（通信与信息系统专业论文）自主音视频avs算法在dsp的移植与优化.pdf

太原理王大学颈士学位论文 2 15 5 7 2 7 自主音视频a v s 算法在d s p 的移植与优化 摘要 随着信息技术的飞速发展，视频在我们学习、工作、生活中的地位逐 步提升，并且必将成为不可或缺的一部分。由系统、视频、音频、数字版 权管理等四个主要技术标准和符合性测试等支撑标准构成的我国第一个具 有自主知识产权的音视频产业的基础性标准信息技术先进音视频编 码标准( 简称a v s ) 。a v s 视频标准是该标准的第二部分。视频基准档次 标准已经基本成熟，产业化步伐在标准制订过程中已经开始。a v s 编解码 器的发展成为制约a v s 产业化的关键因素。 o m a p 3 5 3 0 是美国德州仪器公司推出的新一代移动应用处理器，在单一 的芯片上集成了具有弹性架构的a r mc o r t e x t m a 8 内核、t m s 3 2 0 c 6 4 x 十 d s p 内核、图形图像库( i m g l i b ) 以及丰富的外设资源。t m s 3 2 0 c 6 4 x + d s p 内核具有2 个数据通道、8 个独立的功能单( 。l 1 ，。l 2 ，。s 1 ，s 2 ，d 1 ，d 2 ，。m 1 和m 2 ) 包括6 个算数逻辑功能单元和2 个乘法器，两个数据交叉通路。它 采用超长指令字( v e r yl o n gi n s t r u c t i o nw o r d ，v l i w ) ，蠢p 在每个时钟周期 最高可并行处理8 条3 2 位指令，并且具有双1 6b i t 扩充功能，能在一个周 期内完成双1 6b i t 的加减法、乘法、移位、比较等操作。 本文旨在将实验室已经研究实现的基于p c 机的a v s 解码器代码移植到 o m a p 3 5 3 0 平台上并对其进行优化，最终得到一个基于o m a p 3 5 3 0 平台的 可以实时解码7 0 4 * 5 7 6 格式的a v s 码流的解码器。本文的主要工作可以分 为以下两个方蕊： 太淼瑗工大学碛士学位谂文 第一部分是将本实验室已经研究实现的a v s 解码器c 代码移植到 o m a p 3 5 3 0 平台上。鉴于被移植代码的实现环境与本课题实现乎念有定 鹣区别，因此需要对代码进行包括添加摇关文件，存簇模式麴选择，头文 件定义，变量的定义投其视始诧，存糕空阕惑重毅分配等整改，最终得到 可以在0 m 艘3 5 3 e 硬件平台上正常运行盼解鸦器。 第二部分是对成功移植到o m a p 3 5 3 0 平台上的解码器进行优化。包括 解码器代码结构的调整，重新设置变量结构，调整存储空间，使用优化编 译选项，编写汇编代码等策略。通过对移植到d s p 平台上的c 代码进行一 系列的优纯之蜃，实现了在o m a p 3 5 3 0 仿真环境下可以近似实时解玛 7 0 4 * 5 7 6 格式的a v s 码流的鳃鹃器。 通过对比优化前后的解码器，本文所实现解鹨器盼解码速度有了嗡显 提高，基本上达刹了实时解码7 0 4 * 5 7 6 的a v s 码流的要求。 关键词：a v s ，o m a p 3 5 3 0 ，移植，赞化 太鞭理工大学硕士学位论文 t r a n s p l a n 掣汀至( ) na 童吨d0 p t 薹m 薹z a 飘o no f e p 嚣童e n t d e oa v sa l g o r i t h mo nd s p a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , v id e o h a sb e c o m e o n eo ft h em o s t i m p o r t a n tp a r t s i nm o d e mh u m a nl i f e a n dt h ea v s ( “i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya d v a n c e da u d i oa n d v i d e oc o d i n g s t a n d a r d ) i st h e f i r s tc h i n e s ea u d i o v i d e oc o d i n gs t a n d a r dw i t hi n d e p e n d e n ti n t e l l e c t u a lp r o p e r t y r i g h t s ，w h i c hi sa l s ot h eb a s i ss t a n d a r di nd i g i t a la u d i oa n dv i d e oi n d u s t r y t h e a v ss t a n d a r di n c l u d e sf o u rm a i nt e c h n i c a lp a r t s y s t e m s ，a u d i o ，v i d e oa n dm e d i a c o p y r i g h tm a