多媒体通信终端
多媒体通信终端
——单机型嵌入式多媒体通信终端的设计
考号：姓名：胡敏敏
[内容摘要]
提出了一种基于DSP芯片的嵌入式多媒体通信终端的设计方案，并重点阐述了终端的硬件设计及软件设计。该终端硬件平台采用Philips公司的TM1300芯片为中心处理芯片，通过芯片上的专用接口与其它外围电路相连；软件采用pSOS嵌入式实时操作系统，实现高效、可靠的嵌入式实时软件。该单机型终端可应用于可视电话、网络监控等，其实现具有很高的应用前景。
[关键词]嵌入式；多媒体通信；pSOS
一、多媒体终端设计
目前，实现多媒体通信终端系统的方式主要有2种。一是基于PC机的CPU方式，这实际上是以软件为主的实现技术，系统主要是由PC机完成特大运算量的音、视频编解码及通信控制等工作。这一方法的主要优点在于利用极为普及的PC，降低实现成本，但对于视音频信号的采集，与各种通信网络接口之类的任务，还需要配置一定的辅助硬件设备完成，如视频采集卡、声卡、调制解凋器等等。另外一种是单机型，它又分为基于专用芯片的解决方案和基于通用DSP芯片的解决方案。采用专用芯片可以大大减少软件的工作量，加快开发进度，但是成本也大幅度增加，而且设计方案不灵活，不便于继承应用；DSP的独立机型的多媒体通信系统，音视频信息的压缩编解码、用户控制等完全由DSP来完成；由于音、视频信号输人／帛翕出设备、通信模块的一体化，应用十分方便，在很多场合得到应用，如可视电话、数字机顶盒、VCD等。因此，设计了一种基于DSP芯片的单机型嵌入式多媒体通信终端。该终端由摄像头、接收液晶显示器、控制器和电话机所组成。
1．1硬件设计
本方案的硬件平台以Philips公司的TM1300[1]芯片为中心处理芯片，通过芯片上的专用接口与其它外围电路相连。
TM1300是一种专门为高性能多媒体应用而设计的微处理器。该芯片有一个超长指令字(VLIW)结构的CPU，在一个指令周期内能同时执行5个操作。FM1300特别针对数字视频和音频应用进行了结构优化，集成视频输入、输出接口，音频输入、输出接口以及SSI接口，PCI 接口，主存接口以及定时器等，其核心32位的处理器，能够进行32位的线性寻址，寻址能力
可达到4GB；同时，它含有128个通用寄存器，这些寄存器不像其它DSP的寄存器那样分段，所有的操作都可以使用这些寄存器，其核心处理器采用的是VLIW(Very Long Instruction Word)结构，可以在每一个时钟周期内同时进行5个操作。VLIW 结构还可以减少处理器的工作量，核心CPU的运行由实时操作系统内核进行控制。另外，TM1300的指令集中还包括许多高效的多媒体类操作。利用这些多媒体类操作，可以大大提高图像和声音的压缩和解压缩算法的处理速度。这种集成了多个片上外围的单片化的微处理器，大大降低了硬件电路板的体积，同时还降低了功耗和开发成本，提高了可靠性。TM1300还带有一些专用的协处理器和专用的多媒体指令，其内部和功能单元之间通过一个高性能的总线和存储系统进行通信。变长解码协处理器(VLD Coprocessor)[2]可以完成H.261,H.263，MPEG一1，blPEG一2和MPEG一4码流的哈夫曼解码；图像协处理器(ICP，Image Coprocessor)可以在不需CPU参与的情况下对图像进行缩放和滤波处理。TM1300以多媒体处理和通信功能为主，融合了CPU。芯片原有的计算功能，已广泛应用于多媒体专用设备、家电及宽带通信设备。
1.2总体框架
其系统框架如图1所示。
图1 系统总体框架结构
