（通信与信息系统专业论文）基于dsp的h263编码器的设计与实现.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 接时数字视频压缩的应用越来越广泛，以该技术为基础的视频监控系统越来越受至啦次 迎。随着珊代d s p 技术的发展，在d s p 上用软件 准应用的一个亮点，这种应用比起专门的压缩芯片 本文首先概述了视频监控系统的发展现状，然后简明扼要地介绍了h 2 6 3 标准，并在 此基础e 提出了基于t c p i p 网络的沈凰监控解决方案。对方案中的源端模块一基于d s p 的h _ 2 6 3 实时视频压缩器的设计与实现做了重点介绍。 基于d s p 的h 2 6 3 捌黼的软件剪蝴开发d s p 系统触淋是主要晰唬 对象。首先介绍了视频编码器的硬件结构和各部分具有的功能，基于d s p 平台的c 语言 实现方法以及在实践中开发d s p 的收获和心得体会等问题。对视频编码器中的视频数据输 方法和操作s b s r a m 接口的技术实现也做了说明。结合对h 2 6 3 标准的理解，给出了 帧图像分块，帧内压缩，运动估计，运动补偿的软件实现模块，其中帧间帧内判决茼璧简 单易行，效果好，并在软件中得到应用。在课题开发的实际过程中，我应用的d s p 仿真环 境下对f l a s h 勰以及d s p 引导的蓟形齑揪于1 1 公司提哄的解蜘了法的。由于芷 d s p 平台上用c 语言开发的特殊陛，我提出了对d s p 软件进行优化的原则性问题和课题 实践中采用的优化= 方、法，得到满意的结果。最后总结了对系统滑试的方 l 昶心得体会。 在进行算法模拟的过程中，瓤1 - h 2 6 3 的标准有了更深刻的了解，并且促使我深入研 究召把其中n 个赫蓟形谢痢背景曝理总结出来，作为论文的最舌部分。 殷中所介绍的符合h 2 6 3 棉隹的d s p 捌脚已i 兰砸凋在粥匾缈干发的j | 盏j 空黜 中。其硬件平台稳定，软件疙潴晰，因此获得了合作弹位的妇 i ：矗 关镪司：视频监控l n 6 3 标准 i s p 运动估计运动矢量 i 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h e a p p l i c a t i o nf o rr e a lh r n e v i d e oc 0 血gh a sb e e n 、i d e t y , a n ds u x v 她s y s t e m s a sw e l l a si n d u s t 砌i r 】显删o na n dc o n 扛】o ls y s t e 删躺e x a m p l e so f e v e r 孽o w i n gn e w 越a e a s t h er e c e n t p o w e r i n c r e a s ei n 瑚妇d s pm a k e i t 钯叫印n g t ou s es o f h 硼mt m p l 删o n 锄_ l yw h i c hw i l l r e s u l t i n a s y s t e m d e s i g n m o r e m a i n t a i n a b l e a n d m o r e e a s i e r t o u p g r a d e t h a n h a r d w a r e i n 恤s p a p e r ，t h e 绷m l i t y a n dd e v e l o p m e n to fv i d e os t a w e m a w es y s m mi st r a c e df a s t , 吐1 饥t h es y s t e ms t a n d a r do f u - ti - 1 2 6 3a l ei n m x t u c e db r i e f l yb u te x p l i c i t l y t h i sp a p e ra l s o p r e s e n t st h ep r o j e c to f v i d e o s m - v e i u a n c es y s t e m so i lt c p i pn e t w o r km a di e h 出dk e y t e c h n o l o g y r e a l - t i m ev i d e oe n c o d e rf o l l o w i n g u - th 2 6 3r e c o m m e t x l a f i o no nd s pi sd e s c r i b e d ，t h i s e n c o d e r w i u b e u s e d i n v i d e os t a v e i l l a n c es y s t e m s o n t c p f l p m 抵v o r k t h es o t h a r e i m p l e n m 蜥o n o fr e a l - t m a ev i d e oe n c o d e r