n a g e m e n t ，a n das u p p o r ts t a n d a r d c o n s i s t e n c yt e s t a v sv i d e oi s t h es e c o n dp a r to fa v ss t a n d a r d n o w , t h eb a s e l i n e p r o f i l eo fv i d e oh a sb e e n e s t a b l i s h e d t h ed e v e l o p m e n t so fa v se n c o d e r d e c o d e rb e c o m et h ek e yf a c t o r t or e s t r i c tt h ei n d u s t r i a l i z a t i o no f a 、，s o m a p 3 5 3 0p r o d u c e db yt e x a si n s t r u m e n t sc o m p a n yi san e wg e n e r a t i o n o fm o b i l ea p p l i c a t i o np r o c e s s o r a r mc o r t e x t m t 基ea 8c o r ew i t hf l e x i b l e a r c h i t e c t u r e ，t m s 3 2 0 c 6 4 xd s pc o r e ，t h ei m a g el i b r a r y i m g l i b ) a n dt h er i c h p e r i p h e r a l sr e s o u r c e sa r ei n t e g r a t e di n as i n g l ec h i p t m s 32 0 c 6 4 xd s pc o r e h a st w oc o r eh a st w od a t ac h a n n e l s ，e i g h ti n d e p e n d e n tf u n c t i o n a lu n i t s ( l 1 ，l 2 ，s 1 ，s 2 ，d 1 ，d 2 ，。m 1a n d m 2 ) ，i n c l u d i n gs i xa r i t h m e t i cl o g i c i i i 太原瑗工大学硕士学位论文 f u n c t i o n a lu n i t sa n dt w om u l t i p l i e r sa n dt w od a t ac r o s sp a t h w a y s t h ed s pc o r e h a sv e r yl o n gi n s t r u c t i o nw o r d ( v l i w ) ，w h i c hc a nb ep a r a l l e lp r o c e s s i n ge i g h t 3 2 一b i ti n s t r u c t i o n si ne a c hc l o c kc y c l e ，a n di tu s e sd o u b l e16 一b i te x p a n d e d f u n c t i o n ，w h i c h c a nf i n i s ht h e o p e r a t i o n s o fa d d i t i o na n d s u b t r a c t i o n ， m u l t i p l i c a t i o n ，s h i f ta n dc o m p a r i s o no fd o u b l et6 一b i t 。 t h eg o a lo ft h i sp a p e ri st r a n s p l a n t i n gt h ec p r o g r a mo fa v sd e c o d e rt o o m a p 35 30p l a t f o r ma n do p t i m i z i n gi t ，f i n a l l yg e t t i n gad e c o d e rb a s e do n o m a p 3 5 3 0p l a t f o r m ，w h i c hc a nr e a l t i m ed e c o d e7 0 4 唪5 7 6a v s s t r e a m i n g t h i sp a p e rm a i n l yc a nb ed i v i d e di n t ot h ef o l l o w i n gt w oa s p e c t s t h ef i r s tp a r to ft h i sp a p e ri st r a n s p l a n t i n gt h ec p r o g r a m t oo m a p 3 5 3 0 p l a t f o r m b e c a u s eo fcc o m p i