本文將就BF533/BF561在網絡多媒體中的應用作一定的介紹。
一、Blackfin系列DSP的典型應用
·汽車圖像系統
·寬帶無線系統
·多媒體消費電子產品
·數字視頻錄像機
·多聲道VoIP
·安防和監控
·機頂盒
·視頻會議
二、Blackfin系列DSP的應用趨勢
DSP在多媒體應用中的需求正在轉變。目前，逐漸顯露出對以下產品的市場需求：無線、多媒體產品應用、無線局域網、家庭網關和其他消費類產品；以及對于汽車和工業應用中要求高速信號處理的產品的需求也在不斷增長。多媒體的應用，正逐漸走向網絡化、多樣化。目前的DSP需要滿足快速增長的支持多種多媒體格式的產品的市場需求：
·視頻: WMV ver.9, H.264, MPEG-4, MPEG-2, MJPEG
·音頻: WMA Pro ver.9, MP3, MP3 PRO, AAC, Dolby Digital, DTS
·語音: G.711, G.728, G.729AB, G.723.1A, AMR
·無線通信: WLAN 802.11b, GSM/GPRS, EDGE & 3G
傳統的可編程體系結構已經無法滿足目前有特殊要求的信號處理的需求。固化的ASIC芯片也無法滿足目前多制式的產品應用所面臨的成本、適應性以及快速推向市場的要求。而采用RISC/DSP相結合的架構現在已經擁有足夠的處理能力，能夠滿足更廣的音視頻產品市場的需求。
三、Blackfin系列DSP主要特性
Blackfin系列dsp內核可達756MHz/1,512MMACs，可以支持多聲道音頻和VGA/D1視頻的多媒體應用處理。加強了動態電源管理，采用0.8V的內核供電，以充分延長在手持設備應用中電池的使用時間。其中ADSP-BF533具有600MHz時鐘頻率和1.2GMACS（每秒十億次乘法累加運算）運算速度；低價位的ADSP-BF531 則具有300MHz/600MMACS（每秒百萬次乘法運算）的性能。這兩款Blackfin處理器兼具業界的數字信號處理（DSP）性能和微處理器 (MCU)功能性并且支持嵌入式操作系統以滿足當今嵌入式音頻、視頻和通信應用對高速運算和低功耗的要求。ADSP-BF533 在達到 600MHz 性能水平時的功耗僅為 280mW。為了充分發揮Blackfin 體系結構的動態電源管理能力，該處理器集成了一個片內開關穩壓器，它利用 2.25 V ~ 3.6 V 外接電源電壓可產生0.7 V～1.2 V可設置的內核工作電壓，從而降低了總體成本，并節省了外部電源元器件。
這些新型Blackfin處理器還支持嵌入式操作系統，例如嵌入式Linux、ThreadX 和Nucleus操作系統。另外，Blackfin處理器內的視頻優化功能能夠實現完全可編程的D1/VGA實時視頻和多通道音頻處理而沒有專門硬件或異構雙內核解決方案的復雜性或不靈活性。使用這種可編程的Blackfin處理器，能使用戶開發的產品快速投放市場，并且很容易支持新興的多媒體格式，例如，MPEG-4，H.264和Windows Media。
四、Blackfin系列DSP的內部結構
BF533有較高的集成度，集成了較為豐富的外圍接口，如圖4-1所示：
圖4-1BF533外圍模塊圖
·強勁的外圍接口可支持ITU-R 656視頻數據格式
·2個雙通道全雙工同步串行端口可支持8個立體I2S通道
·12 DMA通道支持一和二維的數據傳輸
·存儲控制器可緊密連接多種外部存儲器，如FLASH、SDRAM、SRAM和ROM
·3個可以支持PWM核脈沖寬度/時間計算模式的計時器
·可支持IrDA的UART
·SPI兼容端口
·實時鐘
·看門狗計時器
·調試/JTAG接口
·支持1x到63x頻率倍數的PLL
·Blackfin處理器DSP內核結構，如圖4-2所示：
·Two 16-bit Multipliers
·Two 40-bit ALUs
·Four 8-bit Video ALUs
·Barrel Shifter
·Sixteen 16-bit Math Registers