f o l l o w i n g 丌u t h 2 6 3 r e c o m m e n d a t i o no nd s pa n dt h et e c h n o l o g yo f d e v e l o p m e n t o nd s pi si n t r o d u c e d i t sr e a m i m e p e r f o n r l m l e e c a nb e 越h i e v e du s ecc o d e i 尉p 舭o i lh o wt o d e v e l o p s o f t w d r eo r t m s 3 2 0 c 6 2 1 1 a m p r a c t i c e e x p e r i e n c e d u r i n gr e s e a r c h s o m e k e y t e c h n o l o g y s u c h a s v i d e o i 珥咄 日l c ( ) d i n gi m 阻j t a m ea n d 锄髓鱼m l e a r ea l s oi n t r o d u c e d t h i sa r t i c l ed e s c r i b e saw a yt op r o g r a m t h e f l a s h o n t h e d s p b o m d w i t h t h e c o d e c o m p o s e r s t u d i o a n d t h e b o o t p l x x x = s s p e r f o t m e a b y t h e d s pt h i s w a y i sb e t t e rt h a nt i c o r p s i no l d e r t 0i i l p l _ o v ee f f i c i e n c yo f t h e s y s t e m , is l m l m m i z e t h e e f f e c t i v e o p t i m i z a t i o n s t r a t e g i e s a n d d e b u g m e t h o d f o r h 2 6 3 v i d e o c o d i n g o n d s p 。 d u m g h 2 6 3e n c o d e ro np c 面i l gcc o d e , ih a v er e s e a r c h e d u th 2 6 3r e 【：o r 皿瑚蛐 a n d 锄峨恤b a d 卿u n d 蜘丛雠l a s t 啡 t h ee n c o d e rd i s c u s s e di nt h ef f e s i sh a sb e e n p i d ( h 】c e dt h es a m p l eh a sh i g h 鳓如d i 眈a t t h e 黜t i m et h es o f h v a r eh a sc l e a rc o n s l n 血o na n dc a l lb ea a n s p k n 血e d 蛐s o 她c o o p e m 吐 c o m m n y p r m e s i t k e y w o r d s ： v k l e a s u r v e i a m e e ；i l - t 1 1 2 6 3 r e c o m m e n d a t i o n ；d s p ；m o t i o n e s t i m a t i o n ； 蛐nv e c t o r ；, 华中科技大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 引言 近睐，晦醚婷膨赫沐、计劓嘣沭、i 邑信扬怖越妫时剿啦备技术的秽趣 发展，电信网和懒网获得了超乎人f 门想象的巨妁殳展。可以诡当前的信一息化时代， 是一个构筑在网络基础之e 的时代。基于t ( ：p 月p 协议的网络如h 衄n e t 、i n t t a n e t 已经广泛 普及，随着高速宽带主干网的建成和各地区高速接入系统的迅速发展，i p 网上的业务范围 也在不断扩大，除了传统的信息检索、电子自阱、远程登录、文件传输等项业务外，各种 多媒体业务，如电子商务、视频会议、远程监控、远程教学、远程医疗等都在宽带网上展 示了广阔晰娴前景。可以预言，二十一也已将是_ 卟以网络和数字、业务为主体的信亩化 时代，它将影响到洲会、经济和人f 门日常生活腑面面。 网上多媒体应用( 如视频会议，数字监控等) 正为传统的计算机应用注入新的技术和 内容。网络多蜊本技术的发展也导致了基于伊技术的网缗删数字蒯曲沐秘见场 视频浏览应运而生。b k 模拟监控到数字监控，实现了监控技术的一次飞跃，目前较为先进 的数字监控技术有两个主流：一是通过专用视频服务器( 瘦服务器) 把模拟图像信号 专化 为数字图像信号后上网，同对j 蘑过管理程序对多个 ! 