基于DM6446的数字多媒体播放系统的设计

论文摘要

伴随着数字技术的飞速发展,视频数字化的时代已经来临。数字技术正在使人们的视频体验、传输方式、交换方式发生着深刻的变化。数字视频的播放需要有专门的数字多媒体放映系统。传统的ASIC （专用集成电路）是针对特定的需求而设计的集成电路,往往限定了器件的用途及功能,面对不断变化的多媒体标准与应用,很难满足多功能、低成本、高灵活性的要求。但是,达芬奇（DaVinci）技术的出现和发展,使上述的一切发生了根本性地改变。以双核处理器TMS320DM6446为核心的数字视频开发平台,为我们提供了一个很好的硬件解决方案,基于DaVinci技术的软件框架结构,为视频的研发提供了高效的软件开发方法。文中首先介绍了高集成度数字视频处理芯片（TMS320DM6446）的结构特点,并结合实际应用中的需要,以处理器TMS320DM6446为核心,在借鉴北京达盛科技公司EL-DM6446达芬奇开发套件基础上,给出了数字多媒体播放器硬件系统的总体设计方案,同时对硬件系统的各个模块的功能进行了详细的阐述。主要包括：DDR2模块、Flash模块、ATA控制器模块、视频处理子系统、以太网媒质访问控制器模块以及UART控制器模块。双核处理器DM6446的ARM核运行Linux操作系统,为应用程序的开发提供了良好的系统调度；DSP核具有的高效处理速度,极大地增强了音视频的解码能力。因此,以DM6446为核心的数字视频硬件开发平台是我们实现数字多媒体视频播放系统的首选。本论文重点研究的是“基于DM6446的数字多媒体播放系统”的软件部分的开发工作,主要是为了解决数字电影终端放映设备的迫切需求问题,首先在以TMS320DM6446双核处理器为核心的硬件开发平台上,构建了嵌入式Linux操作系统,搭建了DaVinci软件开发环境,利用DaVinci高层Linux的支持、标准化的API以及产品化的底层驱动器,通过Codec Engine执行框架,完成了数字多媒体解码器的开发,实现对不同格式音视频文件（MPEG-2、MPEG-4、H.264、AAC、MP3、G.711）的解码,通过系统的模拟接口输出,在视频输出屏上在线显示,解码分辨率可以达到720×576。同时,为了保证数字视频的安全性,避免视频数据被非法窃取或恶意篡改,本文在达芬奇硬件开发平台上移植了AES-128高级对称加密算法,并以MPEG-2视频为例,通过分析其视频流结构以及帧间编码方式,研究了不同安全级别下的MPEG-2视频系统的加密方案,并从AES-128算法本身的结构特性以及TMS320DM6446双核处理器特点两方面,采用四种不同的优化策略对AES-128加密算法进行优化,使其满足实时性的要求。最后,在解码的同时,使用私有密钥对已加密的视频进行解密,保证了数字视频的无损实时播放。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 数字电影技术
• 1.1.1 数字电影技术概述
• 1.1.2 数字电影的优势
• 1.1.3 数字电影技术的发展
• 1.2 达芬奇数字多媒体技术
• 1.2.1 DaVinci技术简介
• 1.2.2 DaVinci数字多媒体处理器
• 1.2.3 DaVinci技术的应用前景及优势
• 1.3 本课题研究的背景与意义
• 1.4 本论文的主要研究内容与结构
• 第2章 数字多媒体播放器硬件系统设计
• 2.1 TMS320DM6446处理器及功能结构介绍
• 2.2 ARM子系统
• 2.3 DSP子系统
• 2.4 视频处理子系统
• 2.5 外部存储接口
• 2.6 外部控制模块
• 2.7 DM6446总线共享
• 2.8 硬件系统总体设计
• 2.9 本章小结
• 第3章 数字多媒体播放器软件系统设计
• 3.1 DaVinci系统软件框架结构
• 3.2 达芬奇中间框架Codec Engine
• 3.2.1 中间件介绍
• 3.2.2 嵌入式系统中间件
• 3.2.3 Codec Engine框架
• 3.3 数字多媒体播放器软件开发
• 3.3.1 DaVinci软件开发方法
• 3.3.2 多媒体解码器Codec开发
• 3.3.3 Codec Server创建
• 3.3.4 ARM端解码应用程序设计
• 3.4 本章小结
• 第4章 AES算法在MPEG-2视频中的实现与优化
• 4.1 MPEG-2压缩编码技术
• 4.1.1 MPEG-2系统
• 4.1.2 MPEG-2帧间编码结构
• 4.1.3 MPEG-2视频编码方式
• 4.1.4 MPEG-2视频解码方式
• 4.2 高级数据加密标准AES算法
• 4.2.1 AES算法简介
• 4.2.2 AES算法原理
• 4.3 MPEG-2视频加密系统设计
• 4.3.1 MPEG-2视频系统加密方案
• 4.3.2 AES-128算法在MPEG-2视频系统中实现
• 4.3.3 AES-128算法优化
• 4.3.4 优化前后算法性能分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 系统测试
• 5.1 嵌入式Linux操作系统配置
• 5.1.1 Bootloader概述
• 5.1.2 Monta Vista Linux配置与下载
• 5.1.3 硬盘文件系统制作
• 5.1.4 系统引导方式设置
• 5.2 系统结果测试
• 5.2.1 测试环境搭建
• 5.2.2 测试文件准备
• 5.2.3 实验结果测试
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