（通信与信息系统专业论文）avs视频解码器在omap3530平台上的实现与优化.pdf

太原理工大学硕士研究生学位论文 a v s 视频解码在o m a p 3 5 3 0 平台上的实现与优位 摘要 螋燃i l l l l n l l l l a v s 是我国具有自主知识产权的第二代数字音视频编解码算法标准， 因为其本身具有高效率低复杂度等诸多优点，具有广阔的市场发展前景。 国家广播电影电视总局对a v s 编解码器已经统一规划，正式招标，并在太 原、石家庄、长春、兰州、南昌5 个城市正式开通了a v s 地面数字电视的 应用，因此开展有关a v s 标准算法的视频多媒体终端设备具有重要的意义。 本文基于t i 公司推出的新一代开放式多媒体应用平台o m a p 3 5 3 0 开展有关 a v s ( d - ) 解码系统的研究与实现，提出视频解码方案，并最终得到一个 可以实时解码的解码器。 针对a v s 视频解码算法在o m a p 3 5 3 0 平台上的实现，本文主要完成了 以下3 个方面的工作： 将a v s 视频解码器从p c 平台移植到o m a p 3 5 3 0 平台上面。 在最初的开发阶段，首先需要将基于p c 平台上v s 2 0 0 8 环境下开发的 a v s 解码器移植到o m a p 3 5 3 0 平台上，由于这两个平台的开发环境并不相 同，在移植过程中需要注意以下几个问题：库文件和头文件的改动、c m d 与g e l 文件的配置、全局变量的重复定义问题、变量存储方式重新调整、存 储空间的分配等。 提出基于o m a p 3 5 3 0 平台的嵌入式视频解码方案，对成功移植到 o m a p 3 5 3 0 平台上的解码器进行设计与封装。 基于o m a p 3 5 3 0 平台开展实施视频解码方案：a r m 负责操作系统应 用及显示播放工作，d s p 负责运行视频解码c o d e c 算法处理，a r m 通过 t i 的c o d e ce n g i n e 机制调用d s p 侧的c o d e c 。充分利用t i 提供的d v s d k 软件开发包，实现a r m 与d s p 的通信和协同工作。首先保证二者之间的 太原理工大学硕士研究生学位论文 正常通信，对a v s 解码器进行设计封装，将其编写成符合x d a i s 算法标 准的视频解码器。并最终生成一个在d s p 端运行的可执行文件半x 6 4 p ，即 d s ps e r v e r 。 对a v s 解码器进行各种优化，以达到实时目的。 由于资源的限制，以及初始阶段对d s p 资源利用的不充分，初始移植 到o m a p 3 5 3 0 平台上的解码器效率非常低下，须采取各种优化方法以实现 实时解码。本文首先对代码进行了c 级别的优化，包括对程序结构算法的 重新调整、对大量循环代码的各种优化、选择由c 1 6 x 编译器提供的最佳优 化选项以及对结构变量的合理分配；其次根据c 6 4 x + 超长指令集，i w 和 并行流水机制特点，对几个耗时模块进行手工汇编级优化；最后通过对代 码和数据的存储空间合理分配及调整代码的执行顺序，提高c a c h e 命中率。 通过一系列的优化策略，使解码器在o m a p 3 5 3 0 平台上可以实时解码。 通过上述工作，在o m a p 3 5 3 0 平台上运行d l 格式码流，经过测试表 明，a v s 格式的d 1 码流解码速率可以达到2 5 f p s ，完全适用于多媒体终端 解码设备。 关键词：a v s ，o m a p 3 5 3 0 ，封装，移植，优化 太原理工大学硕士研究生学位论文 蛐l e m 匝n 砌o na n do p t m 缸z p 汀i o no f a v sd e c o d e rb a s e do no m 已心3 5 3 0 a b s ，】乱c t a v s ，w h i c hi so u rc o u n t r y ss e c o n dg e n e r a t i o no fd i g i t a la u d i oa n dv i d e o d e c o d i n ga l g o r i t h ms t a n d a r d 谢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 yr i g h t ，h a sa b r o a dm a r k e tp r o s p e c tb e c a u s eo fi t sh i g he f f i c i e n c y , l o wc o m p l e x i t y , a sw e l la s m a n yo t h e ra d v a n t a g e s s t a t ea d m i n i s t r a t i o no fr a d i o ，f i l ma n dt e l e v i s i o nh a s u n i f i e dp l a n n i n ga n dh a si n v i t e d h i d i n gf o r m a l l yt a i y u a n ，s h i j i a z h u a n g ， c h a n g c h u n ，h a n g z h o u ，n a n c h a n gw h e r et h ea p p l i c a t i o no fa v sg r o u n dd i g i t a l t e l e v i s i o n w ，i l l b ea v a