（信号与信息处理专业论文）基于dm6467的vc1实时视频编码研究.pdf

南京邮电大学 硕士学位论文摘要 1 7学科、专业：工学信号与信息处理 研究方向：图堡处理墨垒攫签通焦 一 作者：塑级研究生何洪宁 指导教师：朱秀昌 题 目：基于d m 6 4 6 7 的v c 1 实时视频编码研究 英文题目：r e s e a r c ho fv c 一1r e a lt i m ev i d e oc o d i n gb a s e do n d m 6 4 6 7 主题词：视频编码，v c 1 标准，d m 6 4 6 7 ，d s p 移植，优化 k e y w o r d s ：v i d e oc o d i n g ， v c 一1s t a n d a r d ，d m 6 4 6 7 ，d s p t r a n s p i an t a t i o n ，o p t i m i z a t i o n 南京邮电大学硕士研究生学位论文 摘要 摘要 v c 1 是2 0 0 3 年微软公司在w m v 9 ( w i n d o w sm e d i av i d e o9 ) 的基础上提出的一种新的 视频压缩编码标准，并于2 0 0 6 年由s m p t e 正式颁御。v c 1 标准整合了m p e g 和h 2 6 4 的优点，压缩率与h 2 6 4 相接近，复杂度约为h 2 6 4 的一半，现在己广泛应用于广播电视 等数字视频压缩领域。d m 6 4 6 7 是t i 公司近年来推出的一款新型达芬奇( d a v i n c i ) 系列数 字媒体处理器，集成了a r m 与d s p 内核、高清视频影像协处理器( h d v i c p ) 、视频数据 转换引擎( v d c e ) 以及目标视频端口接口。 为了开发和v c 1 兼容的视频设备，本文重点研究如何在d m 6 4 6 7 的平台上，特别是 借助于h d v i c p 来实现v c 1 视频压缩编码的算法，主要工作内容如下： 1 ) 深入学习了d m 6 4 6 7 数字多媒体片上系统原理和结构特点，重点研究了d m 6 4 6 7 的d s p 内核和协处理器的工作机理及其在视频编码中的作用。 2 ) 仔细分析了v c 1 视频编码技术，着重研究了其中关键技术的实现方法，包括变 换、量化、运动估计、运动补偿、熵编码、环路滤波和重叠平滑等处理过程。 。 3 ) 在p c 上对v c 1 编码算法的c 语言程序进行了优化，经过实验和调试，成功地将 优化后的v c 1 编码程序通过c c s 开发工具移植到d m 6 4 6 7 平台上。 4 ) 进行基于d s p 平台的优化工作，使用e d m a 方式对编码处理中的大块数据进行 了高速搬移，实时实现了h d v i c p 的m e 、m c 、l p f 和e c d 模块，并且实现了c a l c 的部分功能。 经过反复调试和改进，实验结果表明，本文对v c l 编码算法的优化获得了较好的 效果，实现了c i f 分辨率视频序列的d m 6 4 6 7 实时编码。 关键词：视频编码，v c 1 ，标准，d m 6 4 6 7 ，d s p 移植，优化 d i g i t a lv i d e oc o m p r e s s i o nd o m a i nn o w , s u c ha sb r o a d c a s tt v e t c t h ed m 6 4 6 7 p r o c e s s o rf r o m t e x a si n s t r u m e n t sw a s p u to u ta sad a v i n c it e c h n o l o g yd i g i t a im e d i ap r o c e s s o ri nr e c e n ty e a r s ， w h i c hc a ns a t i s f yc o n s u m e r sw i s ht h a t a c c e s sv i d e oo fd if f e r e n tv i d e of o r m a ti n d i f f e r e n t e q u i p m e n t s ，i ti m p l e m e n t e dc o n t e n tt r a n s m i s s i o nf r o md if f e r e n tv i d e ot e r r n i n a lm a n u f a c t u r e d m 6 4 6 7i n c l u d e sa r m 、d s p 、h d v