l e re n v i r o n m e n tb e t w e e nt h ed s pp l a t f o r ma n d v c 8 0p l a t f o r mh a ss o m ed i f f e r e n c e s ，i tn e e dt ob et r a n s p l a n t e d ，i n c l u d i n g a d d i n gr e l e v a n td o c u m e n t s ，s e l e c t i n gs t o r a g em o d e l ，h e a d e rd e f n i t i o n ，t h e d e f i n i t i o na n di n i t i a l i z a t i o nv a r i a b l e sa n dt h er e d i s t r i b u t i o no fs t o r a g es p a c e f i n a l l y ，w eo b t a i nad e c o d e rw h i c hc a nb en o r m a l l yo p e r a t e di nd s pp l a t f o r m t h es e c o n dp a r ti s o p t i m i z i n gt h ed e c o d e ，i n c l u d i n ga d j u s t i n gt h ec o d e s t r u c t u r eo f d e c o d e r , r e i n s t a l l i n gv a r i a b l es t r u c t u r e ，a d j u s t i n gt h es t o r a g es p a c e ， u s i n go p t i m i z a t i o nc o m p i l e ro p t i o n sa n dw r i t i n gm a n u a la s s e m b l yc o d e a f t e ra s e r i e s o p t i m i z a t i o n s t ot h ecp r o g r a mb a s e do n d s p ，w eo b t a i n a n a p p r o x i m a t e l y r e a l t i m ed e c o d e ri nt h es i m u l a t i o ne n v i r o n m e n to fo m a p 3 5 3 0 b yc o m p a r i n gt h ed e c o d e rb e f o r ea n da f t e rt h eo p t i m i z a t i o n ，t h es p e e do f h a sb e e n i g n i f i c a n t l yi m p r o v e d + nt h i , p a p e r ， ya chievedoecoder b e e ns l g n l h c a n t l ym p r o v e di nt h i s1 3 a 1 3 e ra n db a s i c a l l va c h i e v e d i v 太艨理工大学硕学位论文 t h er e q u i r e m e n t so fr e a l t i m ed e c o d i n g7 0 4 冰5 7 6a v s s t r e a m i n g k e y w o r d s ：a v s ，o m a p 3 5 3 0 ，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 v 太藤瑾= ：e 大学硕士学位论文 1 1 研究背景及意义 第一章绪论幕一罩强零艺 隧着近年来多媒体技术与科技发震空阕的不断提舞，社会对多媒体应震的需求量遴 不断扩大。这就对当今的技术水准和硬件条件的处理能力提出更菇的要求，因此相关科 研单位和信号处理学术领域对多媒体设备投入了更多的精力来研究与开发【1 1 。并且这些 终端设备应用前景广泛与我们生活紧密相关，可用于数字网络电视、手机数字电视、网 络摄像机、视频会议、各种视频监控等领域。所以开发一个成熟的、合理的、实时的多 媒体终端系统是一个毙较前沿的科研方向。 a v s 是基于我国是主剖薪技术的薪二代褫频标准，它吸收了近年来闺内羚在视频方 箍研究的成果，编码效率达到了m p e g - 2 的两倍以上，与h 。2 6 4 效率相近，虽其实现算 法简单、结构明了，硬件实现相对比较容易，目前达到了国际先进水平；并且a v s 是 一个完整的系统，打破了a v c 视频标准垄断的地位，很好地解决了专利问题。因此， 由我国牵头提出的a v s 视频标准给世界音视频产业的发展提供了强大的支持，这也说 明a v s 具有很好的现实研究意义。 