(1)视频输入处理和编码的核心是视频输入处理器。视频输入处理器内部包含了两通道的模拟预处理电路，时钟发生电路．多制式数字编码器，亮度～对比度一饱和度控制电路和一个色彩空间变换矩阵。它最多可以处理4路信号源，其中包括N／PAL制的亮度和色度信号以及S—VIDEO(射频)电视信号。它还包含一个I2C接口，通过这个接口它可以接受TM1300处理器的控制信号，设置和调整自己的工作状态(主要是完成初始化配置，使输出满足系统的要求)，以及向处理器报告自己的工作状况。
(2)视频信号输出和解码的核心是数字视频输出处理器。视频输出处理器的内部包含一个同步时钟发生电路和D／A转换器。它接受数字化的亮度和色度信号，经D／A转换形成NTSC ／PAL 制的或S-Video信号。由于它输入CCIR601兼容的视频数据流(720像素／每行，4：2：2复合格式，例如MPEG解码数据)，因此它可以直接和TM1300处理器的Video Out单元相连，接受处理器输出的YUV复合视频数据流，它还从处理器接受水平同步、垂直同步以及行锁定时钟信号。
(3)音频信号输入输出处理器。音频信号输入输出处理器高集成度语音信号处理器，集成了声音回音抵消、线性回音抵消、双偶线PCM 编码解码和噪音抵消等诸多功能。利用内置专用数字信号处理电路替换原有昂贵的通用DSP芯片，该设备数字化并过滤语音输入，然后执行声音回音抵消，线性回音抵消及噪音抵消。
(4)SDRAM存储器系统。基于多媒体通信的应用一般要求的运算量比较大，而且要有实时多任务操作系统的支持，特别是基于TM1300的嵌入式系统应用场合，存储器的容量更显重要。
(5)I2C总线。TM1300内部的I2C总线接口可以作为外设的控制线，处理器作为I2C总线的主设备，而具有I2C总线的外围芯片作为从设备，处理器通过I2C总线向其他的设备发送控制命令，外围设备通过I2C总线接受控制。
1．3 软件设计
本终端采用pSOS嵌入式实时操作系统。pSOS是一个专门为嵌入式微处理器设计和开发的模块化、高效率的实时操作系统[3]。它提供了基于标准化开放系统的完整的多任务环境，例如对网络文件系统的支持。pSOS的设计宗旨是为了实现高效、可靠、易于使用的嵌人式实时软件，以支持用户自己设计的或商品化的硬件系统。
1.3.1 pSOS系统结构
pSOS是可剪裁的实时操作系统[4]。其系统结构可以分为内核层、系统服务层、用户层。pSOS内核负责任务的管理与调度、任务间通信、内存管理、实时时钟管理、中断服务；可以动态生成或删除任务、内存区消息队列、信号灯等系统对象；实现了基于优先级的、选择可
抢占的任务调度算法，并提供了可选的时间片轮转调度。pSOS系统服务层包括PNA+，PRPC+，PHILE+等组件。用户层指的是用户编写的应用程序，它们是以任务的形式出现的。任务通过进行系统调用而进入pSOS内核，并为pSOS内核所管理和调度。整个pSOS体系结构如图2所示。
图2 pSOS体系结构
在实时操作系统中最关键的部分是实时多任务内核。它主要实现任务管理、定时器管理、存储器管理、任务间通信与同步、中断管理等功能。如何实现一个效率高、体积小、移植功能强大、易于定制的实时操作系统内核是开发嵌入式系统的关键问题。一个多任务的嵌入式操作系统，其核心部分就是其任务调度机制，以及任务间通信机制。
pSOS对用户层是以通过提供统一的函数接口，进行系统调用进入内核的，因此，函数接明的功能对于用户设计、实现嵌入式系统是非常重要的。TCP／IP模块TCP／Ip[5]模块包括IP 协议、ARP协议、ICMP和IGMP协议的实现，提供支持用户数据报UDP和流式TCP传输，并提供了标准的Socket接口。
*NI(网络接口)。
在网络协议栈中数据通信的基本单元是数据包，发送数据时，网络协汉栈把数据包转交给NI，NI将数据包发送到指定的地址。
IP／ARP。
