基于TMS320DM6446的H.264編碼器實現(xiàn)與優(yōu)化

幀間預測模式的改進：將當前的16×16宏塊劃分為4個8×8宏塊，分別預測其運動矢量，然后以左右相鄰、上下相鄰的2個8×8塊的運動矢量的差值和閾值相比較為依據(jù)，判定是否進行16×8、8×16等分塊模式的預測，最后選擇開銷最小的劃分模式為最佳幀間劃分模式。
(3)指令級優(yōu)化 DM6446一個時鐘周期內(nèi)可并行運行8條指令，一次可存取64位數(shù)據(jù)，內(nèi)部擁有64個32位通用寄存器，并且支持對寄存器中的4個8位字節(jié)或2個16位字節(jié)分別進行運算處理，這些使得DM6446具有很強的并行運算能力。視頻圖像的像素尺寸一般是4的倍數(shù)，X264中像素的值是用8位或16位數(shù)據(jù)按矩陣形式有規(guī)律的存儲，這種數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)與DM6446的并行處理方式很契合。因此對X264程序進行指令優(yōu)化充分發(fā)揮DM6446的并行運算能力，是提高編碼器速度的關(guān)鍵。主要分為以下兩部分：①使用內(nèi)聯(lián)函數(shù)優(yōu)化；C6000編譯器提供了許多內(nèi)聯(lián)函數(shù)intrinsics，它們是匯編指令映射的在線函數(shù)，不宜用C語言實現(xiàn)其功能的匯編指令都有對應(yīng)的intrinsics函數(shù)。這樣就可在C語言結(jié)構(gòu)中直接使用內(nèi)聯(lián)函數(shù)實現(xiàn)對多個數(shù)據(jù)的并行運算操作。如：未使用內(nèi)聯(lián)函數(shù)優(yōu)化前X264程序調(diào)用一次雙線性內(nèi)插函數(shù)只能計算一個亞像素點的值，而使用內(nèi)聯(lián)函數(shù)_mem4()、_avgu4()等進行優(yōu)化后，一次可以計算4個亞像素點的值，大大提高了運算速度。②使用線性匯編語言優(yōu)化：由于線性匯編不需要考慮寄存器分配、指令延遲、并行指令安排等因素。因此可以利用CCS提供的profile分析工具將使用頻率高、耗時多的函數(shù)抽取出來，根據(jù)事先已知的數(shù)據(jù)間的相關(guān)性等信息，在程序中直接改寫函數(shù)匯編，人工優(yōu)化。涉及的算法有：SAD、SSD的計算；DCT變換；反DCT變換、亞像素搜索等。

4 實驗結(jié)果
選取具有代表性的視頻序列carphone(人物運動幅度較大)、news(背景變化，人物運動幅度不大)、container(背景簡單，景物運動緩慢)進行編碼。視頻為YUV 4：2：0格式．QCIF，量化步長定為26，共50幀，采用IPPP…編碼模式。DM6446的時鐘頻率為600 MHz。表1為優(yōu)化后峰值信噪比、消耗時鐘周期、碼率等實驗結(jié)果。表2為優(yōu)化前后編碼時鐘周期對比，I幀編碼速度平均提高了9倍，P幀編碼速度平均提高了11倍。

以視頻Miss-America為例，研究、對比移植優(yōu)化后的編碼器在不同的量化步長值(QP)下，圖像的壓縮質(zhì)量，如圖4所示。

5 結(jié)論
移植優(yōu)化后的X264編碼器在CCS環(huán)境下可正確編碼，在量化步長值26下編碼圖像質(zhì)量較高，優(yōu)化后編碼速度較優(yōu)化前有明顯提升。介紹的H.264視頻編碼系統(tǒng)的硬件設(shè)計，和X264編碼器針對DM6446平臺移植、優(yōu)化的思路和方法，對構(gòu)建高效的視頻應(yīng)用平臺具有一定的參考價值。