·Eight 32-bit Math Registers
·Two DAGs, Byte Addressing
·Eight 32-bit Pointer Registers
·Four Sets of 32-bit Index,
·Modify, Length, Base Registers
·16-bit Instructions
·32-bit Instructions
·Multi-issue, 64-bit Instructions
·Interlocked Pipeline
圖4-2Blackfin DSP內核結構
Blackfin DSP內核包括2個40位的算術邏輯單元（ALU）、2個乘法器/累加器（MAC）、4個視頻ALU以及1個移位器。各個計算單元執行不同類型的操作：ALU執行算術和邏輯操作；乘法器執行乘法、乘法/加和乘法/減操作；移位器執行邏輯移位、算術移位、位的壓縮和解壓縮操作；視頻ALU執行單指令處理多數據（SIMD）的邏輯運算，這種操作是基于8位數據的。
計算單元通過數據寄存器組來輸入/輸出數據。數據寄存器組包含8個32位寄存器。每個32位的寄存器可以看成是2個獨立的16位寄存器。例如寄存器R0可以看成由2個16位的寄存器R0.H和R0.L組成。另外寄存器組中還有2個40位的累加器Acc0和Acc1，他們是ALU操作的專用寄存器，主要用于乘法和加法操作。
程序控制器控制指令執行的流向，它包括指令的對齊和解碼。程序控制器支持條件轉移、條件子程序調用和零開銷循環。循環緩沖器存儲將要執行的指令。
在目前的嵌入式多媒體應用中有一些采用了多處理技術的解決方案，一般的結構如圖4-1所示，雙內核引擎通過雙口RAM無縫連接，形成了一個硬件/軟件綜合的平臺，可以運行操作系統和使用標準API的應用：
圖4-3采用多處理技術的平臺
同樣的多處理技術，也可以用在Blackfin系列DSP上。在這樣的架構中DSP主要負責媒體處理、信號處理；而RISC則主要完成控制、包處理等等。
但實際上Blackfin系列的處理器并不僅僅是一個單純的DSP，它是一高性能的雙MAC處理器，額外擁有其他類似微處理器所常見的一些特性，可以與普通RISC的MCU相媲美。如圖4-2所示為OMAP架構的處理器和Blackfin系列處理器的對比：
圖4-4(OMAP)硬件硬性的資源分配(Blackfin)軟件API靈活的資源分配
OMAP系列的處理器內部為ARM和DSP的雙核結構，ARM內核負責運行嵌入式操作系統、應用軟件等；C5X負責視頻、圖像處理。而Blackfin系列的處理器，可以同時運行嵌入式操作系統、上層應用和進行一般的信號處理。
而Blackfin系列DSP處理器中BF561更是采用了對稱多處理的架構，在一顆BF561芯片內部集成了2個BF533 DSP內核，如圖4-3所示：
圖4-5ADSP-BF561的雙核結構
BF561主頻高達600M，并且支持并行處理，保證了其強大的數字信號處理能力，并且支持低電壓低電流供電。能夠滿足多功能的數字消費類產品對于性能、功耗方面的要求。
BF561靈活的多處理架構能夠支持多種工作模式，如圖4-6所示：
圖4-6BF561的對稱多處理架構
種模式（DSP + RISC），BF561內部的2個核可以分為，一個可以用來進行信號處理；而另外一個則可以用來運行操作系統，進行以太網傳輸，以及其他控制相關的任務。
第二種模式（PURE DSP），在信號處理過程中，可以將1個任務交給2個不同的核去處理，奇數幀由Core A完成，偶數幀由Core B完成；或者2個不同的任務也可以由Core A和Core B分別完成。處理器的性能得到了成倍的提高。
五、基于Blackfin系列DSP的應用實例
（1）IP機頂盒
基于BF533在音視頻處理方面的出色性能，華恒科技為客戶定制了基于Blackfin+MCU/uClinux架構的嵌入式IP機頂盒的解決方案：
圖5-1IP機頂盒
產品功能規格：
·支持H.264@D1格式的視頻播放
·支持minigui圖形界面作為菜單控制
·支持PCMCIA+802.11b 無線接入