见劫弼浏饼彭槲理，获得授权的用户 便可以通过网络看到任何个监控现场的实时图像，并且可以控带吐出灞添蜊观角和焦距； 二是采用市面上流行的操作系统和标准的p c 机配置将硬盘录像和远程现场实时监控结合 起来并充分利用用户现有资源的数字监控技树”。两种技术的差别在于前端监控服务器所 采用软硬件不同，在远端两者是一样的。在绪论的各部分中，我f f 球蝴讨论监控系统的、 发展和现在研究开发中处于主流的基于网络的视频监控系统，并介绍和比菠几种数字视频 压缩的标准，并在此基础e 提出本课题基于d s p 的视频压缩器的设计与实现所研究的主 耍内容。 华中科技大学硕士学位论文 在 、类接收的信息中有7 0 来自视觉，这是人类最有效和最重要的信息获取方式。因 此，图像监控一直是人们关注的应用技术热点之一，它以其直观、方便、信息内容丰富而 被广泛应用于许多场合。数字图像监控系统以监控现场的摄像机的实时视频信号作为信息 源，显示在监示器e ，能够实时、形象、真实地反映被监控控制的对象。 在电子技术与通信技术的发庠l 过程中，图像监控系统的技a 谢平，直接反映了不同阶 段电子与通讯的技术状况，就图像监控的方式，大致可分为三樊l j ： 扶摄像机、电视机出现的那天起，原始的图像监视系统就已诞生。它被广泛应用于保 安、生产管理等场合。本地图像监控系统主要由摄像机、视频矩阵、监视器、录像机等组 成，由视翻琶戋、控制线缆等连接。本地图像监控系统般采用模拟方式传输，采用视频电 缆( 少数采用光纤) ，传输距离不能太远，主要应用于小范围内的监控，如大楼监控等。监 控图像般只自锑茸空制中心查看。 1 2 2 基于p c 的多媒体监控系统 数字视频压缩编码技术的日益成熟，微机的普及化，为基于p c 机的多媒体监控创造 了条件。多媒体监控系统是般采用下面的结构：在远端监控甥i 场，有若干吟甥隙机、各 种检测、报警探头与数据设备，通过各自的传输线路，汇接到多媒体监控终端e ，多媒体 监控终端可以是一台p c 机，也可以是专用的工业机箱组成多媒体监控终端。 基于p c 的多媒体监控系统功能较强，t 旦稳定性不够好；功耗高：需要有 值守：同 时，软件的开放性不好。 随着技术的进步，现在出现了一种新型的网络化远程视频监控。基于网络技术的远程 视频监控的主要的原理是：在前端不需要处理模拟视频信号的的p c ，而是把摄像机输出的 2 华中科技大学硕士学位论文 模拟视频信号通过d s p 或者专用芯片压缩之后，通过嵌入式系统直接把视频压缩信号转换 成p 数字信号送到网上，并由专门的视频服务器进行管理，可以上网的计算机在授权下就 可以看到任意监控点的实时隋况。授权用户还可以控锘蟠 像机云台镜头的动作或对系统配 置进行襟作。 新系统的特点是： 节省费用 懒耕算6 兀技术及广域网鳓沐的发展，i 邑用设备及i 酮软件，莲应用以及胤网 络应用普遍流行，系统虽然涉及到嵌入式系统，应用软件，网络应片j 等各方面的技术，但 目前，在其网络上匣用数字监控系统，可以使视频信号立即进入网络，省去了中间一些不 必要的网络建设费用和专有设备的开发费a 即插即看的解决方案 捌娥绣髂户端p c 采用目静跫行的姗唧w s 操f 乍系统服务黼蒯鲤端 上的客户端软件都可以方便的安装。源端设备只需要接入以太网，分配个地址就可以 了。 基于网络的溅厕盗控系统中要通过压缩编码使得视频数据能够在t c p i p 网络上实时 传输。因此说视频压缩技术是视频监控系统中的核燃，一点不为过。在学术和匣用领 域许多 都在致力于视频压缩技术的研究，并且制订了几个标准，如：i t u - t h 2 6 1 ，i - 1 2 6 3 和i s o m c 的m p e g - i ，m p e g - 2n m p e g - 4。这些标准覆盖了很大的视频速率范围和 应用领域，支持不同速率、不同的图像质量要求等条件的视坜j u ，务，能够演浞蜥电视会 议、捌员监控、可视电话、广播级捌昶拥等不同要求蝴艮务。随着捌碰拥需求的不断 发展，捌弼缔扬雠洧了l 艮大的提高，新出现的盛静瞄准有了更高的压缩效率( 在相同 的图像质量下需要更低的传送码率或在相同的传输速率提供质量更好的图像) ，同时支持不 同的传输速率以适应不同的传送网缮玛嘲。 在目前已经大量应用的压缩标准中，m p e g - 1 和m p e g - 2 是面向广播级或准广播级应 华中科技大学硕士学位论文 用的。m p e g - 1 标准主要是为了视频存贮媒体如v c d 而制定，其主要目的是在1 1 5 m b i t s 的情况下，提供3 0 帧c i f ( 3 5 2 2 8 8 ) v h s 的质量的图像。m p e g - i 不能提供分级 图像编码，也不能在丢包率高的情况下应用。m p e g - 2 标准扩展了m p e g - 1 标准，能够 支恃高钟淬图像和声音。目标码率在3 1 5 m b i t s 传瓣条件下提供广播级的图像 而且能够提供s n r 、时间、空间三种分级编码。该标准可以应用于卫星广播，d v d 等应 用领域 4 1 。 h 2 6 1 与h 2 6 3 标准主要面向于低码率的视频应用，如可视电话和会议电视。h 2 6 1 是最早出现的视频编码标准，它的输出码率是6 4 k b i l s 的倍数。