多年以來，視頻一直是專用工業(yè)系統(tǒng)(如監(jiān)督與工廠審查系統(tǒng))中的一個組成部分。但它只在近才成為一系列嵌入產(chǎn)品的可行添加物。尤其是大批消費電子產(chǎn)品（如手機）中圖像捕捉與回放功能的擴張，產(chǎn)生了大量低成本硬件與軟件工具，簡化了數(shù)字視頻的整合工作。數(shù)字視頻在消費產(chǎn)品中的廣泛普及亦提高了嵌入系統(tǒng)客戶的胃口，他們不再滿足于簡單顯示靜態(tài)信息的用戶界面。用戶希望嵌入系統(tǒng)擁有臺式機甚至低價便攜視頻播放器的同等性能。不幸的是，設(shè)計者必須為加入數(shù)字視頻支付費用，他們可能需要擴充內(nèi)置存儲器、增加處理能力、重新確定網(wǎng)絡(luò)帶寬、重新評估顯示特性，并且可能要升級潛在產(chǎn)品的實時性能。


　　盡管大多數(shù)消費產(chǎn)品的視頻都只是用作娛樂，嵌入設(shè)備中的一個多媒體演示其實可以完成很多功能。例如，視頻顯示可以為一個平凡產(chǎn)品增添一些趣味，或簡化一臺過于復(fù)雜的設(shè)備。設(shè)計者可以用數(shù)字視頻實現(xiàn)競爭中的產(chǎn)品差異化，為整個產(chǎn)品系列建立獨特風(fēng)格。視頻或圖形用戶界面與網(wǎng)絡(luò)連接相結(jié)合，就能實現(xiàn)遠程軟件升級和功能修改。內(nèi)帶的培訓(xùn)與糾錯視頻可以消除或減少初始安裝成本和維修呼叫。在有大帶寬流視頻功能時，客戶支持人員還可以與客戶實時互動，解決運行問題或隔離故障。

　　數(shù)字視頻有很多變型，正確選擇要依賴于系統(tǒng)資源、網(wǎng)絡(luò)能力，還有嵌入設(shè)備的工作模式。顯然，一臺高清晰電視所需要的數(shù)據(jù)量和帶寬要比手機 128×160 像素屏幕高出多個數(shù)量級。多數(shù)數(shù)字視頻設(shè)計都會對嵌入系統(tǒng)提出新的軟、硬件要求。有實時能力、內(nèi)置多媒體功能以及設(shè)備驅(qū)動程序的操作系統(tǒng)可以節(jié)約開發(fā)時間。多數(shù)情況下，必須對通過通信信道傳輸或本地存儲的視頻數(shù)據(jù)作壓縮。要實現(xiàn)遠程視頻數(shù)據(jù)的實時流暢播放，與互聯(lián)網(wǎng)或本地服務(wù)器的高速網(wǎng)絡(luò)連接是必不可少的。


　　數(shù)據(jù)壓縮

　　所有嵌入視頻系統(tǒng)初的一個設(shè)計考慮都是要為壓縮、解壓算法或編解碼器的運行提供所需計算資源。例如，一個典型的未壓縮電視視頻流需要超過 20 MB/s的數(shù)據(jù)速率，存儲半小時節(jié)目需要 36GB空間。根據(jù)使用的不同算法和圖像內(nèi)容，視頻壓縮可以減小帶寬和存儲需求，比率約為 30:1。典型的視頻壓縮算法是將圖像劃分為小塊，然后將每塊轉(zhuǎn)換為一種頻域表述。經(jīng)過傳輸或存儲后，再用反向余弦變換就可以將頻率系數(shù)復(fù)原為 8×8 像素的圖像塊。與處理需求類似，正、反余弦變換都只需要一只典型 DSP 中的幾百個指令周期就能完成。兩家重要組織定義并維護著今天常用的圖像與視頻壓縮標準。ITU（國際電信聯(lián)合會）專門針對電信應(yīng)用，支持用于視頻電話的 H.26x 標準。ISO（國際標準化組織）則注重消費應(yīng)用，如用于視頻的 MPEG標準。


