H.264編解碼器在C6416 DSP上的實(shí)現與優(yōu)化

H.264編解碼器在C6416 DSP上的實(shí)現與優(yōu)化*
Implement of H.264 Codec Based-on C6416 DSP Platform

清華大學(xué)電子工程系 魏振宇 史_
清華大學(xué)電子工程系 高速信號處理研究所副所長(cháng) 張旭東

*：本文項目榮獲2004年決賽的“2003年德州儀器DSP大獎賽”算法組第一名。

魏振宇：碩士生，主要從事視頻技術(shù)及DSP實(shí)現的研究；史_：碩士生，主要從事高速信號處理及其應用的研究；張旭東，博士，研究方向為多媒體信號處理、統計信號處理和實(shí)時(shí)信號處理系統。

摘要:H.264是由ITU-T和ISO聯(lián)合制定的新一代視頻編碼標準,有著(zhù)碼率低,質(zhì)量高的特點(diǎn)。C64x系列DSP是目前TI公司推出的性能最高的定點(diǎn)DSP,NVDK（Network Video Development Kit）是其很好的仿真平臺。本文介紹了H.264基于TIC6416DSP的優(yōu)化與實(shí)現方法，通過(guò)仿真實(shí)驗，編解碼器在Qcif格式下達到實(shí)時(shí)編解碼效果，能夠滿(mǎn)足實(shí)時(shí)通信要求。
   本文首先對NVDK和H.264做了簡(jiǎn)單的介紹，然后介紹了H.264在DSP上實(shí)現和優(yōu)化的手段，最后給出實(shí)驗結果。
關(guān)鍵詞：H.264；NVDK；數字信號處理器（DSP）

一．引言
隨著(zhù)通信技術(shù)和信號處理技術(shù)的發(fā)展，人們對多媒體信號的需求越來(lái)越多，要求的質(zhì)量也越來(lái)越高，如何在現有的技術(shù)水平和硬件條件下實(shí)現合理、優(yōu)化、實(shí)時(shí)的多媒體通信終端設備和產(chǎn)品一直是近年來(lái)信號處理領(lǐng)域和相關(guān)公司關(guān)注的話(huà)題。
目前，隨著(zhù)數字信號處理器(DSP)的高速發(fā)展，為我們實(shí)現高效的多媒體處理提供了可能性。尤其是TI公司的TMS320C64系列產(chǎn)品，具有高主頻，多流水線(xiàn)，高并行度以及專(zhuān)門(mén)的視頻信號處理指令等優(yōu)點(diǎn)，使其成為視頻處理領(lǐng)域優(yōu)選的DSP芯片之一。
其次，針對當前網(wǎng)絡(luò )帶寬還不夠，無(wú)線(xiàn)通信信道誤碼率較高的情況，穩定的低碼率視頻信號的需求一直都是必須和必要的。H.264/AVC是ITU-T視頻編碼專(zhuān)家組和ISO/IEC運動(dòng)圖像專(zhuān)家組聯(lián)合提出的最新一代的視頻編碼標準。不論從編碼的效率方面，還是從有效的適應各種網(wǎng)絡(luò )和各種應用領(lǐng)域的靈活性方面，H.264/AVC都體現著(zhù)視頻編碼技術(shù)的很多優(yōu)勢。這些新特性使H.264/AVC標準在實(shí)現和現有編碼標準(H.263, MPEG-4 Simple Profile)相同視覺(jué)效果的同時(shí)節省大約50%比特率。
因此，將H.264的先進(jìn)技術(shù)和穩定的媒體處理器相結合，實(shí)現高效的媒體通信平臺有著(zhù)一定的工程意義和市場(chǎng)價(jià)值。

二．H.264簡(jiǎn)介
H.264是ITU-T和ISO/IEC聯(lián)合制定的最新編碼標準，它最先由ITU-T于1997年提出，目標是提出一種更高性能（相對于當時(shí)的H.263）的視頻編碼標準。相對于其它標準，H.264具有以下特點(diǎn)：
1.  低碼率，高質(zhì)量
在相同質(zhì)量的情況下，H.264相對于H.263的Baseline可以節約40%~50%的碼率。
2.  廣闊的應用范圍
H.264的不同Profile既可以應用于有嚴格時(shí)延限制的實(shí)時(shí)通信中,也可以應用于對時(shí)延要求不高的其他應用中（視頻存儲、流媒體等等）。
3.  魯棒性
H.264在設計時(shí)，針對分組交換網(wǎng)如Internet中的分組丟失和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中比特誤碼都提出了相應的工具，使得H.264在這些網(wǎng)絡(luò )中傳播時(shí)具有更強的抗誤碼性能。
4.  對各種網(wǎng)絡(luò )的友好性。
H.264中增加了NAL層，負責將編碼器的輸出碼流適配到各種類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò )中，從而提供了友好的網(wǎng)絡(luò )接口。
H.264之所以能夠達到以上性能，是因為采用了以下一些先進(jìn)的技術(shù)：
首先是幀內預測編碼，充分利用圖像空域相關(guān)性，來(lái)降低碼率。共有13種預測模式（4