h 2 6 1 主要是为了i s d n 的会 义电视和可 见电话的应用。h 2 6 1 所需要的计算量能够显著下降。h 2 6 3 是为了支荆氐 速率的通信而制定的标准，但希望能够适应较大的动态范围，而不仅限刊氐码率，而且能 取代h 2 6 1 。h 2 6 3 能适应误码率高的信道具备容错的能力i q 吲。 由于公用0 9 - n n ( p s t n ) , 和无线网络上的传输速率仍然很有限，而目误码率高，上述的 标准不能满足这类高压缩效率和强信道冗错能力的应用要求。针对以e 压缩算法的不足， 目前出现了些新的压缩标准，如- 1 2 6 3 + , 和m p e g - 4 标准。 也6 3 十以及后来的m 6 3 + + 、 t - 1 2 6 l 能很好地解决低码率视频应用问题，它们在提高编码压缩效率的同时，提高码流对 高误码率信道的容错能力，而且都是通过选项( o p t i o n ) 的形式提供的，方便灵活，且能 够兼容本标准的以前版本。h 2 6 3v e r s i o n2 ( 或称h 2 6 3 + ) 是在h 2 6 3 的基础e 以增加 编码的可选项的形式改进的，在吾去上与h 2 6 3 兼容，但编码效率有很大提高，适用范围 也更大。由于实现成本较低，h 2 6 3 十标准已经越来越多地被采用。 m p e g - 4 标准则是今后段时间压缩标准的主流。m p e g - 4 标准既能够支持码率低于 o t k b i t s 的现顷应e 用，也能够支持广播级的视频应用。与其他压! 矧自蝴比，m p e g 4 标准 在d c t 的基6 灶引入了图像模型的概念从而具有更高的压缩效率。m p b g _ 4 的工作集中于 发展m s d l ( m p e g - 4s y n t a c t i cd e s c r i p t i o ni 棚目确g e ) 语言。m s d l 和j a v a 的思想一样，能 够通过下载功能模块部分建立新编解码裂2 | 【5 j 。 从刚才的视频压缩标准的介绍来看，m p e g - 1 和m p e g - 2 是面向广播级或准广播级应 用的，码率太高，对于多点监控并不合适，h 2 6 1 已稍显落后，从监控系统的图像要求和 一 4 华中科技大学硕士学位论文 以后升级的需要，h 2 6 3 更为合适，更关毽的舵觌的复杂度比m p e g - 4 要f 氐，利于短 时间内研发的需要。 1 4 本文研究的主要内容 顺应数字监控系统发展的历史潮流，2 0 0 1 年3 月由武汉国测电力新技术有限公司提供 资金，课题组开始基于t c p i p 网络的视溯础憋统的硼发工作，在我的导师一王宏运搏 导的领导下，课题组成员认真进行了方案设计，开发准备，系统研究。经过近年的努力， 我们成功完成了初步的各模块开发和系统 莉i q 任务。笔者和其他n 位同学负责项目中“源 茸掀的觌”，本人的主要工作有：认真分析用户的需求，利用网络资源调查目前国内， 国际上关于基于网络的数字视频监控系统研究情况，了解目前各种视频匪缩方案，在王老 师和胡波博士的指导下进行系统方案的设计，在p c 机t 进行i n 6 3 算法模拟，深入研究 了i t 2 6 3 标准，并在i ) s pe 部分实珊琳羁。同时和其他同学起进行1 ) s p 视劫班鞠茸阪的 调试，以及和课题中其他椟鲠_ 走蠹茳行系统调试。本文正是在对基于d s p 的h 2 6 3 视频压 缩器的研发以及对h , 2 6 3 的深入研究的基础e 写作而成的。 本文主要研究如何在高性能的d s p n 缁3 2 0 c 6 2 1 l 上实现h 2 6 3 压缩际准，达到对 视频流的实时压缩的目的，以便在网络上传送数字化的视频压缩图像。为此本文从妒 的特点，视频数据的输入，t m s 3 2 0 c 6 2 1 1 的开发方法和要点，1 t 2 6 3 的标准实现等方面 的内容出发，介绍了在d s p 上开发软件的方法。其中关键技术有软件方面涉及的帧内和帧 间编码的技术以及t i 的d s p 的汇编和c 语言编稻姆多忙等。这里还想特另时旨明的是，由前 面的分析可知，对比起专用的视频压缩芯片，用d s p 实现视频压缩功能，会是比较的灵活， 可以实现不同的压缩标准，并为系统的升级和扩展留下了巨大的空间。如果把d s p 升级到 n 假3 2 0 c 6 4 x 则性能更为出众，可以觌更为复杂但优秀的视频压缩算法比如m p e g 4 ， 所以一方面给整个设计和实现留下了很大余地，但同时也意味者难度的增加，向设计者提 出了强大的挑战。但是在大家的共同努力下，我们圆满地完成了各项任务。 本文的主要内容有：一、绪论。将给出几种数字视频压缩标准的比较并介绍视频监控 系统的发展状况。二、h 2 6 3 标准和t c p i p 网绍视频监控系统方案设计介绍。将对h 2 6 3 一_ 华中科技大学硕士学位论文 标准予以简要的介绍并对整个系统方案作了较为详细的讨论。三、d 卵系统结陶和开发介 绍。在这一章中将对实时视频压缩器中的硬件结构，d s p 的特点和开发要点进行介绍，同 时视频输 的方法，d s p 仿真环境下对a s h 编程以及d s p 引导的实现方法等也有详细 的论述和总结。