营前，数字信号处理器( d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r ，d s p ) 成为多媒体处理韵快速 麴、稳定麴硬件平台，尤其是t l 接懋酶o m a p 系列产菇，它其有最佳熬功耗性麓 比，篡凡的处理速度、高度并行的执行指令、叁带的图形妥像库( 1 m g u b ) 以及丰富 的多媒体外设资源等特点，并且在d s p 处理器上进行视频编解码算法研究具有开发餍 期短、灵活性大等特点，这些特点使o m a p 系列产品成为当今d s p 市场上同类产品 中较为先进的应用处理器。但为了得到一个成熟的、合理的、实时的多媒体终端系统， 在有先进应用处理器的同时还需要有高效且简洁的视频编解码算法标准。所以，先进的 d s p 芯片与高效的编解码算法相结合褥到可实时编解谒的多媒体终端有很好的研究意 义。 1 。2 背景知识 太原壤工大学硕士学位论文 1 2 1 国内外视频压缩编码标准发展现状 随着音视频领域的发展，国际上出现了不少研究音视频编解码的组织，其中比较有 影响力的两大组织是：国际标准化组织国际电工委员会( i n t e r n a t i o n a lo r g a n i z a t i o nf o r s t a n d a r d i z a t i o n i n t e m a t i o n a le l e c t r ot e c h n i c a lc o m m i s s i o n ，i s o d e c ) 和豳际电信联盟 ( i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n ，i t u ，这两个缀织始终苁事予视频编解码拣 提出、审议与制定。杰i s o i e c 提密的m p e g x 系列标准主要用于运动图像噩缩，其中 主要毒：m p e g 1 t 翔、m p e g 2 t 3 】1 4 】及m p e g 4 t 5 嗣等；h u 开发的h 。2 6 x 系列标准主要针 对低毖特率的视频电话，主要谢珏。2 6 1 1 7 1 7 1 、h 2 6 3 1 8 、h 。2 6 3 + t 9 】1 1 0 1 以及h 。2 6 3 + + 【1 1 1 。 i s o i e c 和i t u 在2 0 0 1 年成立了联合视频组( j o i n t v i d e o t e a m ，j v t ) ，这个工作组提出 了一个全新的视频编码标准，i t u 把这个标准称为h ，2 6 4 视频编码标准【豫l ，i s o i e c 称 其为m p e g 4 视频标准的p a r t1 0 ( a d v a n c e dv i d e oc o d i n g ，a v c ) 。a v s 工作组( 全称为 数字音视频编解码技术标准工作组) 制定的a v s 视频编码标准是我国拥有自主知识产 权的数字音视频编码标准l l 翻。图1 1 震示了国内外视频燕缩编码标准麓发展。 唑竺兰竺型一l ll _ l lllll lll 竺l 1 9 8 41 9 8 61 9 8 8 1 9 9 01 9 9 21 9 9 41 9 9 61 9 9 82 0 0 0 2 0 0 2 2 0 0 4 2 0 0 62 0 0 8 瞬i - 1 潜内外视频编码标准的艇展 f i g u r ei - 1t h ed e v e l o p m e n to f v i d e oe n c o d i n gs t a n d a r da th o m ea n da b r o a d 1 。h 。2 6 1 标准 1 9 9 0 年i t u - t 制定的第一个数字视频压缩编码标准h 2 6 1 。它是为了能够 在6 4 k b p s 的倍数的带宽的综合业务数字网( i s d nf o ri n t e g r a t e ds e r v i c e sd i g i t a l n e t w o r k ) 上传送质量可按受的视频信号而设计的。基于混合编码框架( h y b r i dv i d e o c o d i n gf r a m e ) 的嚣2 6 1 实现方法篱单，不支持双向预测的b 帻，宏块是它最基础的 操嚣单位。 2 太照理王大学硬学镶论文 2 h 2 6 3 h 2 6 3 + 标准 h 2 6 3 是i t u 。t 熬提枣豹一令标准草案，专蔻羝码流通信焉设计。在许多应用中， h 。2 6 3 蠢经基本上墩载了h 。2 6 1 ，其编码算法与疆2 6 1 样，但稍微骰了一些改善以提 高性能和纠错能力。在低码率下，艇。2 6 3 标准能够提供比h 。2 6 1 更好的图像效果。分像 素精度的运动补偿、去块效应滤波以及无限制的运动矢量预测等一些先进的技术在 h + 2 6 3 中得到了应用，这样也为混合编码框架的发展做了基础性准备。 3 h 2 6 4 标准 h 2 6 4 是在m p e g 4 标准的基础上由l t u t 和l s o 锺e c 联合提出的高性能数字 视频压缩编解码器标准，是m p e g 4 的第1 0 部分。它豹提出篾为了实现在福网的 带宽下，提供毙其钝褫频编码标准更高痰量熬图象。