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基于H.264解碼器的軟件優(yōu)化

作者: 時間:2010-08-11 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
1 引言

是在ITU-T和ISO/IEC等組織先前制定的編碼標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上提出的,它與現(xiàn)今國際上大多數(shù)的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)一樣,例如、H.263、MPEG-2、MPEG-4都是采用塊的離散余弦變換與量化相結(jié)合的混合編碼技術(shù)。分塊的離散余弦變換具有壓縮率高,計算復(fù)雜度低。易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。具有以下特點(diǎn):比H.263+和MPEG-4(SP)減小50%碼率;對信道時延的適應(yīng)性較強(qiáng);提高差錯恢復(fù)能力;復(fù)雜度可分級設(shè)計,以適應(yīng)不同復(fù)雜度的應(yīng)用;引入先進(jìn)技術(shù),包括4×4整數(shù)變換、空域內(nèi)的幀內(nèi)預(yù)測、1/4像素精度的運(yùn)動估計新技術(shù)帶來較高的編碼比,同時大大提高算法的復(fù)雜度。因此,H.264技術(shù)已廣泛應(yīng)用于高清視頻的編解碼設(shè)備。

視頻解碼算法的熵解碼、反量化、反變換、幀內(nèi)預(yù)測、幀間亮度插值、幀間色度插值以及去方塊濾波等稱為核心模塊,減少這些核心模塊的等待時間對加快的工作具有重要意義。本文在DSP-BF533平臺上,利用流水的思想,針對模塊間協(xié)同工作提出一種新型的設(shè)計方案。

2 H.264原理

H.264編碼器結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由以下幾部分組成:網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)提取層(NAL)、VAL緩存器、熵解碼、反掃描反量化反變換、幀間預(yù)測、幀內(nèi)預(yù)測、圖像參考幀緩存器、去方塊濾波,如圖1所示。首先從碼流中獲取NAL單元數(shù)據(jù),通過RBSP解析出序列參數(shù)集、圖像參數(shù)集和圖像數(shù)據(jù)。把數(shù)據(jù)和參數(shù)存儲在VCL緩存器中,然后再在視頻編碼層(VCL Table)中熵解碼。熵解碼模塊(VLD)解析所有參數(shù)和參考圖像索引等,提供各種控制信息和殘差數(shù)據(jù)。通過反量化反變化先將一維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成二維數(shù)組或矩陣,再通過逆掃描過程將變換系數(shù)量化值序列映射到對應(yīng)坐標(biāo),主要有逆zig_zag掃描和逆場掃描兩種模式。之后讀取數(shù)據(jù)讀取并進(jìn)行判斷、幀內(nèi)預(yù)測和幀間預(yù)測,再綜合所有預(yù)測和反變換反量化的數(shù)據(jù),最后進(jìn)行方塊濾波,這樣能夠大大減輕因預(yù)測、量化而產(chǎn)生的塊效應(yīng),從而獲得更好的主觀圖像質(zhì)量和客觀性能。同時還可選取已恢復(fù)的圖像作為后續(xù)處理圖像的參考幀。


3 DSP-BF533的設(shè)計與

3.1 解碼器設(shè)計框圖

根據(jù)DSP-BF533的內(nèi)含存儲器控制器(DMA)的特點(diǎn),設(shè)計一個整合DMA的解碼流程,如圖2所示。把兩個與DMA有關(guān)的步驟添加到普通解碼器中,步驟1是從片外存儲器中讀取數(shù)據(jù);步驟2是將已處理好的數(shù)據(jù)輸出到片外存儲器。

從圖2中可看到具體流程:①對下一個宏塊進(jìn)行頂部數(shù)據(jù)分割,分割出殘差數(shù)據(jù)之前的數(shù)據(jù)。同時為解碼提供幀內(nèi)預(yù)測、參考圖像索引和向量;②啟動DMA讀取分割出來的數(shù)據(jù),其中也要讀入解碼參考圖像索引和向量;③對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測;④利用底部分割讀入的映射數(shù)據(jù),進(jìn)行反變換和反量化;⑤通過濾波重建圖像;⑥通過DMA把圖像數(shù)據(jù)輸出到片外和片內(nèi)存儲器;⑦對下一個宏塊進(jìn)行底部數(shù)據(jù)分割,然后取出映射數(shù)據(jù)供下一個宏塊解碼使用嘲。

為了避免DSP內(nèi)核等待DMA讀人數(shù)據(jù),把解碼數(shù)據(jù)預(yù)先從宏塊中分割成頂部數(shù)據(jù)和底部數(shù)據(jù),頂部數(shù)據(jù)包括殘差數(shù)據(jù)之前的數(shù)據(jù),剩下的數(shù)據(jù)就是底部數(shù)據(jù)。如果有P幀到來時數(shù)據(jù)已事先分割,然后DMA啟動。當(dāng)DSP內(nèi)核在解碼當(dāng)前宏塊時,DMA讀入下一個宏塊。如果在當(dāng)前宏塊參考數(shù)據(jù)需要利用時,此數(shù)據(jù)解碼完成后還可通過DMA輸入到片內(nèi)存儲器。因?yàn)楫?dāng)前宏塊頂部數(shù)據(jù)對下一個宏塊的濾波沒有參考價值,所以這些宏塊頂部數(shù)據(jù)就被DMA傳送到外部存儲器。該設(shè)計第1個宏塊未進(jìn)入解碼過程,因?yàn)槌跏紶顟B(tài)時一系列參考圖像和參數(shù)都沒有設(shè)定,所以第1個宏塊只是設(shè)定解碼器參考圖像和參數(shù)行初始化,為下一宏塊解碼使用。宏塊數(shù)據(jù)的分割和DMA的數(shù)據(jù)讀入都可在解碼中并行執(zhí)行,即執(zhí)行當(dāng)前宏塊時可設(shè)定下一個宏塊所需參數(shù)以及讀入解碼數(shù)據(jù),這樣可減少各模塊間的等待時間,提高工作效率。上述可并行執(zhí)行的過程如圖2中以橢圓方框表示。

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