H．264算法的DSP移植與優(yōu)化

摘要：在TMS320DM643平臺上實現(xiàn)H．264基檔次編碼器的移植與優(yōu)化顯得格外實用和必要。基于對DSP平臺的結(jié)構(gòu)特性和H．264的計算復(fù)雜度分析，主要從核心算法、數(shù)據(jù)傳輸和存儲器／Cache使用幾方面對H．264編碼器進行了優(yōu)化。實驗結(jié)果表明，對于CIF格式的視頻序列，優(yōu)化后的H．264編碼器能夠達到每秒高于24幀的編碼速度，滿足了視頻處理對于實時性的要求。
關(guān)鍵詞：H．264編碼；TMS320DM643；算法優(yōu)化

0 引言
針對視頻通信中傳輸帶寬或存儲容量與視頻質(zhì)量的矛盾，ITU-T的VCEG和ISO／IEC的MPEG聯(lián)合制定了低碼率視頻壓縮標準H．264。相對于以往的標準，H．264除了增強了網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)能力外，大幅度提高了壓縮編碼效率，在相同的碼率下能夠獲得更高的主客觀質(zhì)量。2003年5月，H．264／AVC標準正式推出，正式名稱為H．264 MPEG-4 part 10 AVC(Advanced Video Coding)，以下簡稱為H．264標準。

1 編碼器
H．264仍采用圖像預(yù)測和變換編碼相結(jié)合的編碼結(jié)構(gòu)，編碼器采用的仍是變換和預(yù)測的混合編碼法。輸入的幀或場以宏塊為單位被編碼器處理。首先，按幀內(nèi)或幀間預(yù)測編碼的方法進行處理。如果采用幀內(nèi)預(yù)測編碼，其預(yù)測值PRED是由當前片中前面己編碼的參考圖像經(jīng)運動補償(MC)后得出，與解碼所需的一些邊信息(如預(yù)測模式量化參數(shù)、運動矢量等)一起組成一個壓縮后的碼流，經(jīng)NAL(網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)層)供傳輸和存儲用。為了提供進一步預(yù)測用的參考圖像，編碼器必須有重建圖像的功能。因此必須使殘差圖像經(jīng)反量化、反變換后得到。為了去除編碼解碼環(huán)路中產(chǎn)生的噪聲，為了提高參考幀的圖像質(zhì)量，從而提高壓縮圖像性能，設(shè)置了一個環(huán)路濾波器。即重建圖像可用作參考圖像。
1．1 視頻編碼的硬件結(jié)構(gòu)
H．264視頻編碼器硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。FLASH模塊用于存放程序，EEPROM用于存放編碼系統(tǒng)的初始化配置信息和系統(tǒng)MAC層地址。片內(nèi)SRAM用于緩存當前正在處理的宏塊數(shù)據(jù)，以及一些頻繁調(diào)用的數(shù)據(jù)段和程序段。外接存儲器SDRAM主要用于存儲原始幀、參考幀和重建幀的源數(shù)據(jù)。片內(nèi)、片外存儲器之間的數(shù)據(jù)傳輸借助EDMA在后臺操作，這樣可并行處理數(shù)據(jù)傳輸和運算操作，提高效率。

1．2 DSP芯片簡介
DM643的EDMA可在64個獨立的通路上，提供超過2GB／s的I／O帶寬。此外，運用兩級片內(nèi)高速緩存Cache和64位外部存儲器接口(EMIF)，可方便地實現(xiàn)與同步／異步存儲器的無縫連接。DM643還集成了多種新型的片內(nèi)外設(shè)，以適應(yīng)于媒體數(shù)字化處理和網(wǎng)絡(luò)通信的應(yīng)用：(1)三個可配置的視頻端口，提供和通用視頻A／D和D／A芯片的無縫接口；(2)壓控晶體振蕩器插值控制端口，用于與MPEG-2傳輸流接口時的系統(tǒng)時鐘恢復(fù)；(3)管理數(shù)據(jù)輸入輸出模塊，用于列舉系統(tǒng)中的物理層設(shè)備并監(jiān)視它們的連接狀態(tài)。