四、软件关键技术的实现。x q i d s pi - - 觌h 2 6 3 的软件程序的实现方法结 合标准本身做了详尽阐述，本章是整个论文的主体部分。五、软件的优化和系统谪试问题a 这部分对d s p 上的软件优化问题和系统调试问题进行了总结。六、i l 2 6 3 算法的研究a 由 9 笔者对h 2 6 3 视频酾隹做了 9 队的硼究，阐述h 2 6 3 中的一些涉及蛩粥嘣艇匿耐南去性 的问题，结合自己在课题中的开发实践做了总结。 6 华中科技大学硕士学位论文 2h 2 6 3 标准和t c p i p 网络视频监控系统方案设计介绍 2 1 h 2 6 3 简介 h 2 6 3 是一个可以应用在谢氐比特率f 青况下视i 贡涝方梨3 】【6 1 。械斑瑚的基榭勾造是 基于m l - t 的h 2 6 1 建议，它是通过帧间预测编码去除时间上的冗余和通过变换编码来去除 空间上的冗余。源编码器可以在五种标准图像格式上工作：s u b - q c l f , q c i f , c i f , 4 c i f 和 1 6 c i f 。在基本的视频编码基础上，还有四种可选择的编码选项来改良性能：无限带蚴矢 量模式( u m e s t r i c t e d m o t i o n v e c t o r s ) ，基于句法的编码算法模式( s y n t a x b a s e d a i 蛐m e c o d i n g ) ，高级预测模式( a d v 卸删阳碰血o n ) 和p b 帧模式口& 丘锄e s ) a 这些撇可以单独 使用，舸以结合使用，或者不使用。 视 信 外部控 j 制 图2 - 1l 配6 3 视频编解码器的框图 、 五种标准图像格式为：s u b - q c i f , q c w , c i f , 4 c i f 和1 6 c i f 。对每种图像格式而言， 在正交排列时，亮度的取样结构都是d x 个象素每行，d y 行每幅图像。两个色差成分的取 样都是d x 2 个象素每行，舭行每幅图像。虹电d x 2 和舭的值在表2 - i 给出。 华中科技大学硕士学位论文 表2 1 图像格式和亮度色度取样表 在不同的图像格式中，两个色度信号的采样率是亮度的一半。c b , c r 的空间位置关系 如图2 2 所示： 亮度信号 色度信号 块边界 图像格式亮度取样的象亮度取样的色度取样的象素色度取样的行 素个数阳x )行数( 呦个数f d x 亿) 数( d y 2 ) s u b _ q c u ： 1 2 89 6 6 44 8 q c n ： 1 7 61 4 48 87 2 c 砸3 5 22 8 81 7 61 4 4 4 c i f7 0 45 7 63 5 22 8 8 1 6 c 1 4 0 81 1 5 27 0 45 7 6 o一 酰 一 位空度 一 色 o o o 渡 一。一一。一 o 一 一 一 圮 o 一 0 o 靴 一。一一。一。一 脚 irii。 o o o 一 华中科技大学硕士学位论文 图 输 图2 3h 2 6 3 视频编码框图 如图2 - 3 所示的视频编码的框图，帧内编码帧，是对每个8 x 8 的块进行d ( 玎变挽对 变换后的d c t 系数进行量化，最后对量化系数作变长编码( v l c ) ；若是帧间编码帧，对 运动部分宏块设法测定它的运动矢量，即进行运动估计，即找到该宏块在前叫贞的最佳匹 配块，算出运动矢量。然后根据帧内和帧间的判定公式来确定该宏块采用帧内n r r a 还 是采用帧间编码矾t e r 模式，若是州t r a ，对该宏块m b 进行d c t ，量化等编码操作。 对于n i i 压缩模式，这是在运动估计的基础e 用前帧图像进行预测的方法可以有 效地去除时间冗余度、提高压缩比在前陨中通过运动估计找到最匹配的m b 后，需要进 行前后帧宏块间的象素差值运算，这样的差值即预测误差，每个宏块的预测误差都需要 d c t , 量化等操作后再传输。在e 述过程中，量化系数一方面送到v l c 编码器另一方面 送到反量化器和反变换器进行图像重建，重建图像保存在图像缓冲区以备下一汐濑间预测 时使用【3 1 。 9 华中科技大学硕士学位论文 不同图像格式的块组和宏块数目不同，但宏块的大小和块的大小时相同的，各种图像 格式在宏块层上统一起来。如图2 - 4 所示： 图2 _ 4 图像格式 图像允层的结构最终为了图像进行分层次编码，可以增强编码过程的灵活性，分层编 码后的数据最后合成$ 蹬藤流，慨镄螺流的复锵式如图所示。分层结构如图所示a 带 跨越箭头的表示在一定条件指示下可以不包含的域，而变长码的域均采用可变长的编码a 华中科技大学硕士学位论文 g r o u p o f l 3 1 0 c kl a y e r m a c r ob l o c kl a y e r b l o c k l a y e r 厂 啵贼 【一 图2 - 5码流格式图 1 图像层( p i c t u r el a y e r ) 每帧图像的数据包含个图像头，并紧跟着各块组数据，最后是个d 艟派畔嗽 1 1 华中科技大学硕士学位论文 ( e o s ) 码和填塞直。