基于DM642的X.264編碼器優(yōu)化
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(3)對全像素塊運動(dòng)預測搜索的方式，X.264默認為HEX(正六邊形搜索半徑為2)，在對比測試了DIA(菱形搜索，半徑為1)和UMH(可變半徑六邊形搜索)后，對比了速率和峰值信噪比后，發(fā)現在峰值信噪比相差很小的情況下DIA搜索速率最快，本文選擇DIA作為運動(dòng)預測搜索方式。表4給出3種方式的對比結果：
2.2 X.264代碼優(yōu)化
X.264編碼器需要有效的利用DM642的特性，如軟件流水，芯片特性和指令集等，才能有效的提高X.264編碼器在DM642平臺的編碼效率。為了X.264能夠充分的利用起DM642的特性，需要結合DM642本身的特點(diǎn)對移植過(guò)后的X.264代碼進(jìn)行優(yōu)化，才能夠提高X.264在DM642上執行的效率。
TI公司的DSP開(kāi)發(fā)軟件CCS提供了功能非常強大的編譯器，編譯工具可以對代碼進(jìn)行各種優(yōu)化，以提高代碼的執行速度，減小代碼尺寸。這些優(yōu)化包括了簡(jiǎn)化循環(huán)、軟件流水、語(yǔ)句和表達式的順序重排和分配變量到寄存器。利用CCS編譯器進(jìn)行優(yōu)化后，仍然不能滿(mǎn)足視頻壓縮的需求，需要繼續對DM642上的X.264編碼器進(jìn)行優(yōu)化。
(1)內聯(lián)函數。內聯(lián)函數是指用函數本身來(lái)代替函數調用這一過(guò)程。當調用內聯(lián)函數時(shí)，C/C++源代碼把此函數插入到調用點(diǎn)，而不采用傳統的跳轉。將函數設定為內聯(lián)函數后，可以去掉復雜的函數調用過(guò)程來(lái)提高函數的執行效率，而付出的代價(jià)是增加了代碼所占用的空間。使用關(guān)鍵字inline定義內聯(lián)函數，在X.264編碼器中的預測部分對其中一個(gè)頻繁調用的函數設置為內聯(lián)。代碼如下：
static inline inI clip_uint8(int a)
(2)restrict關(guān)鍵字。為了幫助編譯器確定存儲器相關(guān)性，可以使用關(guān)鍵字restrict來(lái)限定指針、引用或數組。使用restrict關(guān)鍵字是為了確保其限定的指針在聲明的范圍內，是指向特定對象的惟一指針。編譯器在讀取函數的指針，數據時(shí)，采取保守的辦法，認為它們是相關(guān)的。這時(shí)編譯出的代碼必須執行完前次寫(xiě)操作，才能開(kāi)始下次讀取操作。加入restrict關(guān)鍵字后，編譯器將認為指針和數組沒(méi)有相關(guān)性，能夠并行提取數據。
(3)軟件流水。軟件流水式編排循環(huán)指令是能夠使循環(huán)的多次迭代并行執行的技術(shù)。編譯器總是力爭使用軟件流水技術(shù)。軟件流水是DSP的關(guān)鍵技術(shù)，它利用的是算法中存在的指令并行性的特點(diǎn)，使一個(gè)循環(huán)的多次迭代同時(shí)進(jìn)行?？偟貋?lái)說(shuō)，當使用編譯器優(yōu)化的情況下，代碼尺寸小，程序性能更優(yōu)。x.264代碼含有很多循環(huán)操作，故提高循環(huán)體指令的并行度使循環(huán)能夠軟件流水是提高編碼效率的有效途徑之一。
(4)函數合并。函數調用的過(guò)程中，要執行一些額外的寄存器。在編碼過(guò)程中DCT、量化、zigzag、IDCT和反量化函數調用都非常頻繁，但代碼段都很短，部分代碼只包含一個(gè)循環(huán)操作或者賦值操作。反復的調用會(huì )花費大量運行周期在函數調用上。為減少不必要的操作，提高速度，將DCT變換、量化、反量化和反DCT變化的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化，將幾個(gè)函數合并到一個(gè)函數中。圖1所示為合并結構。
(1)CACHE優(yōu)化。DM642采用了兩級CACHE的存儲器結構，兩級CACHE主要用于對程序和數據的緩存。CPU直接和一級CACHE連接，一級CACHE包括L1P(程序)和L1D(數據)，大小分別為16 KB，分別占用獨立的存儲;一級CACHE的存儲速度與CPU處理速度相同。一級CACHE與二級CACHE相連，稱(chēng)為L(cháng)2，大小為256 kB，可以對程序和數據進(jìn)行統一存取，L2 CACHE作為L(cháng)1CACHE和片外存儲器之間的一個(gè)橋梁，可以由設計人員自行配置大小，分為SRAM和CACHE。L2CACHE的速度為CPU的一半。經(jīng)過(guò)試驗對比，將L2分為128 kBCACHE和128 kB SRAM。將部分調用比較頻繁的函數和數據常量放在L2SRAM中，以提高讀寫(xiě)速度。
(2)EDMA。EDMA是增強的直接存儲器訪(fǎng)問(wèn)，增加了高達64個(gè)傳輸通道，每個(gè)通道相互獨立，且通道間的優(yōu)先級可以設置。CIF格式的圖像格式為352×288，一幀數據需要101 376 b，L2的CACHE容量有限，不能將所需要的參考幀和當前編碼幀都放到片內CACHE中。X.264處理的最小模塊為宏塊16×16，將當前編碼宏塊保存到片內CACHE中來(lái)提速，DSP運行的同時(shí)將片外的下一編碼宏塊傳輸到片內。采用EDMA的ping-pong緩沖技術(shù)可以對X.264編碼器的數據傳輸部分進(jìn)行優(yōu)化。這樣既利用了DM642片內數據存儲速度快的優(yōu)點(diǎn)，又避免了使用較多的片內存儲空間。ping-pong緩沖結構中EDMA與CPU的工作原理如圖2所示。
3 優(yōu)化結果
完成對代碼的優(yōu)化過(guò)后，通過(guò)CCS的編譯將x2
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