i c p 、v d c e a n do b j e c tv i a l e op o r ti n t e r f h c e i no r d e rt od e v e l o pt h ec o m p a t i b l ev c 一1v i d e oe q u i p m e n t ，t h ep r i m a r yp u r p o s eo ft h i s p a p e ri st os t u d yh o wt oa c h i e v er e a lt i m ev i d e oc o d i n go fv c 1w h i c hw a sb a s e do nd m 6 4 6 7 ，s h d v i c rf o r t h a t ，w eh a v ed o n eal o to fw o r ka sf o i l ow f i r s t l y , w ed e e p l ys t u d i e dt h ep r i n c i p l eo ft h ed i g i t a lp r o c e s s p rs o co fd m 6 4 6 7 i nt h i s p a p e gt h e nw es t u d i e ds e r i o u s l yd s pc o r ea r c h i t e c h t u r ea n dh d v i c pa n d a p p l i c a t i o ni nv i d e o e n c o d i n g s e c o n d l y , w es t u d i e ds e r i o u s l yt h ev c 一1v i d e oe n c o d et e c h n o l o g y , a n da n a l y s e dt h ew a y t or e a l i z ee o c o d e r s k e yt e c h n o l o g y , i n c l u d i n gt r a n s f o r m a t i o na n dq u a n t i z a t i o n ，m o t i o n c o m p e n s a t i o n ，m o t i o ne s t i m a t i o n ，e n t r o p ye n c o d i n ga n dl o o pf i l t e rt e c h n i q u e ，e t c t h i r d l y , w eo p t i m i z e dt h ev c 一1e n c o d i n ga l g o r i t h mo np c ，b ye x p e r i m e n ta n dd e b u g ，w e t r a n s p l a n t e dv c 一1e n c o d e ru n d e rc c se n v i r o n m e n t f o u r t h l y , w em a d eo p t i m i z a t i o no fv c 一1e n c o d e rb a s eo nd m 6 4 6 7 ，i n c l u d i n 2u s ee d m a t ot r a n s f e rb l o c kd a t a ，a n dr e a l i z e dh d v i c p sm e ，m c ，l p f a n de c de n g i n e ，w ea l s or e a l i z e t h ep a r to ff u n c t i o no fc a l c b yd e b u g g i n ga n di m p r o v i n ga g a g i na n da g a i n ，t h er e s u l t so f e x p e r i m e n ti n d i c a t e dt h a ti t h a dab e t t e re f f e c to nt h ev c 一1e n c o d i n go p t i m i z a t i o n i tc a n i m p l e m e n tr e a lt i m ec o d i n go fc i f r e s o l u t i o ni m a g e k e yw o r d ：v i d e oc o d i n g ，v c 一1s t a n d a r d ，d m 6 4 6 7 ，d s p t r a