IP是一个无连接的协议，主要负责在主机间寻址并为数据包设定路由，在交换数据前它并不建立会话。IP层接收由更低层(网络接口层，例如以太网设备驱动程序)发来的数据包，并把该数据包发送到更高层— TCP或UDP层；相反，IP层也把从TCP或UDP层接收来的数据包传送到更低层。
ARP是地址解析协议，地址解析就是将主机IP地址映射为硬件地址的过程。地址解析协议ARP用于获得在同一物理网络中的主机的硬件地址。
socket层。
套接层是网络协议栈组件的一个编程接口。任务间通过通信发送和接收的数据都是通过套接口完成的。
1．4 开发环境
本嵌入式系统开发使用交叉开发环境。交叉开发硬件环境包括宿主机和目标机，宿主机选用通用PC机，目标机采用TriMedia开发板。交叉开发软件[6]包括交叉编译器、交叉调试器和一些仿真软件等。嵌入式系统软件开发流程如图3所示。交叉编译器允许应用程序开发者在宿主机上生成能在目标机上运行的代码，交叉调试器和仿真软件用于完成宿主机与目标机应用程序代码的调试。
图3 嵌入式系统软件开发流程
二、基本原理
整个系统可以与计算机系统对照理解，TM1300相当于计算机中的CPU，EEPROM相当于计算机中的BIOS，DISKONCHIP相当于硬盘，SDRAM相当于计算机中的内存。其工作过程简述如下：假设本地A机和异地B机正在通信。在给本地A机加电后，TM1300首先从EEPROM 中读取系统启动的一些重要信息，例如CPU工作的时钟频率、外围SDRAM 的大小等信息。然后 TM1300从EEPROM 中把启动程序读人SDRAM，再由启动程序把DISKONCHIP中的智能分析引擎是实现“数据一信息一知识一智慧”提升的关键。智能分析引擎融合多维分析、数理统计、数据挖掘与知识发现、模式识别、专家系统等智能分析和处理技术构建而成，并与前端展现层无缝结合，通过丰富、直观的展现形式将分析结果呈送给相关用户，实现联机分析和决策支持功能。
为了得到科技信息更加科学的预测模型，最好的方法就是从数据仓库中存储的当前数据和时间跨度较长的历史数据中找出科技信息随时间变化的规律，从而形成预测模式，这就是笔者使用数据挖掘的目标。数据挖掘将其挖掘结果一一数据模式作为预测模型添加到预测模型库中，从而不断丰富和修正现有的预测模型。
三、结束语
在当今信息时代，科技信息供需双方往往被淹没在来源于多个渠道的、庞大的、丰富的海量数据中，只有及时地将数据有机地组合在一起，及时地将信息转化为知识和智能，才能更好地指导企业进行决策和行动。商业智能的作用就在于此，它帮助管理者做出科学的计划、判断、决策，避免主观、片面等因素引起的重大失误。
文中主要从技术的角度对商业智能的基本概念、技术架构和涉及到的技术进行了探讨，并将商业智能噬用于科技服务决第支持系统中。通过商业智能系统的构建，科技信息供需双方和科技信息服务机构可以高效地利用系统中的科技信息，大大提高用户对信息查询分析和决策分析的能力。切实提高了技术成果转让双方的决策能力，提升科技服务机构的核心竞争力。商业智能引导科技服务体系的信息化建设进入了一个全新的境界。
[参考文献]
[1] 韩清池，陈世权．商业智能及其应用的研究与发展[J]．现代管理科学，2006(3)：68—69．
[2] 林宇．数据仓库原理与实践[M]．北京：人民邮电出版社，2003．
[3] Thomsen E．OLAP解决方案：创建多维信息系统[M]．第2版．北京：电子工业出版社，2004．
[4] 朱明．数据挖掘[M]．合肥：中国科学技术大学出版社，2002．
[5] Kimball R．数据仓库工具箱：维度建模的完全指南[M]．第2版．北京：电子工业出版社，2003．
[6] 袁虹，何厚存．联机分析及数据仓库的建模技术[J]．计算机应用研究，1999，16(12)：61—63．