i l a b l e t h e r e f o r ei ti sv i t a lt o c a r r y o u tt h ev i d e o m u l t i m e d i at e r m i n a le q u i p m e n ta l g o r i t h ma b o u tt h ea v ss t a n d a r d s t h i sp a p e r c a r r i e so u ta v s ( d i ) d e c o d i n gs y s t e mr e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o nb a s e do na n e wg e n e r a t i o no fo p e np l a t f o r mf o rm u l t i m e d i a a p p l i c a t i o n so m a p 3 5 3 0 l a u n c h e db y 耵c o m p a n y , p u t sf o r w a r dv i d e od e c o d i n gs c h e m e s ，a n df i n a l l y c o m eu pw i t had e c o d e rw i t hr e a l t i m ed e c o d i n ga b i l i t y f o rt h er e a l i z a t i o no fa v sv i d e o d e c o d i n ga l g o r i t h mo nt h eo m a p 3 5 3 0 p l a t f o r m ，t h i sp a p e rm a i n l yc o m p l e t e dt h ef o l l o w i n gt h r e et a s k s ： ( 堇) t r a n s p l a n ta v s v i d e od e c o d e rf r o mp c p l a t f o r mt oo m a p 3 5 3 0 p l a t f o r m i nt h ei n i t i a l s t a g e so fd e v e l o p m e n t ，w en e e dt ot r a n s p l a n ta v sv i d e o d e c o d e rf r o mp cp l a t f o r mt oo m a p 3 5 3 0 p l a t f o r m f i r s t b e c a u s et h e d e v e l o p m e n t a le n v i r o n m e n to ft h et w op l a t f o r m si sd i f f e r e n t ，w es h o u l ds p e c i a l a t t e n t i o nt ot h ef o l l o w i n ga s p e c t sd u r i n gi h et r a n s p l a n t i n g p r o c e s s ： l i b r a r ya n dh e a d e rf i l e sa l t e r i n g ；c o n f i g u r a t i o no fc m da n dg e lf i l e s ；d e f i n i t i o no f g l o b a lv a r i a b l e s ；t h ev a r i a b l e ss t o r a g ea d j u s t m e n t ；v a r i a b l es t o r a g es p a c e d i s t r i b u t i o n ，e t c i i i 太原理工查兰堡主婴窒生兰垡丝茎 一 _ 一 b m go u tav i d e od e c o d i n gs c h e m eb a s e do no m a p 3 5 3 0p l 甜0 n 玛 d e s i 鲷a n dp a c k a g et h ed e c o d e rw h i c h h a sb e e ns u c c e s s f u l l yt r a n s p l 眦e dt o o m a p 3 5 3 0p l a t f o r m t h ev i d e od e c o d i l l gs c h e m eb a s e do no m a p 3 5 3 0p l a t f o r mc o n t a i n st w o p a n s ：删，w h i c h i sr e s p o n s i b l ef o ri n i t i a l i z i n ga n d c o n t r o l l i n gd s p ，a n dl c d v i d e od i s p l a y e t c ；d s pc o m p l e t e t 1 1 ew o r ko fd a t ap r o c e s s i n g t or e a l i z e 删 e n a b l ea n dc o n 仃0 1d s p ，t h ed e c o d e r sw h i c h h a ss u c c e s s f u l l yt r a n s p l 趾t e d t o 咄3 5 3 0p l a t f o mm u s tb ed e s i g n e da n dp a c k a g e di nc o m p l i a l l c e w i t l lt h e c o m p i l a t i o no f m ev i d e od e c o d e rx d a i ss t a n d a r d t h a tc a n 涨t h e 删 a n dd s pn o r m a lc o m m u n i c a t i o n ( ) o p t i m i z i n gt h ep a c k a g e d d e c 。