提高幀率、降低延遲等。此外,我對音視頻編解碼器的選擇和配置也有很多疑問,希望這本書能有所解答。如果書中能夠涉及到一些實際的嵌入式音視頻應用場景,比如網絡攝像頭、智能音箱、或者車載多媒體係統等,那將會更有啓發性。
評分這本書簡直是為我量身定做的!我一直對嵌入式係統充滿好奇,尤其是那些能夠處理復雜音視頻信號的設備,比如智能傢居的攝像頭、車載娛樂係統,甚至是一些工業級的監測設備。這些東西一旦涉及到音視頻,立刻就變得非常迷人,也讓我感到一絲挑戰。市麵上關於嵌入式開發的書籍很多,但很多都停留在基礎的硬件操作和簡單的裸機編程,要麼就是太偏嚮軟件架構,讓我覺得抓不住核心。我一直在尋找一本能夠深入講解如何在嵌入式平颱上實現高效音視頻處理的指南,特彆是那種能讓我理解底層原理,並且有實際可操作性的。我非常期待這本書能夠詳細介紹DaVinci技術在音視頻采集、編碼、解碼、以及傳輸方麵的具體應用。比如,它會不會講解如何優化視頻編碼器來減小數據量同時保持畫質?或者在音頻處理方麵,如何實現降噪、迴聲消除等復雜算法?還有,我想知道它是否會涉及實時操作係統(RTOS)在音視頻流處理中的作用,以及如何在高並發和低延遲的要求下進行綫程管理和任務調度。如果這本書能提供一些案例分析,那就更好瞭,讓我能看到理論如何轉化為實際産品。
評分我是一名剛入門嵌入式音視頻開發的工程師,對這個領域充滿瞭熱情,但同時也感到一些迷茫。市麵上充斥著各種技術文檔和零散的教程,很容易讓人眼花繚亂,缺乏一個清晰的學習路徑。這本書的齣現,感覺像是給我指明瞭一個方嚮。我非常看重它“應用”二字,這意味著它不僅僅是枯燥的技術理論,而是會結閤實際的開發場景來講解。我希望能在這本書裏找到關於如何從零開始搭建一個基本的嵌入式音視頻采集和處理係統的詳細步驟,包括硬件選型、驅動開發、以及基礎的音視頻編解碼庫的使用。我對學習如何處理各種常見的音視頻格式,比如H.264、H.265、AAC、MP3等等非常感興趣,並且希望瞭解如何在DaVinci平颱上高效地實現這些編解碼。此外,我也想知道書中會不會涉及一些進階的音視頻處理技術,比如圖像的縮放、裁剪、色彩空間轉換,以及音頻的采樣率轉換、混音等。如果能有一些源代碼示例,讓我能夠親手去實踐,那將是對我學習最大的幫助。
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