基于DSP的機載視頻圖像實時壓縮與處理系統(tǒng)

　　2. 3 系統(tǒng)工作流程

　　系統(tǒng)由初始化模塊、采集模塊、壓縮模塊、打包編幀模塊、存儲模塊和傳輸模塊組成。其工作流程如圖2 所示。

圖2 機載圖像將壓縮處理子系統(tǒng)軟件工作流程

　　初始化模塊完成對程序從Flash 中導入內(nèi)存、DSP各端口及解碼芯片工作模式的設置及全局數(shù)據(jù)的申請及初始化， 并啟動對視頻端口狀態(tài)的查詢。當定時檢測到視頻端口緩沖區(qū)中有數(shù)據(jù)時， 將端口緩沖區(qū)中的原始數(shù)據(jù)根據(jù)接收的控制命令進行指定大小大抽取， 輸出YUV4: 2: 0格式的圖像數(shù)據(jù)緩存到外圍存儲模塊中。壓縮模塊將采集的圖像數(shù)據(jù)進行MPEG-4 壓縮。打包、編幀模塊將壓縮后的MPEG-4 編碼數(shù)據(jù)進行實時打包， 并對打包后的數(shù)據(jù)進行連續(xù)的實時編幀。當數(shù)據(jù)包緩沖區(qū)中無數(shù)據(jù)時，便在傳輸幀中插入空數(shù)據(jù)。編幀完的數(shù)據(jù)64 位并行緩存到外圍SDRAM 中。在FIFO 中斷服務程序中， 啟動一次DMA 傳輸， 將緩存在SDRAM 中的幀數(shù)據(jù)流傳輸?shù)紽IFO 中， 實現(xiàn)256 KB/ s 的恒定速率的數(shù)據(jù)傳輸。

　　需要注意的是原始圖像和壓縮碼流在DSP 中的存儲。視頻端口、編碼程序都要訪問原始圖像， 例如在某一時刻，編碼程序訪問當前幀圖像， 而視頻端口正在輸入下一幀圖像， 為了避免訪問沖突， 原始圖像在DSP 中采用三緩沖區(qū)進行管理。壓縮碼流由編碼程序?qū)懭耄?根據(jù)FIFO 狀態(tài)恒定碼率輸出， 所以采用環(huán)式存儲管理協(xié)調(diào)讀寫的步調(diào)。

　　2. 4 內(nèi)存分配

　　DM642 片內(nèi)只有256 KB 的存儲空間， 因此當前幀、參考幀和當前幀的重建幀都必須放至片外存儲器， 壓縮碼流若被主機讀取， 也放至片外。其他數(shù)據(jù)如程序代碼、全局變量、VLC碼表、各編碼模塊產(chǎn)生的中間數(shù)據(jù)等均可放至片內(nèi)。

　　由于CPU 訪問片外的速度通常要比訪問片內(nèi)慢幾十倍， 片外數(shù)據(jù)的傳輸通常成為程序運行時的瓶頸， 即使代碼效率很高， 流水線也會因為等待數(shù)據(jù)而被嚴重阻塞。解決這一問題的有效方法是用EDMA 傳送數(shù)據(jù)。程序是逐個宏塊進行編碼時， 在編碼當前宏塊的同時， EDMA 將下一個宏塊的數(shù)據(jù)、用到的參考幀數(shù)據(jù)由片外傳送至片內(nèi)；當前宏塊做完成運動補償后， EDMA 將重建后的宏塊由片內(nèi)傳送至片外。這樣CPU 只對片內(nèi)數(shù)據(jù)進行操作， 使得流水線可以順利進行， 而壓縮碼流按逐個碼字有時間間隔地寫入， 可由CPU 直接寫至片外。

　　3 基于DM642 的軟件優(yōu)化技術

　　為了提高代碼的執(zhí)行效率， 必須充分利用C64x CPU的VL IW 和流水線結構對其進行優(yōu)化， 使程序無沖突地并行執(zhí)行[ 6] 。MPEG 4 編碼程序中包含大量的循環(huán)體， 例如計算量化、DCT、半像素插值、運動補償和構建重建幀等。這些循環(huán)體代碼并不復雜， 且執(zhí)行次數(shù)頻繁， 占據(jù)了編碼的絕大部分時間， 因此循環(huán)體的優(yōu)化是重點。本文所采取的代碼優(yōu)化為C 語言優(yōu)化和編寫線性匯編兩個步驟，主要從消除數(shù)據(jù)相關性、數(shù)據(jù)打包和循環(huán)體的軟件流水3個方面進行優(yōu)化。

　　3. 1 針對C語言的優(yōu)化

　　C 代碼的優(yōu)化主要依靠開發(fā)環(huán)境CCS 的編譯器完成， 編程者需要合理選擇編譯選項， 并利用特定的關鍵字和指令向編譯器提供優(yōu)化信息 。例如關鍵字rest rict 用來消除數(shù)據(jù)間的相關性， 編譯器從而可以安排語句的并行執(zhí)行 ; 內(nèi)聯(lián)函數(shù)_ nasser t 有助于數(shù)據(jù)的打包處理； 宏指令# pragma MU ST _IT ERAT E 告訴編譯器有關循環(huán)迭代次數(shù)的信息， 編碼器會根據(jù)這一信息進行軟件流水。

　　3. 2 用線性匯編改寫關鍵代碼

　　線性匯編是TMS320C6000 特有的一種編程語言， 介于高級語言和匯編語言之間。它可以指定指令用到的寄存器和功能單元， 更易于對數(shù)據(jù)的打包處理。

　　線性匯編代碼的并行處理和軟件流水由匯編優(yōu)化器完成， 編程者需要熟悉C64x DSP 的CPU 結構和指令集， 認真設計代碼并充分利用編譯器的反饋信息合理修改代碼， 才能寫出高質(zhì)量的線性匯編。本設計中程序主框架采用C 語言編寫， 其它各關鍵部分的代碼采用線性匯編實現(xiàn)。

　　4 結果分析

　　本壓縮系統(tǒng)在對標準Foreman 序列、地面人群及道路車輛等視頻序列進行壓縮測試。對D1 分辨率視頻序列能夠?qū)崿F(xiàn)25 幀/ 秒實時的壓縮編碼， 壓縮碼率為1. 8 Mb/ s, 解碼圖像視覺效果良好， 經(jīng)編幀后輸出250KB/ s 恒定基帶碼流。在圖像傳輸中沒有出現(xiàn)數(shù)據(jù)擁塞和丟失現(xiàn)象。有效滿足了高清晰機載圖像幀察的目的。

　　5 結束語

　　本文以TMS320DM642 芯片為中心， 詳細介紹了機載圖像實時壓縮系統(tǒng)的設計及MPEG 4 實時編碼器的優(yōu)化。系統(tǒng)經(jīng)測試實現(xiàn)了高分辨率圖像的實時壓縮和實時編幀傳輸， 滿足了系統(tǒng)設計需求。本文采用MPEG 4Simlpe Profile 算法， 在算法方面還有一定的研究空間。