·IrDA紅外遙控
·100M 以太網
·支持硬盤存儲
·VGA/S port/CVBS 視頻輸出
·支持電視信號輸入壓縮存儲
·立體聲音頻輸出
·PS2 鍵盤
其中，32位RISC MCU負責運行嵌入式linux，進行無線局域網/以太網傳輸、硬盤存儲、音頻編解碼、文件管理以及控制等方面的處理。MCU從網絡接收到的媒體流，可以作為存儲到硬盤或者通過SPI接口（速率可達12Mbps）傳給BF533，BF533專門負責H.264@D1格式的視頻編解碼。功能模塊如圖5-2所示：
圖5-2IP機頂盒功能模塊圖示
（2）可視VoIP電話
隨著多媒體技術和通信技術的快速發展，目前單一的語音通信方式已經不能完全滿足人們的通訊要求，人們迫切需要改善通訊方式。可視IP電話可以利用網絡雙向實時傳輸通話雙方的圖像和語音，達到面對面交流的效果。隨著目前寬帶接入的普及，為可視電話的推廣和發展提供了一個很好的基礎。
下面給出了一個基于BF533和ARM9(400MHz) MCU的可視VoIP電話解決方案：
圖5-3 可視IP電話功能模塊圖
硬件方面：
·SAMSUNG S3C2440 (400MHz)
·ADI BF533(600MHz)
·TFT LCD(3.5” 以上)
·FLASH
·SDRAＭ
·CCD攝像頭
·視頻 A/D
·音頻A/D
·音頻D/A
·以太網MAC+PHY芯片
軟件方面：
1、ARM9(400MHz)支持：
·操作系統（Linux）
·視頻解碼（H.264、MPEG4）
·音頻解碼（G.711、G.723.1、G.729、MP3）
·以太網通訊（TCP/IP協議棧等）
·H.323協議棧
·圖形用戶界面（GUI）
2、ADI BF533支持：
·視頻采集編碼（H.264、MPEG4）
·音頻采集編碼（G.711、G.723.1、G.729）
·回音消除
通過上面使用ARM9+BF533以及相關的軟件支持，我們可以實現以下功能：
·在局域網和廣域網內進行音視頻的電話對講
·多媒體娛樂功能：可以播放MPEG4視頻和MP3、WMA音樂
·支持email服務
·支持SMS、MMS短信
·支持軟件盤、手寫輸入
·可外接鍵盤和鼠標
可視電話的基本結構和核心技術：
1、可視電話的基本結構包括：
·視頻輸入/輸出模塊，視頻編解碼器
·音頻輸入/輸出模塊，音頻編解碼器
·延時單元
·數據處理、存儲單元
·系統控制單元
·網絡界面單元
2、可視電話的核心技術：
語音和視頻壓縮技術視可視電話的核心技術。可視電話作為通信終端產品，必須保證足夠好的語音和視頻質量，同時占用的帶寬要盡量小。語音和視頻壓縮技術的發展目標就是：在保證壓縮后的語音和圖像質量的同時，盡量提高壓縮率。
·語音編碼技術
語音通信視可視電話基本的功能。受網絡條件的限制，可視電話不可能占用太大的帶寬。為了適應低碼率語音通信的要求，ITU-T推出了G.72X系列語音壓縮標準。其中G.723.1、G.728、G.729和G.729A，在IP電話中得到了廣泛應用。不同的語音壓縮標準所采用的技術提供不同的碼率、時延和語音質量。
·視頻編碼技術
原始的視頻數據需要占用非常高的帶寬,如果需要通過網絡傳輸必須在保證在一定的圖像質量的前提下通過壓縮技術盡量降低視頻資料的碼率,以適應不同的網絡條件.因此視頻壓縮算法的效率決定了可視電話的圖像質量和應用前景。
目前在網絡監控、視頻點播的應用中，MPEG4格式的視頻壓縮算法較為流行，其碼率一般在數百Kbps到1Mbps左右。ITU-T推出的低碼率視頻壓縮標準對推動可視電話的發展和實用化起到了重要的促進作用。H.261 是ITU-T推出的個低碼率視頻壓縮標準，碼率為p×64kbit/s，其中p=1～30，圖像格式為CIF（352*288）和QCIF（162*144）。目前H.264的算法能夠將同樣的視頻壓縮到更低的碼率，但其計算復雜度也大大增加。相信隨著DSP芯片處理能力的進一步提高，H.264網絡視頻傳輸方面的應用將越來越流行。
·通信協議