h 。2 6 4 豹技术巍点是：算法在 概念上被分必网络提取层( n e t w o r ka b s t r a c t i o nl a y e r ，n a l ) 以及视频编码层( v i d e o c o d i n gl a y e r ，v c l ) ，分别用予数据打包莘珏传送方式的选择以及视频内容的赢效表示。 4 。m p e g 1 标准 m p e g 。1 是m p e g 组织制定的第个有损音视频压缩标准，涉及音频视频以及系 统等三个部分。m p e g 1 的提游是为了在一个可被接受质量前提下，将数字伴音信号和 视频若号压缩戮单一鹦流，其码率豹为1 , 2 m b i t s 左右，最终实现音频琴霪视频等各种数 据流压缩煞复合秘同步f f j 4 l 。它斡视频编码部分采鬟了与h 2 6 1 禳频标准福类似鲐核心 算法，只是增加了双向运动预测技术。 5 醚p 嚣g - 2 标准 m p e g 2 制定于1 9 9 4 年，其设计基标是高级工业标准的嚣象质量以及更离的 传输率。它在整个系统和传输方恧都作了更详细的规定和进一步的完善，而不是 m p e g 。1 的简单升级。m p e g 2 视频标准的压缩是使用了图像间的空间及时间相茨特 性，被压缩的图像有i 帧，p 帧和b 帧三种。i 帧图像只利用一帧图像内的空间相 关性，即使鞠帧内编码方式。p 赖和b 帧图像闻时利用豳像时间上和空间上的相 关性，即使霸椟阆编码酶方式。m p e g 2 大大提高了图像豹压缩效率。 6 + m p e g 。4 标准 m p e g 4 是运动图像专家组制定的，它与m p e g 。i 和m p e g 2 有很大的不蠲。 m p e g 。4 将许多多媒体应用集成在一个系统内，为它们提供一个标准算法和统一的数据 格式，而不仅仅是具体单一的压缩算法。 3 太原理工大学硕士学位论文 7 a v s 标准 由音频、视频、系统、数字版权管理等四个重要标准以及符合性测试等支撑标准构 成的a v s 标准，是由我国牵头制定并且拥有自主知识产权的我国音视频产韭的基础性 标准。在闷等质量的图像前提下，其编码效率是m p e g 2 两倍以上，与a v c 相当。 1 2 2a v s 视频标准概述 a v s 标准共分为九部分内容，涉及到视频的主要是第二部分a v s p 2 和第七部分 a v s m 。a v s p 2 主要是为高清晰度数字电视( h d ) 和高密度光存储媒体提供服务。 a v s p 2 禚2 0 0 6 年3 胃正式被批准成为国家标准。本文主要是在a v s p 2 的基础上进行 研究，文中如无特殊说明a v s 均是指a v s p 2 。 1 a v s 视频编鳃码体系结构 a v s 视频标准采用类似于h 2 6 4 的混合编码框架( h y b r i dv i d e oc o d i n gf r a m e ) ，包 括的模块有d c t 、攫化、扫描、熵编码、运动估计、运动补偿、帧内预测、去块效应 滤波等。其编码器的编码过程如图l 。2 所示。 圈l - 2 a v s 鳃编码过程 f i g u r e1 - 2t h ee n c o d i n gp r o c e s so f a v s 从1 2 图可以看出，a v s 编码框架是由用于对当前图像进行编码处理的前向通路以 及用于对编码处理麓的数据进行复原得到重构图像的重构通路两部分构成。这里的重构 通路相当于一个解码系统。所以a v s 解码框架主要由熵解码、反量化、d c t 逆变换、 帧闽预测、帧内预测、去块效应滤波等这几个模块构成。熵解码模块位子整个框架的最 前端，负责对所输入的码流进行熵解码，得到量化系数及其宏块头信息。对熵解码模块 4 太缀理工大学硕士学位论文 解祈出的量化系数经过逆扫描、反量化以及d c t 逆变换等系列的操作后，最终得到 残差蕴。 2 。a v s 视频标准的数据结构 a v s 视频标准采用基于分层药眈特流结构【爨，其鼹次从低到高蔹次为：块屡、宏 块屡、条繁搬、黉像瑟以及海捌屡。a v s 视频标礁鲶毙特流结构如图1 3 矫示。 序列艨 | 条带层 ，一一 l 祭攀起始码 条带参数 宏块1 宏块n ，一一 宏块层 l 宏块参数 y oy 】y 2y 3 c b 0 c m 块层、 竣系数 圈1 - 3 a v s 视频摭准蝰兜特流结捣蹬 f i g u r e1 - 3b i t s t r e a ms t r u c t u r eo f a v s 序列层是a v s 褫频标准豹沈特流的最高层数据结构，它由净列头开始，后西紧舔 着扩震和用户数攥及率待搡箨的图像数据，并以痔到结束码作为它斡结束标志。其中： 序列头露面跟着的第一个待操作图像的类型应该是l 峻篷像，并且序列头可以重复 出现，被称炎重复序列头。 一幅图像是一帧，缚帧图像之前都有图像头，它以序列起始码和序列结束码来标记 该序列网像数据的起末。图像的格式有4 ：2 ：0 、4 ：2 ：2 和4 ：4 ：4 三种，其中我们 研究的是4 ：2 ：0 这种格式韵。 