　　除了編解碼器以外，以媒體為中心的嵌入系統(tǒng)可能還要包括 DRM（數(shù)字版權(quán)管理）軟件，處理有關(guān)版權(quán)的資料。DRM 方案試圖支持版權(quán)或版權(quán)所有者主張的其它使用限制。例如，DRM 可以限制用戶能復(fù)制資料的地點、時間或次數(shù)。編碼器或解碼器的數(shù)據(jù)壓縮端在數(shù)據(jù)速率較低時采用 DRM。盡管細節(jié)內(nèi)容一般是保密的，但多數(shù) DRM 算法并不太復(fù)雜，也比編解碼器更易于實現(xiàn)。微軟公司的 Vista 操作系統(tǒng)包含了 PVP（受保護視頻路徑）系統(tǒng)，它可以在運行未簽名軟件時，阻止播放有 DRM 限制的內(nèi)容。PVP 還可以對向顯示器或圖形卡傳輸?shù)男畔⒓用埽刮词跈?quán)的錄制更加困難。

　　對任何嵌入視頻系統(tǒng)來說，顯示屏都是關(guān)注點，今天的大多數(shù)產(chǎn)品都采用有源陣列 LCD（液晶顯示器）屏幕，或的 OLED（有機發(fā)光二極管）技術(shù)。LCD 屏現(xiàn)在普及，因為它的功耗要求低、重量輕、有良好的圖像質(zhì)量、響應(yīng)時間快及可靠性高。LCD 由很多單元組成，它是將一種光極化的液體夾在兩塊垂直極化的玻璃板中，玻璃板由有源 TFT（薄膜晶體管）驅(qū)動。電流改變了液體的極化特性，阻止光線通過該單元。OLED 顯示器正在嵌入系統(tǒng)應(yīng)用中獲得普及，因為該技術(shù)有能力提供更高的亮度、更高對比度的圖像，而且功耗和制造成本更低。這些顯示器采用有機混合物，用多層印刷工藝在一個平面載體上按行和列沉積。與傳統(tǒng)的 LCD 不同，LED 顯示器不需要背光，它們有更快的響應(yīng)速度。OLED 顯示器的缺點是可能某些顏色的有機材料壽命短。索尼公司近推出了一種柔性的全彩 OLED 顯示器，它采用了有機 TFT 技術(shù)（圖 1）。OLED 一般采用玻璃基板，但索尼開發(fā)的新技術(shù)能將有機 TFT 直接沉積到塑料基材上，生產(chǎn)出一種既輕又薄的柔性全彩顯示器。原型顯示器為 0.3 mm厚的 2.5 英寸顯示器，120×160 像素分辨率，支持 1680 萬種顏色。

　　智能相機、視頻轉(zhuǎn)換與捕捉設(shè)備

　　自動化檢測應(yīng)用（如部件定位、封裝檢查和裝配驗證）一般需要相當多的視頻處理分析實時圖像。為簡化這個過程，National Instruments（NI）近推出了 NI 1722 和 NI 1742 智能相機，它帶有工業(yè)控制器、圖像傳感器和視覺分析軟件，返回的是檢查結(jié)果而不是圖像（圖 2）。NI 隨其芯片同時交付 Vision Builder 軟件，這是一個菜單驅(qū)動的環(huán)境，無需編程就能完成機器視覺應(yīng)用的配置和部署。對于更先進的應(yīng)用，這些相機兼容 LabView 有關(guān)圖像處理和機器視覺算法的全部庫，如邊緣檢測、模式匹配和光學(xué)字符識別。NI 1722 采用一個 400 MHz 的 PowerPC 處理器，NI 1742 則是 533 MHz 版。兩種相機都使用索尼公司的單色 640×480 像素電荷耦合圖像傳感器，有內(nèi)置 I/O。該 I/O 包括兩個光隔離的數(shù)字輸入、兩個光隔離的數(shù)字輸出、一個 RS-232 串行端口，以及兩個 GbE（千兆以太網(wǎng)）端口，支持各種工業(yè)協(xié)議，如 Modbus TCP（傳輸控制協(xié)議）。另外，NI 1742 帶有對正交編碼器的支持和內(nèi)置 LED 發(fā)光驅(qū)動器，可提供高達 500 mA 的連續(xù)電流和 1A 的選通電流。NI 1722 和 NI 1742 智能相機的價格分別為 1999 美元和 2499 美元。