為保證可視電話在網絡上可靠的通信,不同的終端必須運行統一的通信控制協議來保證相互協同工作。ITU-T推出的H.320/323標準，面向不同的網絡,不同的網絡介面，不同的信令過程，以及為適應不同的網絡而優化設計的包結構。復用協定規定了視頻資料、語音資料等的打包標準，而控制協定的作用是在終端之間些商通信方式，如視頻編碼標準的協商，語音編碼標準的協商，通道帶寬的協商等。基于以太網的可視電話通常采用H.323控制協定。
3、基于ARM9+BF533的解決方案
目前ARM9系列的處理器在手持終端上的應用如PDA、Smart Phone、PMP產品上已經有了非常廣泛的應用，在可視電話上也有非常明顯的優勢。
·語音和視頻編碼
語音和視頻編碼需要非常強的數學運算能力，通常采用ASIC芯片或通用DSP來實現。ADI BF533具有非常強的運算能力，完全能夠滿足視頻壓縮的要求，并且具有非常強的靈活性，通過軟件可以靈活滿足產品升級的要求和針對網絡帶寬調整壓縮率。
BF533接受從CCD Sensor采集的視頻碼流，從Microphone采集的語音碼流分別進行壓縮，壓縮后通過SPI接口傳送給ARM9芯片。
·語音和視頻解碼
ARM9在400MHz的主頻下完全能夠直接進行音視頻的解碼播放，而無需再傳送給DSP做解碼播放，大大降低了DSP的負擔和系統的復雜程度。
·網絡傳輸、通信協議
ARM9通過嵌入式Linux能夠很好的支持TCP/IP協議，可以通過local bus擴展以太網。
基于Linux也可以實現H.323協議，并且占用很少的CPU處理能力。
·用戶界面
ARM9內置LCD控制器，可以支持較高分辨率的TFT LCD，用來顯示本地和解壓后的圖像。并且基于Linux，華恒科技已經在ARM9的平臺上普遍的實現了Microwindows、Minigui等嵌入式GUI的支持，可以實現較為完備的圖形用戶控制界面。
另外，ARM9內置了1到2個USB接口，可以接U盤進行數據交換，或者擴展USB鍵盤以及通過USB接口與主機相連，配置可視電話的工作模式。并且可以支持RTC、Watchdog，以及通過GPIO擴展按鍵等。
（3）網絡視頻監控
目前的監控設備，也已經逐漸走向網絡化，目前市場上已經有一些低端的網絡IPcamera的產品，其結構一般為ARM7+一顆專門的codec芯片。該類低端的IPcamera產品主要面向于家庭應用，具體可以瀏覽相關方案的介紹：http://www.hhcn.com/chinese/hharm740-ipcam-r1.html
Blackfin系列的DSP可以同時運行操作系統、MPEG4/H.264的編碼，并實現存儲和網絡傳輸的功能。使用Blackfin系列DSP在視頻監控、數字錄像存儲方面的應用，如圖5-3所示：
圖5-4BF561在視頻監控中應用的模塊圖
（4）BF561—網絡多媒體應用經濟高效的選擇
基于BF561對稱多處理的架構，我們可以充分利用其處理器設計的優越性，進行靈活的軟硬件設計，達到簡化外圍電路設計，降低硬件成本的目的。華恒科技已經基于BF561推出相應的開發平臺： http://www.hhcn.com/chinese/HHBF561-Integration-R1.html
該系列開發套件特點主要是DSP擁有操作系統，從而使得從事MCU應用開發人員可以方便的開發使用DSP；系統具有10/100M 以太網接口，USBHOST 接口、USB Device接口、4路音頻輸入、6路音頻輸出、3路支持S端子、YUV格式和CVBS格式的視頻輸入、支持S端子、YUV格式和CVBS格式的視頻輸出以及實時鐘等接口資源，已經運行成熟穩定的操作系統和接口驅動資源極大縮短開發商的前期研發投入，為產品的研發構造業績功能豐富的平臺。
其系統架構如圖5-5所示：
圖5-5基于BF561的設計
該平臺中由BF561內部2個內核分別運行操作系統、控制，和進行信號處理的任務，充分利用了處理器內部的資源和保證了系統的性能。
結束語
從上面應用中不難看出，ADSP系列處理器在嵌入式網絡多媒體中的應用有著顯著的優點：性價比高，體積小，功耗低，外圍接口電路設計簡單。