交一个y 亮度矩阵蠲两个c b 和c r 色度矩簿构残娥，亮度矩阵和话个色度矩阵是 5 太原疆工大学硕士学位论文 用来模拟红色、绿色和蓝色信号之间关系的，并且样本矩阵中元素值为整数。一帧中相 间的行构成场，第1 行、第3 行和第5 行构成顶场，第2 行、第4 行和第6 行构成底场。 条带是按光襁扫描顺序酶连续若干宏块行。条带闻及条带肉的宏块都不应重叠辨壤。 宏块的划分如图1 4 所示，饪一宏块的像素痤来鲁同一场。4 ：2 ：0 这静格式豹图 像一个宏块圭_ 碡个8 x 8 的亮度块帮两个8 x 8 豹色度块组成。 l 令l 酝1 6 爽凄块秘2 令l 叙8 糍瘦块籁2 令觏l s 亮度块魏毒兮瓢8 蹇燕块辣辍 相应的色度快相应的色度快相应的色度倏应的色度快 图1 4 宏块的划分 f i g u r e1 - 4t h ed i v i s i o no ft h em a c r o b l o c k a v s 孛最基本的、最小静操作单位是8 x 8 熬块。 3 。a v s 视频编鳃码豹核心技术 a v s 视频标准的核心技术如下： 1 ) 帧内预测 a v s 的帧内预测( i n t r a f r a m e ) 是在变换之前进行的，它怒利用相邻像素问的相关 性来减少i 帧鬻像闻的空间冗余度、增秀蘑其压缩性能的一顼关键技术。它采需了基于8 8 的空域内鲍多方向帧内预测技术，这区别于其它视频标准采用麴基于1 6 x 1 6 栽者4 x 4 的频域内的椟内预测，著且亮度帮色度豹预测模式一共有9 种，这群在很大程菠上提高 了预测的精确性，降低了预测算法的复杂度。a v s 视频的帧内预测还采用环路滤波技术 来去除噪声提麓编码精度。 2 ) 帧间预测 采用已编鹬图像帧的解码图像作为当前待编码图像的参考帧的预测方式称为帧间 预测( i n t e r - f r a m e ) 。为了消除图像在时闻上的冗余度，a v s 标准的帧闯预测方式采用 了基于块运动估计以及运动李 、偿手段，并盈它采焉了变块大小运动孝 偿、多参考帻颈溅 帮8 帧预测编码等关键技术。般来说剩溺变块大小运动补偿l ”技术对运动蚕像编码可 以在很大程度上增热预测的精确性；多参考帧预测技术使当前块能够从前蘧几帧图像中 选出最好的匹配，而a v s 视频标准全面考虑到编码的复杂度以及搜索匹配的性能最终采 用了两个参考帧预测技术。a v s 帧问预测有4 种大小的宏块划分：1 6 1 6 ，1 6 x 8 ，8 x 1 6 6 太原理工大学颂学位论文 和8 x 8 ，比h 2 6 4 q b 少- j 8 x 4 ，4 x 8 和4 x 4 的块划分，这样它能够减少块模式和运动矢量传 输的开锩，从磊降低了算法计算复杂度，提高压缩效率，并且对系统整体性能的影响不 大，大约为2 4 左右。 3 ) 像素插值 为了提高帧间预测运动估计的精确性，a v s 视频标准采用了像素插值，并且在运 动估计中还使用溉像素插值，如l 2 、l 4 和1 8 。像素插值以宏块为基本单位是帧间预 测的重要组成部分，包括亮度和色度插值两种。二分之一像素位置采用4 抽头滤波( 1 ， 5 ，5 ，1 ) ，四分之一像素位置采用4 抽头滤波、线性插值( 1 ，7 ，7 ，1 ) ，四分之一像 素滤波较二分之一像素滤波其编码质璧有了大约0 6 d b 的提高。4 抽头滤波器的效果与 6 抽头相同，但是4 抽头滤波器实现算法的同时在很大程度上减少了计算量，降低了算 法的复杂度，提高了代码的执行效率。 4 ) d c t 变换和量化 在变换算法的选取上a v s 视频标准与传统的视频标准有很大的不同，a v s 采用了 二维整数余弦变换( i n t e g e rc o s i n et r a n s f o r m ，1 c t ) 来代替之前传统的浮点变换，但是 二者有相近的性能。整数变换渊具有复杂度低、完全匹配等优点。基于8 8 块的i c t 比传统视频标准( 如h 2 6 4 ) 采嗣的基于4 x 4 块的d c t 变换有着更强的去相关性，并 且编码效率有0 。l d b 左右的提高。 整个编码中可能会带来损失的是量化模块。a v s 为满足不同业务和应用对视频质量 的需求，采用了6 4 级近似8 级的非完全周期性量化。随着量化参数( q p ) 有数量8 的 增加，其量化步长相应的会有1 倍的扩大。a v s 标准实现了量化与变换归一化结合。反 量化是量化的逆过程，它实际是将图像在编码系统中丢失的有用信息重新补回的过程。 5 ) 环路滤波 为了去除图像的块效应，改善其压缩效率和主观质量，a v s 采用了一种基于块边缘 的环路滤波算法。因为a v s 最小处理块的尺寸是8 x 8 ，并且块效应也可能出现在8 x 8 块的边缘，所以环路滤波处理的对象也是8 x 8 的宏块【1 9 】。a v s 在进行环路滤波时，首 先需要先对图像的边界是假边界( 块效应所形成的边界) 还是真实边界进行判断。真实 边界不需要操作，而对假边界要根据具体判断选择相对应的滤波技术。a v s 环路滤波技 术【2 羽的特点是在做帧内预测的同时进行得到重建图像的块效应滤波操作，这样使得图像 的效栗更加接近予主观效果。 