图像头包含的数据域育：帻逛始码，帧计数码，类别信息，量酬器 码，多点信息，子码流指示，b 帧计数，b 帧量化码，额外插入码，空闲码，填充码和帧 结束码。如图所示：p s b l 只有在被c p m 说明后才出现。t r b 和d b q u a n t 只有在唧e 指明了“p b 帧”才出现。 s p a r e 和唧的组合不可以出现。e s t u f 只有在e o s 出现才。 可以出现。 2 块组层( g o b l a y e r ) 每个块鲴屠g o b ) 包含了一个g o b 头，紧跟着宏块数据。包含的数据域有：块组起 始码，块组计数，块组子流指示，块组d ，块组量化器指示。 3 宏块层( m bl a y e r ) 每个宏块中包含y - - 4 - 撇n 后续的块数据。包含的数据域有：已编码宏块指示位 f c o d ) ，宏块类型和色度的编码块样式( m c b p c ) ，b 块的宏块模式( m o d b ) ，b 块的编码 块样式( c b p b ) ，亮度的编码块样式( c b p y ) ，量化器信息( d q u a n t ) ，运动矢量数据 ( m v d ) ，运动矢量数据( m v l z h 4 ) ，b 宏块的运动矢量数据( m v d b ) 。 c o d 只出现在用p t y p e 指定为“i n t e r ”的图像帧中，对于这些图像中的宏块，当 c o d 指定或咖e 指示为“i n t r a ”时会出现m c p b c 。如果町，e 指示了“p b 帧“， m o d b 会出现以表示m b 类型：0 4 。如果在m c p b c 中指定，则会出现c b p y , d q u a n t , m - v d 和m v d 2 4 。只有在m o d b 中指定时才会出现c b p b 和m v d b 。当m c p b c 和c b p y 中指定时会出现“块数据”。只有在高级预澳撇下，m v d 2 4 才会出现。在p b 帧模式下 才会出现m o d b ，c b p b 和m ) b 。 4 块层( b l o c kl a y e r ) 没有头部雇息，是以个8 b i t 的直流系数开始，后面是各个频点系数的编码值。块是 分层编码中最基本的单位，基本输 单位的8 * 8 的块，经d c t 变换后仍是8 * 8 的矩阵。 h 2 6 3 中使用的是种可变长编码，它是根据先验概率得到的码表对数据进行编码， ， 这种可变长编码有n 个优点，它不需要计算后验概率编码表，不要传输码表，( 编解码用相 同的码表) 。在编码的时候，先确定符号，游程，是否为当前块中最后俐巨列5 和数值得 。 t 大小等几个参数，查表后得到比特数不定的一串码子。由于码表是根据很多实验数据编制 的，所以不在表中的概率不高，总体来讲有较高的编码效率。 在h 2 6 3 建议附录中还有4 个推荐的可选模式： ( 1 ) 无限锖蟠勐n 量n ； - 一 丽1 一门l 厂 碱弋厂 露疆一 图3 - 3s b s r a m 的读时序 f i f o ；芷d s p 内部映射为s b s r a m 的操作，那么就直接利用) 坂进行读f i f o 自q 操作，对s b s r a i v l 操作采用半速工作模式( 我们这里c p u 时钟1 4 4 m i - i z ，羚塞为 7 2 1 v l i - i z ) ，这对于微缓呻而言已经足够了。费k 1 采用事件同步触发d m a 传耐f q 7 亨法， e “事件使能寄存器) 对应的事件使能后，前端送给d s p i 脚e x i t _ i n t 4 的夕 部中断信号 启动e d m a 通道4 的传输，传完一行数据后，产生完毕中断信号，启动e d m a _ t s r 中 断服务程序。 n 的资料中给出了m 姨通道与同步事件的关系，我们用到的e x t i _ i n f 4 的外部中 _ _ _ - _ _ - _ - _ - _ - _ _ _ _ - - 一 0 华中科技大学硕士学位论文 断对应e d m a 第4 号通道的传输，而e d m a 传输结束代码1 0 0 0 b 中断对应e d m a 第8 号通道的传输i 。 在对e d m a 的初始化l n i f i a l i z e e d m a 中，设置的参数r a m 的重要参数如下，可选参 数部分0 x 2 0 3 8 0 0 0 1 ，即设t c i n t 位为1 ，t c c 码为1 0 0 0 ，源地址为c t _ 2 ( s b s i l a , _ m ) 的存 储映射地址。目的地址是一个数组，在e e r 把通道使敷即第4 位置为1 ) 后，e x i t i 盯4 的外部中断中断会立即启动e d m a 通道4 的传输，该通道的传输负责传送，行数据。在 这里说明的是视频编码前数据输入的中断i n t 4 ，为定长脉宽，上升沿有效，每一行中断一 次，如果有一行没有响应中断，下行中断不会产生。 