d e rt oa c h i e v e t h er e a l t i m ep u i p o i n 龀c o n t e x to f1 砌t e dr e s o u r c e s ，a n dt h ei n s u f f i c i e n t u s eo fd s pr e s o u r c e s d u r i n gt h ei n i t i a ls r a g e ，t h ed e c o d e r t r a n s p l a n t e dt od s p i si nl o we f f i c i e n c y a s ar e s u l t ，v 撕o u so p t i m i z a t i o n s m u s tb ei m p l e m e n t e d t 0r e a l l z e 删。t l m e d e c o d i n g t h i sp a p e ra d o p t e d cl e v e l so p t i m i z a t i o nf i r s t ，i n c l u d i n ga d j u s 皿e n t s o ft h ep r o i ms n u c 眦sa l g o r i t h m ，i m p l e m e n t a b o u tv a n o u s d so t 删血z a t i o nt oc i r c u l a t i o nc o d e s ，c h o o s e t h eb e s to p t i m i z e do p t l o no fc l6 x c o m p i l e r ，a n dt h e r e a s o n a b l ed i s t r i b u t i o n o fs t m c 眦v 撕a b l e s ；s e c o n m y a c c 三r d j n gt 。也ev u w a n dp 删1 e 1m e c h a n i s m 。fw a t e rf e a t u r e s 酊c 6 4 x + ， t a k ea s s e m b l eo p t i m i z a t i o n s t r a t e g y ；f i n a l l y a c c o r d i n g t ot h er e a s o n a b l e a l l o c a t i o no fs t o m g es p a c ea n da d j u s tt h ec o d ee x e c u t i o n o f 也ec o d eo r d e r , t h e c a c h eh i th a sb e e ni m p r o v e d t h r o u g h as e r i e so fo p t i m i z a t i o ns t r a t e g y ，也e d e c o d e rc a na c h i e v e t h eg o a lo fr e a l t i m ed e c o d i n g o no m a p 3 5 3 0p l a t f o m dlf o 皿a td a t as t r e 锄r u n sw e l li nt h eo m a p 3 5 3 0p l a t f o r ma l l dt e s t sh a s h o w e x it h a tt h 。er a t e 。f t h ed 1s t r e a m i n g 。fa v s f o r m a tc a nr e a c h 。v e r2 5f p s i ti sc o m p l e t e l ys u i t a b l ef o r m u l t i m e d i at e r m i n a ld e c o d i n ge q u i p m e n t 髓yw o r d s ：a v s ，o m a p 3 5 3 0 ，p a c k a g ，t r a n s p l a n t ，o p t i m i z a t i o n 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 1 课题研究的背景及意义 第一章绪论 伴随着多媒体技术的飞速发展，人们对多媒体信息量的需求正在日益增多，如何合 理有效的利用现有的技术水平和硬件条件实现实时优化的多媒体终端设备，已经成为近 年来信号处理领域和相关公司所关注的重点之一【l 】。 本课题的研究背景主要基于两个方面：a v s 视频编解码标准算法的日益成熟以及 d s p 技术的不断发展【2 】。 多媒体终端平台的实现要以高效的易于实现的编解码算法为支撑，以快速稳定的多 媒体处理平台为保证，信号处理是多媒体终端系统的关键，视频信号、图像信号以及音 频信号都是多媒体进行处理和传输的对象，其中以视频信号的数据量和传输量最大【3 1 。 