n s p l a n t a t i o n ，o p t i m i z a t i o n - 1 1 南京邮电火学硕二l ：研究生学位论文目录 目录 第一章绪论- 1 1 1 课题研究背景1 1 2 主流视频编码标准2 1 3v c l 视频编码的特点和应用i - 3 1 4 高速d s p 介绍3 1 4 1 主流高速d s p 芯片3 1 4 2d m 6 4 6 7 高速媒体处理器4 1 5 主要研究工作和论文安排4 第二章d m 6 4 6 7 及其h d v i c p 6 2 1 达芬奇技术简介6 2 1 1 达芬奇系列平台6 2 2 基于达芬奇技术的d m 6 4 6 7 7 2 2 1d m 6 4 6 7 的结构特点7 2 2 2d m 6 4 6 7 的主要功能8 2 2 。3d m 6 4 6 7 的应用8 2 3h d v i c p 协处理器在编码中的作用9 2 3 1h d v i c p 发展阶段9 2 3 2h d v i c p 功能概述l0 2 4 本章小结 第三章v c 1 视频压缩编码技术12 3 1v c l 编码器结构。一l2 3 1 1 运动补偿13 3 1 2 变换和量化o l3 3 1 3 环路滤波和重叠平滑一1 3 3 1 4 熵编码一l4 3 2 和其它编码技术比较1 4 3 3 数字视频格式16 3 4 本章小结i7 第四章v c 1 算法的d m 6 4 6 7 移植和调试1 8 4 1d m 6 4 6 7 开发环境l8 4 1 1c c s 集成开发环境18 4 1 2 代码存储结构一2 0 4 2c 语言代码的移植2 2 4 3 代码的调试2 5 4 4 运行结果，2 5 4 5 本章小结2 7 第五章h d v i c p 协处理器的利用2 8 5 1 协处理器的主要引擎模块2 8 i f i 阿京邮电大学硕十研究生学位论文 目录 5 2 主要引擎模块的实现- 2 9 5 2 1m e 和m c 引擎模块实现3 0 5 2 2c a l c 引擎模块实现3 l 5 2 3l p f 引擎模块实现3 4 5 2 4e c d 引擎模块实现3 5 5 3 运行结果3 8 5 4 本章小结4l 第六章 v c 一1 算法在d m 6 4 6 7 上的优化4 2 6 1c 语言程序的优化方法4 2 6 1 1 算法优化4 2 6 1 2 编译优化4 3 6 2v c l 编码算法整体优化策略4 5 6 2 1 传统的优化方法，4 5 6 2 2d m 6 4 6 7 的优化方法4 6 6 3 运j | 牛| e d m a 进行数据搬移4 6 6 4 优化后的性能4 9 6 5 本章小结5 1 第七章总结与展望；5 2 7 i 工作总结：一5 2 7 2 工作展望5 4 参考文献5 6 致 谢5 8 参与项目及论文发表情况5 9 i v 南京邮电大学硕j 二研究生学位论文第一章绪论 1 1 课题研究背景 第一章绪论 随着广播电视高清时代的来临，图像信息的数据量急剧增加。这种数据量极大的图像 信息处理和传输会挤占大量的存储空间和信道带宽，并对计算机的处理速度提出了很高的 要求。因此需要运用更加高效的数据压缩编码【1 1 技术，才能从根本上解决这些矛盾。 从视频数据压缩技术发展的角度看，h 2 6 l 【孙、m p e g 1 f 3 1 和m p e g 2 1 4 1 属于第一代信 源编码标准，其中m p e g 2 压缩效率比较高，技术非常成熟，已经得到了广泛的应用。 m p e g 4 pj 、h 2 6 3 1 6 1 属于第二代信源编码标准，也在一定范围内得到了应用。目前的情况 是，第一、二代信源编码标准技术提升的潜力已经很有限，取而代之的将是蓬勃发展的第 三代适合高清视频编码的新技术。第三代高清视频编码标准在性能上具有无可比拟的优 势。目前被普遍看好的视频编码格式有国际电联的h 2 6 4 7 1 、微软公司的v c 1 ( 8 l 【9 1 和中国 的国家标准a v s 1 0 】。使用h 2 6 4 、v c 1 和a v s 这样的高压缩率编解码器，和以前的压缩 标准相比较，在画质丝毫不下降的前提之下，压缩比可提高2 倍以上，从而能节省约5 0 的网络带宽。 t m s 3 2 0 d m 6 4 6 7 ( 简称d m 6 4 6 7 ) 是款特别针对实时、多格式、高清视频代码转换的 高速信号处理器( d s p ) 。该器件的性能是前一代处理器的十倍，价格只有前一代处理器的 十分之一。目的是为了解决商业和消费类市场面临的各种h d ( 高清) 代码转换的难题。这 些市场包括媒体网关、多点控制单元、数字媒体适配器、用于安全监控的数字视频服务器 和录像机和i p 机顶盒。 