H.264视频编码器在DSP上的实现与优化

2010-05-22 17:50:23来源: 微计算机信息

      摘要:在DM642 EVM平台上实现了 H.264视频编码器,并从内存分配、Cache优化、代码优化以及汇编程序级优化等几个方面对编码器进行了优化。实验结果表明,优化后的编码器能保持较高的图象质量和压缩效率,并具有较好的实时性能。

1 引言

  H.264/AVC是ITU-T视频编码专家组和ISO/IEC运动图象专家组联合提出的新一代视频编码标准。在相同的条件下,与MPEG-1、MPEG-2、H.263、MPEG-4等标准相比,H.264/AVC能够减少50%的码流。但是,H.264的高编码效率是以高运算量和高复杂度为代价的。

  本文采用具有较高运算速度和较强数据处理能力的DM642 EVM作为H.264视频编码器实现和优化的 DSP硬件平台,实现了 H.264视频编码算法,并对算法程序进行了综合优化。实验结果表明,经过优化的 H.264视频编码器能保持较高的图象质量和压缩效率,并具有较好的实时性能。

2 H.264视频编码技术及DM642 EVM开发平台

  2.1 H264视频编码技术

  H.264压缩算法采用与H.263和MPEG-4类似的基于块的混和编码方法,采用帧内(Intra)和帧间(Inter)两种编码模式。为了提高编码效率、压缩比和图象质量,H.264采用了许多新的编码技术,这些技术主要有:

  ⑴ H.264标准压缩系统由视频编码层(VCL,Video Coding Layer)和网络抽象层(NAL,Network Abstraction Layer)两部分组成。

  ⑵ H.264采用帧内预测,昀大程度地减少图象的空间冗余信息。

  ⑶ H.264的帧间预测采用多帧参考帧(参考的个数为1~5)、高精度的内插算法(包括1/4和 1/8精度)、多种变形搜索块等新的方法,在很大程度上提高运动估计与补偿的效率。

  ⑷ 1/4、1/8象素精度的亚象素运动估计:对于QCIF视频格式使用1/4象素精度预测方式,对于CIF视频格式使用1/8象素精度预测方法。

  ⑸ 残差图象的4x4整数DCT变换技术,逆变换过程中没有匹配错误问题。

  ⑹ 新的环路滤波技术及熵编码技术等。

  2.2 DM642 EVM开发平台DM642

  EVM是TI推出的一款专门面向多媒体应用的开发平台,板上资源包括:DM642 CPU芯片、4M×64bit同步动态存储器(SDRAM)、4M×8bit FLASH存储器和一路视频编码和两路视频解码等,其结构如图1所示。DM642基于C64X内核,主频高达600MHz,采用超长指令字(VLIW)结构,每个指令周期可并行处理8条32位的指令,处理能力达4800MIPS;片上内存采用二级缓存Cache结构,L1由16KB的数据Cache L1D和16KB的程序Cache L1P组成,256KB的L2可配置成SRAM或Cache,大幅度提高了程序的运行性能;片内64位的EMIF(External MemoryInterface)接口可以与SDRAM、Flash等存储器件无缝连接,极大地方便了大量数据的搬移;DM642包括了3个专用的视频端口(VP0~VP2),用于接收、处理视频数据,提高了整个系统的性能;DM642自带的EMAC口以及从EMIF口扩展出来的ATA口,还为处理完成后产生的海量数据提供了存储通道。因此,实现H.264的视频算法,高性能的DM642 EVM是一个理想的硬件平台。

3 H.264视频编码器的实现与优化

  3.1 编码器的实现

  H.264视频编码器的实现有多种方法,不过大部分都是进行移植、优化的操作。H.264代码要在DSP的软件平台CCS环境下运行,需要注意几个问题:如配置文件、库文件的改动、数据类型的调整、汇编程序的处理、内存终结模式的调整等。

  H.264编码采用变换和预测的混合编码方法,其原理如图2所示。输入帧或者场Fn以宏块为单位被编码器处理,即将图象分成子图象块,以子图象块作为编码单元。当采用帧内预测编码时,预测值P是由当前片中已编码的参考图象经过运动补偿(MC)后得出的,其中参考图象用F1n-1表示;为了提高预测精度,从而提高压缩比,实际的参考图象可在过去或未来已编码解码重建和滤波的帧中选择。预测值P和当前块相减后,产生一个残差块Dn,经块变换、量化后产生一组量化后的变化系数X,再经过熵编码,与解码所需的一些边信息(如预测模式量化参数、运动矢量等)一起组成一个压缩后的码流,经过NAL供传输和存储用。

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关键字:H.264  DSP  视频编码  算法优化

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2010/0522/article_2592.html
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