H.264編解碼器在C6416 DSP上的實(shí)現(xiàn)與優(yōu)化

   我們選取ITU-T公布的JM6.1e參考軟件作為我們的優(yōu)化對象，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)一個(gè)base-line profile的實(shí)時(shí)編解碼算法。但是JM6.1e代碼復(fù)雜，冗余度很大，需要在PC機(jī)端對其進(jìn)行較大調(diào)整，涉及工作有：去除冗余代碼、規(guī)范程序結(jié)構(gòu)、全局和局部變量的調(diào)整和重新定義、結(jié)構(gòu)體的調(diào)整等。 

       2． 代碼移植 

       代碼移植，就是將在PC端跑通的程序，移植到DSP端，使其能夠初步運(yùn)行。需要考慮的問題主要是一些內(nèi)存分配，語法規(guī)則等問題。 

       3． DSP端代碼的優(yōu)化 

       通過把PC機(jī)H.264代碼DSP化，可以在DSP上實(shí)現(xiàn)H.264的編解碼算法，但是，這樣實(shí)現(xiàn)的算法運(yùn)行效率很低

，因?yàn)樗械拇a都是由C語言編寫，并沒有完全利用DSP的各種性能。所以必須結(jié)合DSP本身的特點(diǎn)，對其進(jìn)一步優(yōu)化，才能實(shí)現(xiàn)H.264視頻解碼器算法對視頻圖像的實(shí)時(shí)處理。 
       代碼的優(yōu)化分為三個(gè)層次：項(xiàng)目級優(yōu)化，算法級優(yōu)化，指令級優(yōu)化。 

       * 項(xiàng)目級優(yōu)化       項(xiàng)目級優(yōu)化，是對項(xiàng)目的整體優(yōu)化，主要手段有以下幾點(diǎn)：       

       首先是利用CCS編譯器提供的優(yōu)化功能，對優(yōu)化選項(xiàng)進(jìn)行選擇和配置，如打開O-3選項(xiàng)等。       

       其次對程序結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，對不適合DSP執(zhí)行的語句進(jìn)行改寫，以提高代碼的并行性。       

       最后是對內(nèi)存進(jìn)行合理分配，因?yàn)镈SP資源有限，我們把一些常用數(shù)據(jù)，如全局變量，程序等數(shù)據(jù)分配到訪問速度高的片內(nèi)內(nèi)存，把占用空間較大的數(shù)據(jù)分配在片外，如幀存等。  

       * 算法級優(yōu)化 

       是利用H.264的自身特點(diǎn)，提出快速高效算法，從算法上挖掘潛力，提高運(yùn)行速度，達(dá)到優(yōu)化目的。這部分工作主要集中在編碼器優(yōu)化方面。 

       視頻編碼中，運(yùn)動估計(jì)部分是運(yùn)算量最大的一塊，研究顯示，對于H.264，單幀參考，運(yùn)動估計(jì)占總運(yùn)算量的70％，5幀參考，這個(gè)比例能達(dá)到90％，因此，提出有效快速的運(yùn)動估計(jì)算法非常有必要，我們通過研究提出了基于預(yù)測和早停止技術(shù)的運(yùn)動估計(jì)算法，主要方法是利用周邊鄰塊對當(dāng)前塊運(yùn)動矢量進(jìn)行預(yù)測，并設(shè)定自適應(yīng)閾值，使搜索提前停止。我們提出的算法，在搜索窗32時(shí)，每塊平均搜索點(diǎn)數(shù)3－4個(gè)左右，和全搜索算法的4225余個(gè)點(diǎn)相比，提高速度1000多倍。和一些經(jīng)典快速算法相比，優(yōu)勢也很明顯， H.264算法中，亞象素運(yùn)動估計(jì)采用全搜索，1/4精度下，需要搜索16個(gè)點(diǎn)。我們提出了自己的亞象素快速搜索算法，平均搜索點(diǎn)數(shù)7個(gè)，節(jié)省運(yùn)算量60％以上。我們提出的新算法提高編碼速度很明顯，而且質(zhì)量也較好，PSNR損失不到0.06dB，碼率增大2％左右。這對于運(yùn)動估計(jì)算法基本可以忽略不計(jì)。 

       此外，我們針對幀間編碼7中塊大小匹配模式，以及幀內(nèi)預(yù)測13中模式太過復(fù)雜，運(yùn)算量太大的問題，提出了我們自適應(yīng)模式選擇算法，不需要將所有模式全部計(jì)算，就能找到一種相對最優(yōu)的模式。這些算法，都大大提高了代碼的運(yùn)行速度，在速度與質(zhì)量上達(dá)到較好的折中。 

       * 指令級優(yōu)化 

       如果上述優(yōu)化方法無法達(dá)到實(shí)時(shí)要求，就需要進(jìn)行指令級優(yōu)化了，主要手段有。 

       * 循環(huán)拆解，將C語言中的for循環(huán)打開，排流水線，提高并行性 

       * 調(diào)用系統(tǒng)提供的豐富的內(nèi)聯(lián)函數(shù) 

       * 調(diào)整數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，將需要大規(guī)模訪問的數(shù)據(jù)，在內(nèi)存中將它們放置在一起，方便DMA機(jī)制的訪問，或并行指令的處理，如插值函數(shù)模塊。 

       * 將耗時(shí)函數(shù)抽取出來，用線性匯編改寫，充分利用豐富的媒體處理指令【5】，最大限度的利用DSP的并行性。例如，運(yùn)動估計(jì)中頻繁調(diào)用的SAD計(jì)算，是對相應(yīng)象素點(diǎn)做差，并對殘差場求絕對值和的計(jì)算。原始算法是對每一對象素點(diǎn)分別求差，再對其絕對值累加。我們對其進(jìn)行了線性匯編的改寫，使用了SUBABS4（一次對兩對4字節(jié)數(shù)據(jù)做差并求絕對值），DOTPU4（一次對兩對4字節(jié)數(shù)據(jù)做內(nèi)積），LDWLDNW（一次讀取4字節(jié)數(shù)據(jù)）等指令，使代碼并行性有了很大提高。對16