近年来，由于半导体制造工艺的发展和计算机体系结构等方面的改进，d s p 芯片的 功能也越来越强大。这使得信号处理研究的重点在很大程度上可以放到软件的算法优化实 现上，随着d s p 运算速度的提高，能够实时处理的信号带宽也大大增加，数字信号处理 的研究重点由非实时应用转向了实时应用。目前，由于v c 1 的编码技术简单先进，不同 的编码设置，配合不同的视听需要，视频画质理想。因此世界上许多公司如美国的t i 、 a d i 等公司己经完成了v c 1 视频压缩算法在d s p 上的移植。 由于v c 1 原始的参考代码对大数据量的视频信息，压缩的效果有限。而d s p 具有 实时快速实现数字信号处理的性能。因此，借助一款性能比较高的d s p ，对v c 1 算法进 行移植和优化，最终达到实时处理数字视频编码的性能。 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 1 2 主流视频编码标准 自从1 9 8 8 年c c i t t 公布了第一个视频压缩编码标准h 2 6 1 以来，视频压缩编码技术 得到了迅速的发展。国际标准化组织( i s o i e c ) 幂i i 国际电信联盟( i t u t ) 制定了一系列国际 视频编码标准。视频编码标准的发展的主要历程如图1 1 所示。 l t u t s l a i a a f d 3 h “1h 2 6 3h 2 6 1 ,h 。2 器弘叶 嘲p 兰g $ t 删= r d s 牡p e g 4m p e g 4 1 9 8 41 9 9 g1 9 8 81 9 9 0 19 9 2 19 9 41 9 9 61 9 9 82 0 0 0 2 0 0 22 0 0 4 图卜1 国际视频编码标准发展历程 1 h 2 6 4 标准m 2 】 h 2 6 4 视频编码标准是由i t u t 的v c e g ( v i d e oc o d i n ge x p e r t sg r o u p ) 和i s o i e c 的 m p e o ( m o t i o np i c t u r ee x p e l sg r o u p ) 联合成立的“联合视频组”( j v t ，j o i n tv i d e ot e a m ) ， 共同制定的新一代视频编码新标准，于2 0 0 3 年3 月公布标准的最终草案，称为h 2 6 4 a v c 或 m p e g 一4v i s u a lp a r t1 0 t 13 1 。h 2 6 4 提供比m p e g 4 和h 2 6 3 标准更高的压缩性能，使图像的数 据量减少了约5 0 ；对网络传输具有更好的支持，引入面向数据包编码，有利于将数据打 包在网络中传输：具有较强的抗误码特性，以适应在噪声干扰大、丢包率高的无线信道中 传输：对于不同应用的时延要求具有灵活的适应性。 2 a v s 标准 2 0 0 6 年，支持三维电视视频的a v s ，成为我国首个自主产权的音视频编码国标标准， 并且成为了世界四大音视频标准之一。a v s 标准主要应用于高清晰度数字电视、高清晰度 激光视盘机、网络电视、视频通信等采用的基础性标准，它是数字信息传输、存储、播放 等环节的前提。a v s 2 的起步，意味着第一代a v s 的标准框架已经形成。与m p e g 2 等现有 压缩标准相比，在相同的视觉质量下，码率至少可以降低5 0 。编码效率比传统的m p e g 一2 国际标准提高近3 倍。a v s f n 足现有市场需求和产业技术现状，并为未来的发展提供了扩 2 南京邮电大学硕十研究生学位论文 第一蕈绪论 展的空间。 1 3v c 一1 视频编码的特点和应用 v c 1 是2 0 0 6 年在微软w m v 9 m 1 基础上开发并提交美国电视电影工程协会，成为最 新的视频压缩标准。m p e g 2 和h 2 6 4 之后，v c 1 是最后被认可的高清编码格式。相对 于m p e g 2 ，v c 1 的压缩比更高，但相对于h 2 6 4 而言，编码解码的计算则要稍小一些。 目前来看，v c 1 是一个比较好的平衡，辅以微软的支持，应该是一个不可忽视的标准。 v c 1 在高清晰度影片上表现出色，具备迅速缩小与h 2 6 4 差距的潜力，v c 1 的优势在 于w m v 9 已在互联网中得到广泛应用，目前已得到超过7 5 个公司的支持，具有很强的竞争 力。v c 。l 可应用于移动视频通信、流媒体和高清d v d 等方面。虽然h 2 6 4 也可以部署在微 软的i p t v 平台上，但已经采用微软w m v 9 的公司更倾向于使用完整的微软i p t v 集成方案。 