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基于H.264解碼器的軟件優(yōu)化
作者：
時(shí)間：2010-08-11
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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1 引言
H.264是在ITU-T和ISO／IEC等組織先前制定的編碼標準的基礎上提出的，它與現今國際上大多數的視頻壓縮標準一樣，例如H.264、H.263、MPEG-2、MPEG-4都是采用基于塊的離散余弦變換與量化相結合的混合編碼技術(shù)。基于分塊的離散余弦變換具有壓縮率高，計算復雜度低。易于實(shí)現等優(yōu)點(diǎn)。H.264具有以下特點(diǎn)：比H.263+和MPEG-4(SP)減小50％碼率；對信道時(shí)延的適應性較強；提高差錯恢復能力；復雜度可分級設計，以適應不同復雜度的應用；引入先進(jìn)技術(shù)，包括4×4整數變換、空域內的幀內預測、1／4像素精度的運動(dòng)估計新技術(shù)帶來(lái)較高的編碼比，同時(shí)大大提高算法的復雜度。因此，H.264技術(shù)已廣泛應用于高清視頻的編解碼設備。
視頻解碼算法的熵解碼、反量化、反變換、幀內預測、幀間亮度插值、幀間色度插值以及去方塊濾波等稱(chēng)為核心模塊，減少這些核心模塊的等待時(shí)間對加快解碼器的工作具有重要意義。本文在DSP-BF533平臺上，利用軟件流水的思想，針對軟件模塊間協(xié)同工作提出一種新型的優(yōu)化設計方案。
2 H.264解碼器原理
H.264編碼器結構系統由以下幾部分組成：網(wǎng)絡(luò )數據提取層(NAL)、VAL緩存器、熵解碼、反掃描反量化反變換、幀間預測、幀內預測、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單元數據，通過(guò)RBSP解析出序列參數集、圖像參數集和圖像數據。把數據和參數存儲在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)解析所有參數和參考圖像索引等，提供各種控制信息和殘差數據。通過(guò)反量化反變化先將一維數據轉換成二維數組或矩陣，再通過(guò)逆掃描過(guò)程將變換系數量化值序列映射到對應坐標，主要有逆zig_zag掃描和逆場(chǎng)掃描兩種模式。之后讀取數據讀取并進(jìn)行判斷、幀內預測和幀間預測，再綜合所有預測和反變換反量化的數據，最后進(jìn)行方塊濾波，這樣能夠大大減輕因預測、量化而產(chǎn)生的塊效應，從而獲得更好的主觀(guān)圖像質(zhì)量和客觀(guān)性能。同時(shí)還可選取已恢復的圖像作為后續處理圖像的參考幀。
3 DSP-BF533的解碼器設計與優(yōu)化
3.1 解碼器軟件設計框圖
根據DSP-BF533的內含存儲器控制器(DMA)的特點(diǎn)，設計一個(gè)整合DMA的解碼流程，如圖2所示。把兩個(gè)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據；步驟2是將已處理好的數據輸出到片外存儲器。
從圖2中可看到具體流程：①對下一個(gè)宏塊進(jìn)行頂部數據分割，分割出殘差數據之前的數據。同時(shí)為解碼提供幀內預測、參考圖像索引和向量；②啟動(dòng)DMA讀取分割出來(lái)的數據，其中也要讀入解碼參考圖像索引和向量；③對圖像數據進(jìn)行幀內預測；④利用底部分割讀入的映射數據，進(jìn)行反變換和反量化；⑤通過(guò)濾波重建圖像；⑥通過(guò)DMA把圖像數據輸出到片外和片內存儲器；⑦對下一個(gè)宏塊進(jìn)行底部數據分割，然后取出映射數據供下一個(gè)宏塊解碼使用嘲。
為了避免DSP內核等待DMA讀人數據，把解碼數據預先從宏塊中分割成頂部數據和底部數據，頂部數據包括殘差數據之前的數據，剩下的數據就是底部數據。如果有P幀到來(lái)時(shí)數據已事先分割，然后DMA啟動(dòng)。當DSP內核在解碼當前宏塊時(shí)，DMA讀入下一個(gè)宏塊。如果在當前宏塊參考數據需要利用時(shí)，此數據解碼完成后還可通過(guò)DMA輸入到片內存儲器。因為當前宏塊頂部數據對下一個(gè)宏塊的濾波沒(méi)有參考價(jià)值，所以這些宏塊頂部數據就被DMA傳送到外部存儲器。該設計第1個(gè)宏塊未進(jìn)入解碼過(guò)程，因為初始狀態(tài)時(shí)一系列參考圖像和參數都沒(méi)有設定，所以第1個(gè)宏塊只是設定解碼器參考圖像和參數行初始化，為下一宏塊解碼使用。宏塊數據的分割和DMA的數據讀入都可在解碼中并行執行，即執行當前宏塊時(shí)可設定下一個(gè)宏塊所需參數以及讀入解碼數據，這樣可減少各模塊間的等待時(shí)間，提高工作效率。上述可并行執行的過(guò)程如圖2中以橢圓方框表示。
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