如此庞大的数据量对于现有网络和存储设备根本是无法负担的，因此必须对视频信号进 行压缩处理。在国际上，视频编解码领域主要有运动图像专家组( m p e g ) 和国际电信 联盟( i t u ) 两大组织【4 】。它们起草了很多国际通用标准：m p e g 1 、m p e g 2 、m p e g - 4 、 h 2 6 1 、h 2 6 3 、h 2 6 4 a v c 等。除了以上国际上的视频编解码标准，我国信息部也制定 了自己的标准：a v s ( a u d i ov i d e oc o d i n gs t a n d a r d ) 。 同国际上已经存在的h 2 6 4 标准相比较，a v s 标准具有很大的优势： ( 1 ) 解决了知识产权许可问题，对外具有开源性。目前由于h 2 6 4 专利许可收费问 题，成为我国视频产业难以产业化的瓶颈。a v s 是由我国自主创新的技术，通过一站式 许可政策和低廉的许可收费，很好的解决了这个问题。 ( 2 ) 具有高效率、较低复杂度优点。不同于h 2 6 4 ，以4 x 4 作为最小宏块分割单位， a v s 标准采用了混合编码体制，以8 8 为最小的处理单元，在不影响图像编码性能的前 提下大大减小了编码的复杂度，提高了编码效率。 o m a p 3 5 3 0 是由美国德州公司推出的一款专用于视频处理的开放式多媒体应用平 台，是专门为智能手机、g p s 系统和笔记本电脑等低功耗便携式应用而设计。它是由 a r mc o r t e x - a 8 内核和d s p1 m s 3 2 0 c 6 4 ) ( + 内核组成，综合了a r m 的控制能力和d s p 的处理信号能力，以其本身具有的低功耗、高性能、高并行性等优点，成为视频解码方 案实现首选的理想平台。 太原理工大学硕士研究生学位论文 由上所述，高性能的数字多媒体终端设备和高效实用的a v s 视频编解码算法二者 结合具有很大优势，对它们的研究开发具有很大的市场价值。 1 2a v s 视频编解码标准及其关键技术 a v s 是我国具有自主知识产权的编解码标准，同国际上其它起步较早的h 2 6 4 和 m p e g 4 标准相比，虽然在产业化方面的相对成熟度，晋升为国际标准，以及成功商用 化形成产业方面还需要进一步长时间的发展，但是a v s 标准算法本身具有复杂度较低 易于实现的优越性，而且a v s 源代码是免费公开的，使a v s 得到了快速的发展，应用 前景非常广阔。 1 2 1a v s 视频编解码标准简介 ( 1 ) 参考帧选择 h 2 6 4 标准中规定p 帧和b 帧的参考帧最多可有1 5 个，而a v s 标准中规定p 帧只允许 用前向参考，并且规定最多有两个参考帧，b 帧采用双向参考，前后向各一个参考帧。 同h 2 6 4 相比，a v s 减少了参考帧数量，以牺牲压缩效率为代价，不仅节省了存储空间， 而且降低了实现的复杂度【5 j 。 ( 2 ) 帧内预测实现 帧内预测包括亮度块帧内预测和色度块帧内预测【6 l 。其中，针对亮度块帧内预测实 现，h 2 6 4 是基于4 x 4 和1 6 x 1 6 的，共提出了9 种预测模式，对色度块h 2 6 4 是基于8 x 8 块 的，共采用了4 种预测模式；对亮度块和色度块进行帧内预测趟厂s 则统一基于8 x 8 块大小 为单位的，其中亮度预测模式有共5 种，色度预测模式共有4 种【7 1 。a v s 采用了较少的块 划分模式以及帧内预测模式，降低了算法复杂度。 ( 3 ) 帧间预测模式实现 帧间预测模式利用子宏块之间的关联性，提高预测更准确。h 2 6 4 采用了1 6 x 1 6 、 1 6 x 8 、8 x 1 6 、8 x 8 、8 x 4 、4 x 8 、4 x 4 七种宏块划分预测模式，a v s 只采用了1 6 x 1 6 、1 6 x 8 、 8 x 1 6 、8 x 8 四种划分模式。相比于h 2 6 4 ，a v s 采用较少的宏块预测模式，使得算法复杂 度降低了3 0 到4 0 ，从而提高了编解码速度。 ( 4 ) 分像素插值 为提高图像预测精度，算法中引入了分像素插值模块。差值模块的实现是低通滤波 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 的过程。h 2 6 4 半像素插值采用的是6 抽头滤波器，1 _ 4 像素插值采用了双线性滤波器； a v s 完成半像素插值用的是4 抽头滤波器，完成1 4 像素插值采用的是4 抽头滤波器。 ( 5 ) 交换和量化 为提高编码数据的压缩率，对残差数据进行变换和量化运算做进一步的处理。h 2 6 4 以4 x 4 块为整数变换基本单位，共有5 2 级量化步长【钔。a v s 采用的是8 x 8 块的整数变换， 共有6 4 级量化步长，相比较而言，a 、，s 则更容易满足对不同码率以及不同质量的要求。 ( 6 ) 熵编码 h 2 6 4 标准采用的是c a v l c 和c a b a c 熵编码，而a v s 标准采用自适应变长编码技术 熵编码【9 】。c a a a c 熵编码压缩率虽然高但其计算量大和复杂度高。自适应变长编码技术 采用由统计得到的2 d - v l c 码表对量化后的系数进行编码，而码表的切换是最近编码的 l e v e l 值来决定。 ( 7 ) 去方块滤波 h 2 6 4 以4 x 4 块为单位进行滤波，修正时采用的边界附近的8 个像素点；a v s 以8 x 8 块 为单位进行滤波，对边界进行修正时利用边界附近的6 个像素点。