　　今天的移動陣營需要支持多達 70 種格式，內(nèi)容供應(yīng)商正在改用格式轉(zhuǎn)換器完成各種視頻結(jié)構(gòu)之間的轉(zhuǎn)換。這種轉(zhuǎn)換是從一種編碼格式到另一種編碼格式（適應(yīng)目標設(shè)備）的直接數(shù)字變換。它包括將原始數(shù)據(jù)解壓為未經(jīng)加工的中間格式，然后再將其編碼為目標格式。德州儀器公司現(xiàn)在提供一款新的數(shù)字媒體處理器，用于媒體網(wǎng)關(guān)、多點控制設(shè)備和機頂盒的視頻格式轉(zhuǎn)換。基于 DSP 的新式 TMS320DM6467 DaVinci片上處理器系統(tǒng)提供實時的多格式視頻格式轉(zhuǎn)換。該系統(tǒng)集成了一個ARM926內(nèi)核和600MHz C64x DSP內(nèi)核，以及一個視頻協(xié)處理器、一個轉(zhuǎn)換引擎，以及目標視頻端的接口，據(jù)稱其性能比前代格式轉(zhuǎn)換器提高了十倍。TMS320DM6467處理器價格為35.95美元（批量）。

　　很多需要大帶寬的機器視覺、安全與視頻監(jiān)控應(yīng)用的源頭是使用模擬捕捉卡或幀捕捉器，從內(nèi)容供應(yīng)商的信號源直接采集的數(shù)據(jù)，這些應(yīng)用包括定位、生物面部識別和汽車牌照識別等。Adlink 技術(shù)公司推出的 PCIe-RTV24 就面向這些應(yīng)用，它是一塊采用 PCI Express 技術(shù)的高速視頻捕捉卡，支持四通道的實時圖像捕捉，幀速率高達 30 幀/秒（圖 3）。它接受標準的復(fù)合彩色或單色視頻格式，有可編程分辨率，并能生成所有常見數(shù)字格式位圖。例如，RGB24 是一種 24 bit/像素的 RGB 格式，其輸出用一個 8 bit 的像素值代表每種紅、綠和藍顏色。該模塊亦提供一個看門狗和四個數(shù)字 I/O 信號，可以將其用作選通光控制、觸發(fā)器采集和警報信號。PCIe-RTV24 支持微軟 Windows 或 Linux，價格為 195 美元。

　　遠程視頻

　　盡管視頻特性對新產(chǎn)品設(shè)計有很多好處，但對某些深度嵌入的設(shè)備而言，所需要的開發(fā)預(yù)算加上繼發(fā)的顯示、信號處理資源，可能成本過高。這些項目可以采用一種可移動的用戶界面而獲得數(shù)字視頻的好處，它可以是一種通用設(shè)備，如 PC、PDA 或手機。短距離的通信鏈接（如藍牙、802.11、紅外甚至直接連接）可以用很少的開發(fā)工作和的硬件成本實現(xiàn)圖形化互動。如果嵌入設(shè)備內(nèi)帶互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)連接，則也可以建立一個遠程的視頻用戶界面，能用全世界任何瀏覽器進行訪問。
數(shù)字視頻現(xiàn)在是大批量消費電子與臺式計算機中的常見功能，嵌入系統(tǒng)設(shè)計者感受到了來自客戶的壓力，要求仿效這種用戶體驗以保持競爭能力。視頻指令與實時用戶互動都能夠代替更多各代新系統(tǒng)中的印刷文檔。向視頻的轉(zhuǎn)換將可能出現(xiàn)在采用手機與視頻播放器低成本技術(shù)的高度便攜嵌入設(shè)備中。不斷增加的市售軟硬件產(chǎn)品使嵌入系統(tǒng)設(shè)計者擁有了在每個系統(tǒng)中集成復(fù)雜視頻界面的工具。壓縮算法的改進以及可用的大批量硅片都會繼續(xù)降低成本，從而使每一代新產(chǎn)品都更容易下決心采用復(fù)雜的多媒體功能。