基于H．264視頻編解碼DSP實(shí)現(xiàn)與優(yōu)化

2 H．264的視頻編解碼的DSP平臺(tái)實(shí)現(xiàn)
在數(shù)字圖像處理中，要完成大量的數(shù)字信號(hào)處理工作，特別是對(duì)于H．264這樣的新一代視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)。就其Baseline而言，其解碼復(fù)雜度是同等情況下H．263的2倍，而編碼復(fù)雜度更是H．263的3倍，解決這種高運(yùn)算量問(wèn)題，很大程度上依賴(lài)于高速DSP技術(shù)，而且采用半導(dǎo)體制造工藝生產(chǎn)的DSP處理器可以有更低的功耗。因此為圖像的實(shí)時(shí)壓縮處理搭建了一個(gè)合理的DSP硬件平臺(tái)。
TI公司生產(chǎn)的DM64X系列芯片具有超高主頻、很強(qiáng)的并行處理能力和信號(hào)處理功能，是實(shí)現(xiàn)H．264編解碼的理想平臺(tái)。
TI公司生產(chǎn)的642系列是一款專(zhuān)門(mén)面向多媒體應(yīng)用的專(zhuān)用DSP，該DSP時(shí)鐘頻率高達(dá)600 MHz，8個(gè)并行運(yùn)算單元，處理能力達(dá)4 800 MIPS。它是在C64X的基礎(chǔ)上，增加了很多外圍設(shè)備和接口?？梢?jiàn)，DM642是一個(gè)強(qiáng)大的多媒體處理器，是構(gòu)成多媒體通信系統(tǒng)的良好平臺(tái)。它豐富的外圍接口使得它近乎是一個(gè)多媒體嵌入式系統(tǒng)的單芯片硬件平臺(tái)；它的完全可編程性，又使它能夠兼容正在發(fā)展的各種多媒體信號(hào)處理標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)成通用的軟件平臺(tái)。
該系統(tǒng)主要是為了對(duì)模擬視頻圖像(PAL制式)進(jìn)行采集，之后對(duì)其進(jìn)行壓縮，然后把壓縮后的數(shù)據(jù)通過(guò)擴(kuò)頻的方式發(fā)送到接收端，在接收端接收碼流后由DSP進(jìn)行解壓縮，之后再由DSP負(fù)責(zé)圖像的顯示，存儲(chǔ)等。所以總體設(shè)計(jì)方案必須包括視頻的輸入／輸出、網(wǎng)絡(luò)等接口。設(shè)計(jì)圖如圖2所示。

在發(fā)送端，視頻輸出由視頻A／D芯片先轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻信號(hào)，然后輸入到DM642的視頻端口2，由DM642進(jìn)行圖像采集，并把圖像數(shù)據(jù)送入SDRAM中，同時(shí)DM642對(duì)視頻圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)壓縮，并把壓縮后的數(shù)據(jù)通過(guò)McBSP發(fā)送到信道編碼部分，完成發(fā)送端的工作。在接收端，接收由信道譯碼部分送來(lái)的壓縮圖像數(shù)據(jù)，然后由DM642完成圖像的實(shí)時(shí)解壓，并把解壓后的數(shù)據(jù)送到SDRAM中，然后把解壓后的圖像數(shù)據(jù)送人視頻端口0，再由視頻端口0把數(shù)據(jù)送入視頻D／A，完成視頻的實(shí)時(shí)顯示。圖2中音頻／視頻接口作為擴(kuò)展，10／100Mb／s的以太網(wǎng)卡以及USB控制器外設(shè)主要是為了方便接收端直接把數(shù)字視頻信號(hào)傳送到計(jì)算機(jī)或者終端各處，供電及復(fù)位電路完成對(duì)電路板的供電及復(fù)位功能。

3 H．264的視頻編解碼的DSP優(yōu)化
將H．264編碼器移植到DM642圖像處理平臺(tái)上，由于H．264的核心算法不僅在代碼結(jié)構(gòu)上需要改進(jìn)，而且在具體的核心算法上也需要做較大的改動(dòng)，因此整個(gè)系統(tǒng)的編碼速度非常令人不滿(mǎn)意，達(dá)不到實(shí)時(shí)應(yīng)用的要求，因此需要從各個(gè)方面對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，將編碼的時(shí)間減少下去。首先去除了編碼器中的冗余代碼，然后優(yōu)化工作分三步：在PC機(jī)上實(shí)現(xiàn)H．264算法并進(jìn)行優(yōu)化；PC機(jī)H．264代碼的DSP化，可以在DSP上實(shí)現(xiàn)H．264的編解碼算法，但是，這樣實(shí)現(xiàn)的算法運(yùn)行效率很低，因?yàn)樗械拇a都是由C語(yǔ)言編寫(xiě)，并沒(méi)有完全利用DSP的各種性能，所以必須結(jié)合DSP本身的特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)一步優(yōu)化，才能實(shí)現(xiàn)H．264視頻解碼器算法對(duì)視頻圖像的實(shí)時(shí)處理，即要H．264的DSP算法優(yōu)化。對(duì)于DSP代碼的優(yōu)化共分為三個(gè)層次：項(xiàng)目級(jí)優(yōu)化、C程序級(jí)優(yōu)化、匯編程序級(jí)優(yōu)化。

4 結(jié)語(yǔ)
在上述環(huán)境下，解碼器算法對(duì)QCIF測(cè)試序列已經(jīng)能夠達(dá)到45～60 f／s的解碼速度，達(dá)到了實(shí)時(shí)性解碼的目的。測(cè)試結(jié)果表明，圖像主觀質(zhì)量較好，無(wú)明顯方塊效應(yīng)，碼率也比較低。另外，圖像編碼的實(shí)時(shí)性能與圖像的內(nèi)容、運(yùn)動(dòng)的劇烈程度等都有一定的關(guān)系。在DM642板卡上實(shí)現(xiàn)的H．264視頻編解碼器具有功能強(qiáng)，使用靈活等特點(diǎn)，有廣泛的應(yīng)用前景。相信在不久的將來(lái)，基于H．264算法和DSP處理器的可視電話(huà)、視頻會(huì)議、有線(xiàn)電視、無(wú)線(xiàn)流媒體通信等產(chǎn)品會(huì)逐漸地走進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)，視頻編解碼器在嵌入式處理終端上的應(yīng)用會(huì)漸漸地成為應(yīng)用的主流。