由于可选参数中的t c i n t = i ，即允许产生中断，同时设定了传输结束代码f r c c ， t r a n s f e rc o m p l e t ec o d e ) 为1 0 0 0 ， e d m a 控制器会根据t c c 的值，将c w r ( c 1 1 卸n n e l i n t e r r u p tp e n d i n gr e g i s t e r 待处理通道中断标志寄存器) 的c w n 8 设置为l ，由于程序中把 c m r t c h a m e li n t e r r u p te n a b l er e 百s t e r ，通道中断使能寄存器) 的对应位第8 位置1 ，所以4 号通道的传输结束行为向c p u 发出e d m ai n t 中断，调用e d m ai s r 中断处理程序。 3 4 3 输入缓冲的设置 y u ，v 数据一彳亍行用e d m a 的力怯输入。输入图像存储在s o u r c ei m a g et y p e 结构中，该结构的定义如下，开始是一个数组作为头数据，后面是亮度和色度块。 u 8 u a i - i e a d 3 2 1 ； u 8 m y v i d e oc i fi m a g e _ w i d t h + v i d e oc i fi m a g e _ h e i g h t ； u 8 u a u v i d e oc i f m a g e _ w d t h + v i d e oc i fi m a g e _ h e i g h t 4 ； u 8 u a v v i d e oc i f i m a g e w i d t h + v i d e oc i fi m a g e _ h e i g h t 4 ； 一行一行的输入，直到充满整个亮度块和色度块。 为了使输入和编码模块不冲突，为s o t a c e l m a g e 设置了4 个输 缓冲，为了说明方便， 设g p f d l i n g s o t w c e 蝻是正在输入的视频缓冲，g p e n c o 血g 鼬嘴h i 】a 萨= b ，是准备编 码的视频缓冲。 华中科技大学硕士学位论文 b a 图3 _ 4输入缓冲图 结合刚才的示意图3 - 4 可以看到指针的移动是写完一块，更新一块，如第1 块输入缓 冲( a 所指的位：勘，是下一次要编码的数据缓冲( b 所指的位蜀，然后第2 块作为输入缓冲 ( a 所指的位置) ，到第3 块时候，下一块就是第0 块了，这样循环往复，保证写入和读出不 会冲突。 送 存储空间的帧皎l 见频图像，在d s p 内进行符合h 2 6 3 规范的视频压缩，这部 分的实现还要在后面的章节j 拄行说明。 3 5d s p 仿真环境下对f l a s h 编程以及d s p 自引导的实现方法 开发d s p 系统应用板，最终要脱离仿真器独立进行工作，这就需要断电后仍能i 捣 存 储数据的f l a s h 作为系统的程序存储器。系统板e 电后，用引导程序t 程序) 把d s p 的应用程序从f l a s h 中引导到d s p 系统应用板的存储资源( 外部的s d m m 和内部的r a m ) e 进行工作。对于f l a s h 而言，可以使用专门的编程器对f l a s h 进行编程，但是这样傲 不够灵活。我们在自己开发的t m s 3 2 0 c 6 2 l i 的视频压缩板上，采用一片f l a s h - m b m 2 9 l v s 0 0 t a b a 1 9 i 存储视频压缩程序，并利用该板在d s p 仿真环境下将应用程序( 视 频压缩程序) 写入f l a s h ，然后利用d s p 提供的自引导帅t ) 机制，进行f l a s hb o o t ， 取得了满意的结果。 华中科技大学硕士学位论文 首先，我 f 佣c - h - b u i l d e r 编写我f 门的文件转换工具唧以0 n 、能溉e x e ) ，树舌用该工 具对视频压缩程序进行转换，生成一个扩展名为蜘的头文件，头文件中有2 个大的 字符数组，其中个的内容是视频压缩程序，另一个的内容是蛐程序。接着在对舢h 编程的工程文件中链接丑a 灿这个头文件，编译执行后就完成我们对f l a s h 编程写入的 工作，如下图3 - 5 所示。需要说明的是，b o o t 程序最终是放到f l a s h 从地址0 位置开始 的l k 字节中 2 0 1 。我们编写的文件转换工具删e c d n v e 商o n e x e ) 相比1 1 公：司在集成d s p 软 件开发工具c o d ec o m p o s e rs t u d i “c c s ) 中提供的h e x c o n v e r s i o nu t i l i t y 工具而言，更加实 用和灵活，可以生成二进制文件直接用编程器编程，也可以通过c c s 和仿真器在线对 f 1a s h 进行编程，一切尽在掌握之中。 