7 太蒙疆工大学硕士学位论文 6 ) 熵编码熵解码 熵编码是用来去除冗余信息，把前面模块娥理过的数据经过压缩形成二进制码流的 技术，是一耪无揍愿缩。a v s 熵编码孛将宏块头售意以及量化系数等浃射秀二进制码 流搜罔了k 阶指数哥伦布编码。k 阶指数蝌伦森编码的优点在于其硬件实现毖较容易， 并且如果它麴除数k 选褥合适，则其编码效率可以接近予信息熵。熵鳃码是熵编码豹逆 过程，是a v s 视频姆码器的第一级模块，处于整个解码系统的最前端。熵解码模块的 主要功能是从压缩后的码流中解析信息：包括解析语法元素和k 阶指数哥伦布码。 a v s 视频标准在保证其高效视频编解码效率的前提下，对其核心技术所采用的算 法和技术在效率饿和复杂度上做了最好的折中。与当今最为流行的视频标准 ( | 2 甜俄v c ) 褶魄，a v s 的视频编解竭效率与其樱当，但是a v s 核心模块麓算法实 现麴复杂度泷h 。2 6 4 a v c 在缀大程度上降低了。表l 。重走a v s 与其他标准徽的一些简 单的技术比较。 表1 1a v s 与其他标准的技术比较与性能差异估计 t a b l el - 1t h et e c h n i c a lc o m p a r i s o na n de s t i m a t eo f p e r f o r m a n c ed i f f e r e n c eb e t w e e na v sa n do t h e r s 视频缡解 m p e g 2 视 m 强g a v c , q - i 。2 6 4 视频a v s 视频售礤毖，玛拳 码标准频 熵编码单一c a b a c ：计算较复杂：上下文肖适应2 d - v l c ，编降低约 表，适瘟性差c 黼c ：与周圈头捆关牲码块系数过程瓣进舒多码0 。5 d b 1 0 1 5 高，实现较复杂。 表切换 环路滤波 无 基于4 ( 4 块边缘进行，滤基于8 8 块边缘，滤波强 波强度分类繁多，计算比较度分类简单，滤波像素较 复杂。少翡，诗算复杂度比较 蜮内预测只在频域内基于4 4 块，9 种亮度预基于8 x8 块，5 种亮度预基本相当 进行d c 慧 测模式，4 种色度预测模式测模式，4 种色度预测模式 数蓑分颈溯 1 4 像素 设在半像索 t 2 像素位置采雳6 接头滤1 2 像素位置粟餍毒擒头滤萋本裰警 运动拳 、偿 位爨进行双 波，l 4 像素位置线性插焦波，1 4 像素位置采用4 抽 线性插值头滤波、线性插值 变换与量s 8 浮点霹x 4 整数变换，编解羁端 8 x 8 整数交换，编码端进提高麴 化d c t 变换，都嚣要翔一毡，量化与变换 行变换归一纯，量讫与变 0 1 d b ，2 除法量化归一化结合，通过乘法、移换归一化结合，通过乘法、 位实现 移位赛现 8 太滚理工大学琰士学位论文 一w _ _ _ _ _ _ w _ _ - _ _ _ _ _ _ _ 一 1 2 3o m a p 3 5 3 0 平台简介 o m a p 3 5 3 0 怒t i 公司推出的一款新一代多核移动应用处理器。在单的芯片上集 成了具有弹牲架构的a r mc o r t e x t m a 8 内核、1 m s 3 2 0 c 6 磷x + d s p 内核、图形蹲像库 ( 疆诬g b l b 以及丰富的努设资源。 l + 燃c o r t e x 。a 8 内棱 a r m c o r t e x - a 8 的功能如表1 2 所示。 表1 - 2 a r mc o r t e x a 8 的功能 a b l ei 2t h ef u n c t i o no f a r mc o r t e x 。a 8 a r mc o r t e x a 8 功麓 功能说明 1 2 8 经单指令多效纛号l 擎支持离性麓媒体楚理，蓦在荛漕赞性多媒蒋庭 n e o n 多媒体结构 用提供灵活强大豹加速功能。有3 2 个寄存器，甜位宽。 1 级高速缓存在单循环访问时间紧密集成到处理器中。该离速缓存将最 优讫的1 缀高速缓存 低访同延遐与晗希方式确定性结合在一起，可以在最大程度上提高往能 帮降低功耗。 2 级高速缓存集成到内核中，实现轻松集成、裹功效和最佳性能。该高 集残的2 缀离速缓存 速缓存使用标准编译的r a m 构建，配簧范围从o k 到1 m b 。 为黄统a r m 代码提供最高性畿，最多为存储指令占用的内存节省 t h u m b 2 技术 3 0 的空闻。 为了最大程度地降低分支错误预测的危害，动态分支预测器跨各种行业 动态分支预测基准实现9 5 的准确性。可以通过分支目标和全局历史记录缓冲区启用 预测器。燕敖撬藩l 将溱测惫害降裂最羝。 完整的m m q j ( m e m o r ym a n a g e m e n tu n i t ) 使c o r t e x - a 8 可以在各种应爨 内存管理单元m m u 程序中运行富操作系统 r c tj a v a 加速技术可以优化即时垒产( j i t ) 和动态自适应编译( d a c ) ， j a z e l l e r c t 技术 戮及将悫存占用空闼减少高达三结 钟对高功效积嵩性能避括了优化。l l 嘉速缓存中鲶散列数组限定仅当 可能需要内存时才激活它们。