v c 1 的主要定位是消费电子市场，v c 1 现在己成为蓝光d v d 的强制性编码，在北美发行 的h d d v d 都采用了微软的v c 1 视频编码，许多电信公司已宣布支持微软的i p t v 平台，华 纳公司已开始采用v c 一1 编码来进行视频点播。 1 4 高速d s p 介绍 目前，高速d s p , t 片【1 5 l 内部采用程序和数据分开存储和传输的哈佛总线结构，具有专 门硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊的d s p 指令，可用来快速地实现各种数字 信号处理算法，加之集成电路的优化设计，使其处理速度比最快的c p u 还快1 0 - 5 0 倍。 1 4 1 主流高速d s p 芯片 高速d s p 是一种特别适用于进行数字信号处理运算的微处理器，主要应用于实时快速 的实现各种数字信号处理算法。高速d s p 芯片发展的公司很多，女n m o t o r o l a 公司，只本的 n e c 公司和日立公司等，在这里简要介绍一下t i 和a d i 公司的d s p 平台。 1 t i 视频处理d s p 介绍 t i ( 德州仪器) 公司的d s p 以t m s 3 2 0 为前缀，主要包括三个平台，分别为：t m s 3 2 0 c 2 0 0 0 平台，t m s 3 2 0 c 5 0 0 0 平台和t m s 3 2 0 c 6 0 0 0 平台。 t m s 3 2 0 c 2 0 0 0 平台，包含1 6 位c 2 4 x x 和3 2 位c 2 8 x x 的定点d s p 。c 2 0 0 0 针对控制领域做 了优化配置，集成了了众多的外设，适合逆变器、马达、机器人、数控机床、电力等应用 南京邮电大学硕上研究生学位论文 第一章绪论 领域。 t m s 3 2 0 c 5 0 0 0 平台，包含定点c 5 4 x 和c 5 5 x 。其提供性能、外围设备、小型封装和电 源效率的优化组合，适合便携式上网、语音处理及对功耗有严格要求的地方。 t m s 3 2 0 c 6 0 0 0 1 6 1 平台，包含定点c 6 2 x 和c 6 4 x 以及浮点c 6 7 x 。其追求的是至高性能， 最新推出的芯片速度高达i g h z ，适合宽带网络、图像、影像、雷达等处理应用。 2 a d i 视频处理d s p 介绍 2 0 0 2 年a d i ( a n a l o gd e v i c e s ，i n c ) 公司推出了b l a c k f i n 系列d s p ，其中的a d s p b f 5 3 5 是一款合适的数字视频应用的d s p ，a d s p b f 5 3 5 具有6 0 0 m h z 的核内时钟，3 0 0 m h z 主 频，一个v p 口，接口资源比较丰富，但是没有预览通道。b l a c k f i n 系列的d s p 采用双 m a c 的结构具有正交的类似r i s c 的微处理器指令集，使单指令多数据和多媒体操作都 引入单指令结构。这样的d s p 芯片结构不但易于编程，可以快速的信号处理和多媒体处 理，而且方便的扩展u s b 、p c ii 0 、u a r t 、s p o r t 等接口，非常适合对视频读入，处 理以及传输。a d i 最新的双核a d s p b f 5 6 l 也是专业视频处理d s p ，在这一领域内的影 响不容忽视。但是相比较p h i l i p s 和t i ，a d i 的数字视频d s p 的劣势在于能够支持b l a c k f i n 的第三方算法太少。 其他生产d s p 的厂商有：p h i l i p s 、c r a d l e 、a t & t 、m o t o r o l a 公司等。 1 4 2d m 6 4 6 7 高速媒体处理器 d m 6 4 6 7 是t m s 3 2 0 c 6 0 0 0 平台中的一种。它包含一个集成a r m 9 内核( a r m 9 2 6 ) 、 c 6 4 x + d s p 内核、高清晰度视频影像协处理器【1 7 1 ( h d v i c p ，h i g hd e f i n i t i o nv i d e o i m a g e c o p r o c e s s o r ) 、视频数据转换引擎和目标视频端口接口。h d v i c p 的主要作用是为各种高 清晰度下的视频编解码器加速视频和影像的编码算法，其所支持的编码算法主要包括 m p e g i 2 4 、h 2 6 4 、w m v 9 v c 一1 。 