嵌入式媒体中心技术与实现

有了台式电子产品和消费电子产品的示范，消费者现在期望嵌入式产品提供类似的多媒体性能。 　　大众对交互式多媒体的着迷，改变了我们设计某些嵌入式产品的方式。过去，设计人员构建多数嵌入式设备时关心的是功能，而不那么关心用户界面，然而，今天的客户不再满足于几个按钮和闪烁的led。他们期望与pda（存储和提供立体声）、手机（可以拍照）、膝上型电脑（再现全长度的电影）等到处使用的设备类似的多媒体性能。按照定义，嵌入式系统限制了处理资源和内存资源，以便把成本降到最低，因此，为了用户界面而塞入额外的计算能力和专用的媒体硬件，违反了传统设计规则。然而，与针对应用的计算能力相比，下一代嵌入式系统可能经常需要更多的计算能力用于用户界面。

　　多媒体功能包括文本、图形、动画、音频和视频的各种必要组合，来为用户提供直观的交互式系统界面。在某些应用中，简单的文本显示可以传达所有必要的信息，但在别的一些项目中则需要实时流视频。功能的多样性使人们无法定义一套通用的多媒体要求，不过，以媒体为中心的嵌入式系统的设计人员面对很多共同的问题。例如，一个较困难的问题就是利用小系统来捕获、生成并再现实时音频和视频流，而这些系统的处理资源和内存资源很有限。另外，把实时多媒体性能集成到那些具有自己独特实时要求的嵌入式应用中，这使设计难度成倍增加。

　　但多媒体功能可以给予某种寻常或复杂的产品新的生命力。例如，如果一本视听用户手册融合了交互式图形、示意图、故障排除树、操作情境，那么就可以极大地降低培训成本和现场产品支持成本。与此类似，如果能显示来自远程的、点播的流视频和音频，就可以大大提高各种连接到高带宽网络的嵌入式系统的价值。环绕声和3d图形可以给予产品新的虚拟现实、仿真和游戏功能，这是不具备环绕声和3d图形的同类设备做不到的。

　　多数多媒体策略将给嵌入式系统带来新的硬件和软件要求。针对大多数此类系统的设计需要视频和高保真音频数据压缩，以便在通信通道上传输或本地存储。除了系统内的高带宽数据通信通道以外，还需要各种压缩及解压算法，即编解码器，以及快速处理器或专用硬件。drm（数字版权管理）软件也许是必要的，这取决于系统必须再现的信息。通往互联网或本地网络服务器的高速连接也是必要的，用于传输远程视频数据。如果操作系统具有实时功能、内置多媒体功能、设备驱动程序，就将节省开发时间。
　　有损压缩

　　多媒体应用很容易为数据压缩给出足够的正当理由。未压缩的、每像素具有24颜色比特、分辨力为600像素×800像素的图像，需要1.44mb存储空间。经过jpeg压缩后，该图像只需要上述存储空间的十分之一左右。对于视频，效果甚至更加戏剧性。一个720像素×480像素/帧、24比特/像素、30帧/秒的ntsc视频流，需要的数据速率超过20mb/s，需要超过36gb的空间来存储半小时片段，但根据算法和图像内容的不同，视频压缩可以按30:1左右的比例来降低对带宽和存储要求。多数压缩方法是有损失的，它们通过删掉图像中的数据来缩小文件大小。这种情况意味着：您无法从压缩数据精确地再现原始的未压缩图像。开发人员使用各种主观和客观的图像比较来判断压缩算法的质量。

　　针对照片和视频的典型压缩算法的工作方式是把图像分割成小块，然后把每个小块变换成频域表示。各种典型算法都对图像的8像素x8像素块执行离散余弦变换，产生64个频域系数。由于人眼对低频系数代表的大物体更敏感，因此，通过减少或排除很多高频系数，就可以压缩图像，并使人感觉到的变化达到最低程度。由于许多系数的值为零，因此行程编码用一个数代替了多个值，以缩小块尺寸。经过传输或存储之后，反向余弦变换把频率系数还原成8像素x8像素的图像块。正向余弦变换和反向余弦变换在处理要求方面相似，在一块典型的dsp上都只需要几百个指令周期。

　　当前流行的图像和视频压缩标准是由两家主要组织来定义和维护的。itu（国际电信联盟）专门从事电信应用，并支持针对视频电话的各项h.26x标准。iso（国际标准化组织）的重点是消费应用，定义了针对固定图像压缩的各种jpeg标准和针对视频的各种mpeg标准。iso的jpeg成为了第一种流行的图像压缩标准，并仍用于大多数数码相机和互联网页。虽然开发者尚未广泛采用jpeg2000，但该标准把压缩效果改善了大约30%，这是因为它用离散小波变换代替了余弦变换。开发者们还普遍使用一些专有的压缩算法，比如realnetworks公司的realvideo和微软公司的windowsmedia9。

　　itu开发了h.261，这是该组织首批视频压缩标准之一，用于数据速率低、运动较少的视频会