集成的、可配置l 2 高速缓存与用于数据 内存系统流的n e o n 媒体单元之间的宜接接口。存储的l 2 高速缓存设计，一次 投允诲一个存储锩。澍璩瘫存的多令未决事务熬支持，瑷充分搜霸 c p u 。 t r u s t z o n e 技术允许安全精务和数字版权管理( d r m ) a r mc o r t e x a 8 处理器是a r m 公司开发翡第一款基于a r m v 7 体系结构的瘟用处 理器，它其有性能最高、最其功率效率匏特点，该处理器特别适合高性能应用领域，灸 9 太原瑗工大学硕士学位论文 高端特色手机、上网本、d t v 、打印机和汽车娱乐等都提供了可靠锵决方案，其性能高 的特点也在这些终端设备中得到验证。a r mc o r t e x - a 8 的频率可在6 0 0 m h z 到超过 1 g h z 的范围内调节，o m a p 3 5 3 0 的主频6 0 0 m h z 。 2 。獬s 3 2 e c 6 。| x d s p 内核 c 6 4 x + 是t l 公司最耨推出的高性能定点d s p 内核，内核的时钟频率为4 3 0 m h z ， 其结构框图如图1 - 5 所示。 瑙1 - 5t m s 3 2 0 c 6 4 x + d s p 结构框图 f i g u r e1 - 5t m s 3 2 0 c 6 4 x + d s ps t r u c t u r ed i a g r a m c 6 4 x + d s p 蠹核具有淤下特点： 2 个遵用寄存器组( a 和职) 。c 6 4 x + d s p 有a 、b 两个通用寄存器组。每组都包含 有3 2 个3 2 位的寄存器。a 组包括a 啦a 3 1 ，b 组包括b 0 一b 3 1 。寄存器用来完成哪蝗操 作是有规定的，其中寄存器a o 、a l 、a 2 、b o 、b 1 和b 2 可以作为条件寄存器使用，完 成蹴转等操作；a 钆气7 和b 4 一b 7 等8 个寄存器可以作为循环寻址的地址指针；a 1 0 a 1 5 和b 1 0 , - , b 1 5 为特臻寄存器，使用爵需要对其遴行入栈傈护，使用完毕再对其进行出栈。 1 0 太源理工大学硕士学位论文 蠹核壹接对逶用毒存器操作，丽逶用寄存器主要律为指令的源操作数( s o u r c eo p e r a n d ) 和藿韵操俸数( d e s t i n a t i o no p e r a n d ) 。c 6 0 0 0 系列的4 9 链6 4 短寄存器如表1 3 所示。 表1 3c 6 0 0 0 系列赡4 0 缝1 6 4 饿寄存器 t a b l el - 3t h e4 0b i t s 6 4 b i t sr e g i s t e r so fc 6 0 0 0 寄存器对寄存器对 适用器件 适用器件 aba嚣 a 1 ：a ob l ：b 0a 1 7 ：a 1 6b 1 7 ：b l a 3 ：a 2b 3 ：b 2 a 1 9 ：a 1 8 b 1 9 ：b 1 8 a 5 ：a 霹 b 5 ：b 4a 2 1 ：a 2 0b 2 1 ：b 2 0 a 7 ：a 鑫b 7 ：b 6赢2 3 ：a 2 2b 2 3 ：b 2 2 c 6 2 c 6 4 c 6 7 c 6 4 a 9 ：a 8b 9 ：b 8 a 2 5 ：a 2 4b 2 5 ：b 2 4 a 1 l ：a 1 0 b 1 1 ：b 1 0a 2 7 ：a 2 6b 2 7 ：b 2 6 a 1 3 ：a 1 2b 1 3 ：b 1 2a 2 9 ：a 。2 8b 2 9 ：b 2 8 a 1 5 ：a 1 4b 1 5 ：b 1 4 a 3 l ：a 3 0b 3 l ：b 3 8 个独立的功能单元( l 1 ，l 2 ，s 1 ，s 2 ，d i ，d 2 ，m 1 和+ m 2 ) 。c 6 4 x + d s p 有 8 个功能单元，这8 个功能单元被分为两组，每组占一个数据通路，分别使用a 组和b 组寄存器。其中，用以充当乘法器实现乘法计算的是m 功能单元；用以实现算术逻辑 运算的主要动能单元是。l 和s 功能单元；两与数据存储帮读取产生遗址难一相关韵功麓 单元是d 功毹单元。 数据通路。c 6 4 x + d s p 有两个数据遥道翱嚣个数据交叉通道，每个功能单元可以遴 过数据通道或者数据交叉通道访问自己数据通道的寄存器或者另一个数据通道的寄存 器，对该寄存器进行读写操作。 使用超长指令字体系结构( v e r yl o n gi n s t r u c t i o nw o r d ，v l i w ) ，也就是说c p u 在 每个指令执行周期最高可以处理8 条3 2 位究全并行的指令。8 条指令完全并行执行的 效率是最高豹，因此尽可能让a 、b 两组的八个功能单元并行执行。 双1 6 位的运算特点，可以将一个双1 6 位豹算术逻辑运算在一个指令周期痰完成。 可以使用“l d n d w ”和“s t d w 在字节不对齐的情况下进行读取或者存储操作； 可以把所有指令写成带有条件的指令进行操作，简单快速的实现条件判断、夥s 转等操作e 具有