经过文件转换 对p善rojectf篓lashf 文件卜一 ( 包含 h ) i 对f l a s h 编程 程序( f h s h o u t ) 图3 - 5 程序调用的流程 完成对f l a s h 编程写入工作 t i 提供的汇编器和链接器生成的o u t 文件是一种称为c o f f 的目标文件格式( c 呲衄0 n o b j e c tf i l ef o m m 简j i 8 ：c o f f ) ，c o f f 目标文件格式更利于模块化编程，并目为管理代码 段和系统存储器提供更强有力和更加灵活的方法。c o f f 文件格式运用所谓代码段和数据 段的概念，这种文件中分为许多e 段( s e c t i o n ) 。为了把o u t 文件( c o f f 文件格式瞄换为我所 需要的头文件，就需要对这种文件格式做一下概要的分析。c o f f 文件包含有各个段及其 调试信息，具体内容包措2 1 ： c o f f 文件头，可选头信息，含有各个段头离氢的表，每个初始化段的数据，每个初 堑盟笪坌醴星：奎盟鲞：主签皇壹笠! 华中科技大学硕士学位论文 在分析c o f f 文件信息的i 据中，要清楚盹了解对我 f 有用的信昏下表3 - 3 中，我 们可以看到c o f f 文件头的内容： 表3 - 3c o f f 文件头格式 从下表3 - 4 可以看到可选文件头的内容： 表3 4可选文件头 刚才说过，目标文件的最小功能单元叫做段( s e c t i o n ) 。段是由一系列代码或者数据 组成，在d s p 的存储器映射中占据一弱奎续空间，每个段是分离和独立的。般丽言，有 2 獬的段制裂，即臃黜鼬硝a l j 刹s e c 矗咄痢粕碳化脚n 诚a l j 删嘶璐) 华中科技大学硕士学位论文 口1 l 。移 女厶化段中包含矾忻惭聊已初蚝抛玫据，这些段的数据椭赃c o f f 文件中，程 序下装的时候放在相应的存储器中，各个段是独立分配的，并且可以引用其他段中定义的 符号，链接器会自动解摊殳之间符号访问的问题。同时，也可以甩s e c t 命拿怠义自己的初 始化段。未初始化段是一些未初始化的数据，它们在存储器映射中保留空间，但是在目标 文件中并没有实际内容，程序可以在运行的时候利用这些空间来建立和存储变量。在c o f f 文件中可以注意到，未初始化段有段头，却没有数据内容。因而，在生成的文件中，只需 要把初始化段作为要写入蚴h 的内容。例如，在c 编译器产生的已初始化段有船( t 嬲包 含可抽行代码和字符串) ，有d 1 1 i t 段( 包含已初始化娈酆常数表) ，有c o n s l 段( 包含字符串 和洲i 曲表) ，未初始化段包括b s s 鼠保留全局和静态变量空f 勘，s t a c k 段( 为系统吲戋分 配存储器，用于将变量传递到函数或者分配局音口变蓟，以屁$ 锄e m 段( 为动态存储器函数 m a l l o c ，c 棚o c ，r e a l k 分配存储器空间等。链接器对目标文件的段建立程序段和数据段， 将输 鲫合起来建立可执行的c o f f 输出模块，另外链接器为输出段选择存储器地址， 为此需要在连接器命令文件( 扩展名l d ) 中用, m e m o r y 定义目标系统的存储器， s e c t i o n s 表明在存储器何处存放输出段。 在避u 出了有关段头的一些有用信息，包括段标识，段的起始物理地址，段的字长 度，该段在c o f f 文件中的指针，以及段屙f 生标志位口”。 图3 _ 6 段头结构 对于我1 门分析各个段属性的重要标识就是段头中的段标志位a 例如： s t y pt e x t 0 0 0 0 0 0 2 0 h该段包含可执行代码 s t y pd a t a 0 0 0 0 0 0 4 0 h该段包含初始化数据 s n 甲b s s 0 0 0 0 0 0 $ 0 h该段包含未初始化数鼹 而i 袁些际志位是加i 生识别，例娴戋的卟c 0 f f 文件中t e x t 标志位是6 0 h ，则意嘲孑蕾 该段包含可执行代码和初始化数据。这样，我们就可以区分各个段的属性，只需要把初始 化段和可执行代码段写入f l a s h 中。 华中科技大学硕士学位论文 分析清楚文件c o f f 格式后，编写我们自己的文件转换工具就简单了。读入c o f f 文 件，根据格式分忻该文件的内容，把所需要的部分提取出来，写成个扩展名为j 】( 丑a s h 的头文件，头文件中定义了2 个字符数组： c o r m u m i g n e ds h o n g w a b o o t c o d e ( b o o t _ c o d e _ l e n g t h + i ) 2 】， 数组内容是b o o t 程序的代码， c o r 嫩u n s i g n e d s h o r tg w a f l a s h c o d e d ， 数组内容是要编程到f l a s h 中的各个s e c t i o n ， 妒s t a c k ：起始位置0 x 8 0 4 4 c 0 3 8 长度 3 2 7 6 8 * 和* t e x t ：起始位置o x o o o o l e 0 0 长度 2 5 9 8 4 1 等等 在这个数组中，依靠从c o f f 文件中提取的s e c t i o l l 物理地址和s 蒯o n 长