本次课题是对微软公司的v c 1 视频压缩编码算法进行优化，选用达芬奇系列的 d m 6 4 6 7 平台，运用了h d v i c p 中的加速器引擎模块，来实现对算法进行优化的目的。 1 5 主要研究工作和论文安排 本文主要的工作如下： ( 1 ) 深入研究微软视频压缩编码标准v c l ，并将v c 1 算法与a v s 和h 2 6 4 算法相 比较。主要是对算法在宏块级别上面进行分析和讨论。 4 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 ( 2 ) 研究达芬奇( d a v i n v i ) 系列的d s p 芯片d m 6 4 6 7 ，重点研究了协处理器h d v i c p ， 并且对h d v i c p 的各个加速器模块进行配置，并且将这些模块实现。 ( 3 ) 运用直接内存存取( e d m a ，e n h a n c e dd i r e c tm e m o r ya c c e s s ) 来实现大块数据的搬 移，减少d s p 处理数据的等待时间。 ( 4 ) 将优化后的算法，移植到软件仿真开发环境c c s ( c o d ec o m p o s e rs t u d i o ) 下，进行 测试；检验运用h d v i c p 和e d m a 对算法性能的提高。 ( 5 ) 将优化之后的算法，移植到d m 6 4 6 7 的评估板上面进行调试。 论文一共分为七章，各章的论文安排如下： 第二章中，介绍了达芬奇技术，分析了d m 6 4 6 7 的结构特点、主要功能以及相应的 应用。并且介绍了h d v i c p 在协处理器中的应用。 第三章中，介绍了v c 1 视频编码技术。该技术采用的类似于h 2 6 4 的编码方式。介 绍了v c 1 的运动补偿和运动估计，变化量化，滤波和熵编码的主要理论。并且将v c 1 的性能与h 2 6 4 和a v s 进行了比较。对数字视频格式进行了相应的介绍。 第四章中，介绍了v c 1 编码算法在d m 6 4 6 7 上的移植和调试，d m 6 4 6 的丌发环境 c c s ，各个加速器引擎模块的详细配置，并展示了各个加速器模块生成和运行的过程。 第五章中，介绍了h d v i c p 协处理器的使用，分析了5 个加速器模块，并且对各个 模块的实现的细节进行分析，展示了相对应的运行结果。 第六章中，介绍了v c 1 算法在d m 6 4 6 7 上的优化。首先分析了c 语言程序的优化方 法，然后介绍了v c 一1 算法的整体的优化策略。并利用e d m a 进行数据搬移，最后用图 表的方式将优化前后的性能进行了对比。 第七章中，介绍了对该课题的总结和展望。 南京邮电入学硕士研究生学位论文 第二章d m 6 4 6 7 及j lh d v i c p 第二章d m 6 4 6 7 及其h d v i c p 2 1 达芬奇技术简介 达芬奇( d a v i n c i ) 技术【1 8 1 【1 9 1 是基于d s p 的解决方案，特别适用于为视频设备制造商提 供集成处理器、软件和工具来简化设计流程和加速创新的数字视频应用。专门用于视频编 码和解码方面的应用。图2 1 为达芬奇技术的发展里程图。 2 1 1 达芬奇系列平台 图2 1 达芬奇技术发展里程幽 目前，达芬奇处理器一共包含五个系列，分别是： ( 1 ) t m s 3 2 0 d m 6 4 4 x 数字媒体处理器 d m 6 4 4 x 包括d m 6 4 4 6 、d m 6 4 4 3 和d m 6 4 4 1 处理器，主要应用于视频电话、车载信 息娱乐系统、i p 机顶盒( s t b ) 和终端设备。 ( 2 ) t m s 3 2 0 d m 6 4 3 x 数字媒体处理器 d m 6 4 3 x 包括d m 6 4 3 7 、d m 6 4 3 5 、d m 6 4 3 3 与d m 6 4 3 l 处理器。不仅适用于车道偏 离与防碰撞系统等应用，而且还适用于机器视觉系统、机器人技术和视频安全监控系统等。 ( 3 ) t m s 3 2 0 d m 6 4 7 6 4 8 数字媒体处理器 d m 6 4 7 8 数字媒体处理器具有全面可编程性，能够为要求最严格的流式多媒体应用 提供业界领先的性能。 6 南京邮电大学硕二i j 研究生学位论文 第二章d m 6 4 6 7 及j ch d v i c p ( 4 ) t m s 3 2 0 d m 3 5 5 t m s 3 2 0 d m 3 6 5 数字媒体处理器 d m 3 x x 处理器包括集成的视频处理子系统、m p e g 4 j p e g 协处理器以及a r m 9 2 6 处理器。