基于DSP的MPEG-4视频编码技术研究与实现获奖科研报告

基于DSP的MPEG-4视频编码技术研究与实现获奖科研报告

【摘要】随着社会不断发展进步，视频技术广泛应用于日常生活与专业领域之中。MPEG-4视频编码技术为其中一种常用技术，本文阐述应用BF561处理器完成MPEG-4SP框架层次下视频编码系统的实现过程。首先，运用纯C语言实现编码功能，可通过建立的软件完成算法研究、修改，并将其作为DSP移植的根本，实现在DSP的开发。其次，应用集成调试环境VisualDSP4.5++完成后续开发，最终达到编码目标。

【关键词】DSP;MPEG-4;编码

1.VisualDSP4.5++

VisualDSP4.5++拥有强大的编辑功能与高效的工程管理能力，还具有优秀的调试控制能力与可视效果。其调试媒介能够应用软件进行模拟，也能够用硬件应用JTAG在EZKIT评估板上，还能够应用USB口实现调试。VisualDSP4.5++调试器具有优秀的绘图功能，能够清晰展现数据，促进工作效率。此外，其统计学特性能够实现在不中断程序的情况下获取代码运行情况，更精准的改进程序性能。

2.MPEG-4SP编码系统整体设计

MPEG-4SP框架结构高效、容错高的特点，十分适合运用在数字电视、多媒体监控等低功耗系统中，属嵌入式系统开发的主要技術。本次设计MPEG-4SP应用混合编码框架，编码原理框架如图1。

系统的硬件平台如图2

设计开发流程如下，第一，应用VC6.0新建“encode-PC”，利用Xvidcorl.0.2构建编码器。第二，构建纯C代码，实现源代码修改。注意，输入为.yuv文件，输出为.m4v文件。第三，于PC平台，删减不需要的代码，调节函数数，将常用小函数写入，完成准备工作。第四，于VisualDSP4.5++，架构工程组，调节函数存放位置。第五，反复完成编译、修缮、调试，构建可应用于DSP的程序。第六，将输入转变为摄像头，输出转变为SDRAM缓存。第七，应用VisualDSP4.5++M优化方案，选择正确的编译选项。第八，结合统计窗口，调整LDF中的存储器规模，重设L1存储SRAM于Cache大小，再对相应变量的位置进行调节。第九，实现BF561在宏块层上的并行处理。第十，完善汇编级代码。第十一，将处理好的二进制文件转移到Flash完成调试。

3.软件移植

主要目的在于调整代码适用于BF561，使其能够应用于DSP。流程如下，第一，于VisualDSP4.5++，新建项目组，并构建corea、coreb、sml2、sml3四个项目，分别代表内核A、B与存储空间L1、L2。第二，将源代码转移到对应项目，随后反复进行编译修改。第三，于VisualDSP4.5++进行数据读写，确保程序正常运行，再改写输入输出模式，除去不需要函数，输入转为从PPI0由A/D转成的数据，输出转为输出缓冲区。

4.双核DSP宏块层并行结构设计

4.1并行性分析

视频编码算法中并行性分析分两种，其一，可并行计算，其数据流明确、运算简便、相关性弱。其二，不可并行计算，其运算控制与数据相关性强。通过并行处理视频压缩能够有效应对计算量大的情况。以下对MPEG-4进行并行分析，优化设计，MPEG-4图像编码囊括I、P、B-VOP，其中B-VOP未应用于MPEG-4SP。MPEG-4的层次由上至下分作块层、宏块层、条层、视频对象层、视频对象平面组层，按照上述次序进行编码，于宏块以外的各层添加起始码与头标，构建MPEG-4基本码流。结合并行特点，从块层开始考虑并行性，块层两核之间进行运动补偿将产生强烈的相关特性，需传递信息量巨大，效率不高;而宏块层与并行粒度最适，在16*16宏块，实现并行性能够达到很好的效率，但编码依赖于前一宏块，所以需采用科学通信方式，解决该问题;条层能取得媒体并行运算处理机制，通过MPEG引进SLICE，是指能够单独进行编码;以更粗糙层进行考虑，能够用VOG实现并行处理，不过，GOP无法彻底排除I-VOP、P-VOP、B-VOP间的强依靠性，若设VOP为IBBPBBPBBPBB能够得知，最终帧的编码一定会依靠下一VOG的首帧，因此同样产生相关性，综上，采取宏块层实现并行性处理是最有效的方式。

4.2BF561并行性算法

BF561双核有大量硬件资源支持，可单独运行，避免BF561两个核通信频繁降低效率，结合MPEG-4编码标准，应用宏块层进行并行处理。依据MPEGY编码步骤，处理视频数据，并存在SDRAM，由BF561经过DMA读取16*16个宏块相对的Y、Cb、Cr，如图3，根据4：2：0格式实现双核编码，最后输入至存储空间。

综合BF561双核对称特性及Ⅲ级存储优点，发挥DMA强大功能，设计有效的编码流程，具体流程如图4。该流程特点在于核A进行流程操控，核B实现运算，结构相对简洁，利于编写与维护。为了充分发挥双核性能，采用L2传递信息与数据，A核增加控制DMA与处理全局信息的功能。

4.3并行编码存在问题及解决方法

（1）宏块编码相关性

宏块编码中，DC值根据上一宏块DC值当作偏量，不影响A核，其所需DC值已经记录在前一循环中。B核不相同，其相对的B、C、D亮度块不受影响。不过，E、F色差块需要的DC值存储在A核，且处于运算中，因此，可以在L2划分3个储存变量，只要A核实现A、E、F编码，将DC值记录到相应变量，编到B核对应位置，就能从L2传递。由于，A核编码起始时间早，两核运算能力差不多，相对于L1，L2读取速度下降1/2，牺牲速率存在限制，但能更有效地完成编码。另一种解决方式为，B核直接应用前循环储存的DC，相关度强，DC偏差自然小，不会降低运算效率，不过会产生一定的偏差，降低质量。

（2）同步信号

两个核同时处理宏块的过程中，应用储存于L2的变量作为同步的信号。其中，由于两个核可能随时处理上述变量，当另一个核读取时，可能产生读取的内容为储存在核里的变量的副本，导致读取值与实际值不同，运行处理错误的问题，因此，变量储存类别需要采用volatile限定符进行处理。如添加volatile限定词，每当读取变量值，转而读取L2储存空间的实际值，保障并行工作运行无误。

5.结束语

综上所述，实现MPEG-4编码技术在DSP上的运用，需要充分结合应用VisualDSP4.5++环境实现初步的设计编码，需要了解并掌握MPEG-4SP框架编码程序原理，从而实现