基于TMS320VC550的JPEG視頻壓縮系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

5 JPEG優(yōu)化

　　JPEG算法在DSP上實(shí)現(xiàn)需要解決編碼速度問(wèn)題。片上內(nèi)存資源的有限性使得大部分的程序代碼和數(shù)據(jù)不得不放在片外，大量的圖像數(shù)據(jù)在慢速的SDRAM存儲(chǔ)器中，對(duì)其訪問(wèn)和算術(shù)運(yùn)算是影響系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素之一。因此，應(yīng)從內(nèi)存分配和代碼優(yōu)化兩個(gè)方面來(lái)優(yōu)化程序，提高編碼效率。

　　5．1 數(shù)據(jù)內(nèi)存優(yōu)化

　　由于VC5509A的片上存儲(chǔ)器包括32 Kx16位DARAM，96 Kx16位SARAM，共128 K位的存儲(chǔ)空間。其中DARAM為雙訪問(wèn)內(nèi)存，即在一個(gè)周期內(nèi)可完成兩次數(shù)據(jù)訪問(wèn)，SARAM為單訪問(wèn)內(nèi)存，即在一個(gè)周期內(nèi)只能完成一次數(shù)據(jù)訪問(wèn)，片外內(nèi)存為擴(kuò)展的SDRAM，訪問(wèn)其需要額外的等待時(shí)間，執(zhí)行效率比較低。因此在算法設(shè)計(jì)中應(yīng)合理安排內(nèi)存分配，盡量將訪問(wèn)頻繁的程序代碼和數(shù)據(jù)放在片內(nèi)內(nèi)存中，特別是DARAM中，可以提高編碼效率。

　　5．2 C代碼優(yōu)化

　　在JPEG的編碼中，根據(jù)VC5509A結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及結(jié)合圖像數(shù)據(jù)量大的特點(diǎn)，提高編碼效率，考慮程序編寫(xiě)和優(yōu)化如下：

　　(1)利用編譯器優(yōu)化，開(kāi)啟編譯器的優(yōu)化選項(xiàng)，包括基本優(yōu)化、文件級(jí)優(yōu)化和程序級(jí)優(yōu)化。

　　(2)使用本征(intrinsics)函數(shù)，C55x提供了一種特殊函數(shù)一本征函數(shù)，可迅速優(yōu)化C代碼。本征甬?dāng)?shù)前有個(gè)下劃線“一”，調(diào)用方法和普通函數(shù)相同。

　　(3)使用圖像庫(kù)，TI提供基于C55x的圖像庫(kù)IMGLIB，庫(kù)中都是圖像處理常用的函數(shù)，而且可以用C語(yǔ)言調(diào)用，匯編優(yōu)化好，執(zhí)行效率高，因此盡量用庫(kù)函數(shù)。在JPEG編碼中比較關(guān)鍵的是DCT變換可調(diào)用庫(kù)函數(shù)中的IMG_sw_fdct_8x8(short*fdct_data，short， *inter_buffer)，該函數(shù)完成一次DCT變換需用1 078個(gè)時(shí)鐘周期。大大提高JPEG的編碼效率。

　　(4)高效使用MAC硬件，C55x有專門的硬件高效執(zhí)行MAC運(yùn)算。一個(gè)周期中可以執(zhí)行一個(gè)單乘加或一個(gè)雙乘加(dual-MAC)運(yùn)算。

　　(5)使用特殊數(shù)據(jù)類型(register類型、volatile類型、const類型)，對(duì)于需要多次重復(fù)訪問(wèn)的變量，如for循環(huán)中的變量值，一般可設(shè)置為register型變量。聲明變量為register型能提高效率，但必須小心使用。在某些編譯器中，優(yōu)化器會(huì)自動(dòng)分配一些變量為register 型。

　　(6)減少判斷循環(huán)，在使用判斷方式選取控制語(yǔ)句時(shí)應(yīng)盡量減少判斷轉(zhuǎn)移。DSP多采用流水線結(jié)構(gòu)。由于TMS320C55X采用7級(jí)流水線結(jié)構(gòu)，頻繁的轉(zhuǎn)移指令使得流水線難以發(fā)揮作用。

　　另外。DSP的大多數(shù)指令為單周期指令，但轉(zhuǎn)移類指令卻通常要耗費(fèi)較多的機(jī)器周期。因此，應(yīng)盡可能減少程序中的轉(zhuǎn)移分支，以提高程序的效率。

　　6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　6．1 壓縮效果實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　通過(guò)改變量化因子Q，改變圖像的壓縮比。壓縮比越大，壓縮過(guò)程中的視覺(jué)損失越大，壓縮后的圖片越不清晰。圖6為采用不同的量化因子Q的壓縮前后效果比較圖。其中，圖6a為未壓縮，大小57．4 KB的原始BMP圖像，圖6b為壓縮后大小為5．18 KB的圖像，圖6c為壓縮后大小5．18 KB的圖像。由圖知，壓縮后的圖像與原始圖像在視覺(jué)效果上相差不大。當(dāng)Q=50時(shí)，壓縮后圖像所需存儲(chǔ)空間僅為原圖像的1／14。

　　6．2 壓縮耗時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　對(duì)于一個(gè)8x8數(shù)據(jù)塊，各步耗時(shí)如下：分塊：1．335μs；DCT變換：5． 39μs；量化：1．355μs；哈夫曼編碼：3．375μs。說(shuō)明一個(gè)8x8數(shù)據(jù)塊總耗時(shí)為11．455μs，一幀720x576灰度圖像的壓縮總耗時(shí)為90x72x11．455=74 228．4μs，再加上其他輔助操作，實(shí)際耗時(shí)約75 ms。根據(jù)上述結(jié)果，在1 s內(nèi)向上位機(jī)發(fā)送13幀720x576的灰度圖像，基本滿足系統(tǒng)要求。

　　7 結(jié)束語(yǔ)

　　介紹基于TMS320VC5509A DSP的JPEG視頻壓縮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方案，該系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)采用DSP+FPGA的方案，充分發(fā)揮了各自優(yōu)勢(shì)；而軟件設(shè)計(jì)針對(duì)C55x的結(jié)構(gòu)進(jìn)行程序結(jié)構(gòu)和算法優(yōu)化，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證達(dá)到較好的實(shí)時(shí)效果。由于該系統(tǒng)體積小、功耗低，適用于一些野外圖像采集、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控等需要連續(xù)傳輸圖像的場(chǎng)合。