针对可视门铃、数码摄像机以及无线i p 网络摄像头等终端设备进行了优化。 ( 5 ) t m s 3 2 0 d m 6 4 6 x 数字媒体处理器 这是本课题使用的一款数字媒体处理器，详细的内容在下一节介绍。 2 2 基于达芬奇技术的d m 6 4 6 7 2 2 1d m 6 4 6 7 的结构特点 t i 公司的d m 6 4 6 7 1 2 0 】【2 达芬奇数字媒体处理器，是大众市场上的第一款实时、多格 式、高清视频译码装置。该多核处理器把一个3 0 0 m h z 的a r m 9 2 6 e j s 核、一个 6 0 0 m h z 7 2 0 m h zc 6 4 x + d s p 核和一个高清视频影像协处理器集成起来，能够进行同步、 多制式的高清编码、解码和译码。 d m 6 4 6 7 具有集成的c 6 4 x + d s p ，能够用于视频分析或专有视频处理算法，音频处理 和视频内容的分析。处理器充分利用了t i 的达芬奇开发环境，包括完整的硬件、软件和 开发工具。图2 2 为d m 6 4 6 7 的框图。 厂瓦i 五 i 竖竺塑ii a h d 差i 器器 c p g m a c ( 1 0 j 10 0 1 0 0 0 ) v l y n o ” 2 0 a r ms u b s y s t e m 厂百鼽1 l 塑! 昼j a r m 9 2 6 e j sc p u i c a c h ao c a c h a 1 6 k 8 k t c m r a m8 0 0 t r o m 3 2 k8 k d s ps u b s y s t e m c 6 4 x + i oc p u l 1f c a c h el 1d c a c h e 3 2 k3 2 k l 2c a c h e8 0 0 t r o m 1 2 8 k6 4 k h d 、，i c p 0 h o v i c p l c r o s s8 a t a n d s w i t c hf a b r i c e d m a e m u l a t i o n c t r l p l l p u c t r l v o c e i 口 p l l c t r l g p i o m c a s p 1 c h a t l n e i m c a s p 4 c h a n n e i 1 2 c p w mx 2 t i m e r 6 4x 2 w dt i m e r u a r tx 3 0 d r 2 3 2 b i t3 0 0m h z f p a r l s e r t s i f0 c l o c kr e c o v e r yo s e r i a l it s i f1 c l o c kr e c o v e r y1 r i d e op o t i 2 x8 ，b i tb t6 5 6c a p o r1 6 b i ty cc a o o r r a wc a p a n d 2 x8 - b i tb t6 5 6o l s p o r1 6 - b l ly i co i s p 口 j t a g2 7 m h z2 4 m h = 图2 - 2d m 6 4 6 7s o c 框图 7 南京邮电火学顾i ：i j f 究生学位论文 第一二章d m 6 4 6 7 及j ch d v i c p 2 2 2d m 6 4 6 7 的主要功能 d m 6 4 6 7 的d s p 子系统使用的是c 6 4 x + d s p 内核f 2 2 】。该内核针对高分辨率视频编解 码算法进行了很多方面的优化。c 6 4 x + d s p 内核构建在v e l o c i t i 2 体系结构的基础上，是 v e l o c i t i 2 体系结构的进一步增强，以其c 6 4 x + 内核的先进超长指令字( v l i w ) 结构，获得 当前应用设备所需要的高性能。图2 - 3 为d m 6 4 6 7 芯片结构图。 戮鍪巍溢鏊鍪滚琵 凌羡嚣 篓整篓羔釜| “ ：；n n 。j 一 1 锈? ， _ 。! 一7 、：。k ， 一l 麓1 。o 、：一。、r 掌h ”2 ? ? o j ? 。一：、 2 2 3d m 6 4 6 7 的应用 图2 - 3d m 6 4 6 7 芯片结构图 d m 6 4 6 7 主要的有以下的几个应用： 媒体网关 多点控制设备 数字媒体适配器 视频安全监控 视频编码解码转码传输 网络媒体编码解码 母i ， 委警 鬟。0； 文，一 一。o 黟歉一 南京邮电大学硕j 二研究生学位论文 第一章d m 6 4 6 7 及j eh d v i c p 2 3h d v i c p 协处理器在编码中的作用 d m 6 4 6 7 芯片拥有2 个高清视频影像协处理器模块，即h d v i c p 0 和h d v i c p l 2 3 】【2 4 j 。 它们的主要作用是为各种高清晰度下的视频编码器和解码器来加速视频和影像的编码算 法。所支持的编码算法主要包括m p e g 1 2 4 ，h 2 6 3 、h 2 6 4 以及v c 。1 。图2 4 为h d v i c p 0 和h d v i c p l 的结构图。其中h d v i c p 用于编码阶段，而h d v i c p l 则应用于解码的阶段。 2 3 1h d vlc p 发展阶段 图2 - 4h d v i c p 0 和h d v i c p i 结构图 d m 6 4 6 7 是第一款采用h d v i c p 的处理器，h d v i c p 的发展，将会经历以下三个阶 段，如图2 5 所示： 南京邮电大学硕j j 研究生学位论文 第二章d m 6 4 6 7 及j ch d v i c p c o d e c j 瞄匿：i1 1 t f 对：潮i黥圈蕊豳隧聪翟嚣隧l 瑚礴圈豳蕊豳霾露黧 卜。篡哟。ll 端 缓豳豳鞠豳瞄嚣2 豳翰缌黝翰豳i缨豳 图2 5h d v i c p 发展阶段 第一阶段：算法的所有部分，都采用d s p 进行处理，没有h d v i c p 的采用。这些算 法包括固定的内核函数，头处理，编解码器软件以及编码参数的控制。这表现在d m 6 4 6 7 之前的c 6 0 0 0 的一系列处理器。 第二阶段：采用h d v i c p ，表现在d m 6 4 6 7 为代表的处理器。h d v i c p 的使用，主 要是对算法中的固定内核的函数来实现的。对视频压缩编码算法，主要表现在对编码的各 个阶段进行处理的，这个处理是建立在宏块级别上面进行的。目前h d v i c p 发展到这个 阶段。 第三阶段：也就是以后h d v i c p 将要达到的功能。h d v i c p 不仅处理固定的内核函 数，还相应的处理头函数。不仅仅包含宏块级别的很多的函数的功能，还包括码流中处理 的头的一些字节的标识。这样可以使得d s p 的计算量减少，达到一个更优效果的平衡。 2 3 2h d vic p 功能概述 ( 1 ) 结构( a r c h i t e c t u r e ) 特殊算法的硬件加速器 南d t l t 大学硕士研究生学位论文 第一二章d m 6 4 6 7 及其h d v i c p 对所用的固定内核函数进行加速 d s p 中所有可编程的函数 ( 2 ) 性脆( p e r f o r m a n c e ) 对所有级别进行全高清的解码 7 2 0 p 的单硅片编码 多硅片的伸缩性能 最小的处理时延 ( 3 ) 编程( p r o g r a m m i n g ) 支持全a p i 命令驱动的形式，不需要进行汇编级别的编程 通过寄存器的控制来进行设置 宏块级别的编解码器控制 ( 4 ) 尺度( s c a l a b i l i t y ) 支持多种编解码的格式 支持多通道的次高清视频 在宏块级别的处理缓存器进行高带宽的d m a 2 4 本章小结 本章首先介绍了t i 的达芬奇技术的原理，然后介绍了达芬奇五个系列的处理器平台， 详细的分析的d m 6 4 6 7 的性能和它的应用。并对d m 6 4 6 7 的核心加速器引擎h d v i c p 的 发展做了相应的介绍，以及h d v i c p 所能够达到的性能。 南京邮电大学硕二l 研究生学位论文 第三章v c 1 视频胩缩编码技术 第三章v c 1 视频压缩编码技术 v c 一1 是2 0 0 6 年在微软w m v 9 基础上开发并提交美国电视电影工程协会，成为最新 的视频压缩标准。v c 1 是继m p e g 2 和h 2 6 4 之后，被认可的高清编码格式。它吸收了 m p e g 2 与h 2 6 4 编码的优点，压缩比介于m p e g 2 和h 2 6 4 之间，编解码复杂性仅有 h 2 6 4 的一半，压缩时间更短、解码计算更小。 3 1v c 1 编码器结构 v c 1 【2 5 】 2 6 1 的编码结构也是基于块的运动补偿混合编码结构，采用了变换、量化、帧 间预测、环路滤波和熵编码等编码压缩技术。标准规定8 x 8 块为空间、时间运动补偿和 变换处理的基本单元。与h 2 6 4 一样，v c 1 也定义了三种图像类型：i 帧、p 帧以及b 帧，均可采用逐行或隔行扫描方式。v c 1 采用的是在频率域内进行帧内预测，在反量化 前和重叠平滑之后采用8 x 8 块的