相比较而言，a v s 比 h 2 6 4 复杂度降低。 1 2 2a v s 视频编解码器研究现状 根据目前市场实际应用和具体特性需求，视频编解码器有3 种不同的软硬件实现平 台：基于通用处理器的编解码器、基于专用硬件的编解码器以及基于数字信号处理器 ( d s p ) 的编解码器。基于通用处理器的编解码器一般采用通用处理器提供的多线程多、 媒体指令集或者多c p u 来获得强大快速的计算能力，优点为设计灵活、易于验证和维 护，而且开发周期短，但通用处理器价格较高；基于专用硬件加速的编解码器在灵活性 方面欠佳，而且由于要进行硬件电路的设计，造成整个编解码器芯片的设计验证周期会 比较长；基于d s p 平台实现的视频编解码器开发周期会比较短，同时具有很大的灵活 性，特别是随着近年来t i 公司推出了一系列高性能的专用音视频d s p ，目前最复杂的 视频解码算法已经能够实现【1 0 1 。 本设计选用t i 公司新推出的嵌入式多媒体应用平台o m a p 3 5 3 0 作为a v s 解码器的 实现平台，实现了基于的a v s 标准算法的解码器。解码器是作为整个视频服务器的其 中一个客户端服务的，主要负责完成将编码器端经过压缩后的数据进行实时的解码，并 3 实时显示解码后的图像。 1 3 开放式多媒体应用平台o m a p 3 5 3 0 t i 推出的新一代移动视频应用处理器o m a p 3 5 3 0 ( o p e nm u l t i m e d i aa p p l i c a t i o n s p l a t f o r m ) ，是一款专门为便携式低功耗应用而设计的开放式多媒体应用平台。本设计是 基于e v mr e vg 评估板开发设计的，图1 - 1 为该开发板的顶视图。 图1 1o m a p 3 5 3 0 丁贞视图 f i g u r e1 - 1t o pv i e wo f o m a p 3 5 3 0 o m a p 3 5 3 0 评估板采用独特的双核结构体系，主板( 主频6 0 0 m h z ) 在单一的芯片 上集成了功, f j u 匕i ：5 增强型a r mc o r t e x a 8 ( 工作频率7 2 9 m h z ) 、高性能低功耗的 t m s 3 2 0 c 6 4 x + ( 最高工作频率为4 3 0m h z ) 、流量控制器t c 、图形引擎、视频加速器、 液晶控制器以及丰富的多媒体外谢1 1 1 。图1 2 为其总体结构框架： 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 程序存储器s r a m i j i 1r 1 。1 l 1 删b 瑁 u s bc l l k l l i s r a m i u s b 存 指令c l e h e 1 t 瞅 业务控铹器 储 m i c 瑚啊j r e 器 昝 n c d m a 管 薮据c k h t 设 h o n 7 g n o 理 替 p 1 l 单增蟊垂删 元c o r t e x - a s lf 。 存 指令c i c k 储 m e b s p ( 1 3 ) 器 液晶控锚器 管 键盘 理 田垤s 3 2 0 单 c 6 找+ 摄相机接口 元 s n ，嘲c jiji l 时钟 接控 j t a g 僵t 侈 m o d e m 接口 口 制 + 董牙接口 1 1 。审了 上 i 、 钳处理基外部一制藿鳍 ：一 1 3 1 0 m a p 3 5 3 0 硬件平台 图1 2o l 山心3 5 3 0 结构框图 f i g u r e1 - 2s t r u c t u r eo fo m a p 3 5 3 0 o m a p 3 5 3 0 是1 i 推出的最新处理器之一，它提供了业界最佳的通用多媒体和视频 图形处理芯片组合，是一个精简完备的计算机，可以为无线市场提供系统级的解决方案。 它集众多的功能单元为一体，如图1 3 所示：包括两个子系统：以a r m 处理器为核心 的微处理器m p u 子系统和以d s p 处理器为核心的图像视频音频加速处理i v a 2 2 子系 统。以及多个功能单元：图形引擎、视频加速器、液晶控制器以及丰富的多媒体外设资 源等。同时o m a p 3 5 3 0 还具有丰富的外围接口：存储器接口、液晶控制器、摄像机接 口、蓝牙接1 2 、空中接1 2 、通用异步收发器、串行接口、1 2 c 主机接i = l 、脉宽音频发生 。器、主客户机u s b 口、安全数字多媒体卡控制器接口、键盘接1 3 等，这些丰富的外围 接口使应用o m a p 3 5 3 0 的系统具有更大的灵活性和可扩展性，使o m a p 3 5 3 0 成为最理 想的视频处理平台之- - 1 2 1 。 5 太原理工大学硕士研究生学位论文 图1 - 3o m a p 3 5 3 0 界面框图 f i g u r e1 - 3i n t e r c o n n e c to v e r v i e wo f o m a p 3 5 3 0 微处理器m p u 子系统：微处理器m p u 子系统是以增强型a r mc o r t e x - a 8 核为核 心处理器的子系统。m p u 子系统支持多种目前流行的操作系统，主要用于a r m 核、l 3 交互接口以及中断控制三者之间的交互管理。该子系统集成增强型a r m 子芯片，通过其 他相关的协议可以完成：协议转换、仿真、中断处理以及调试改进等多种功能。通过操作 系统资源应用，a r m 端可以用于初始化并控制d s p ，二者共同完成音视频的编解码工作。 图1 - 4 为m p u 子系统结构的框架示意图： 6 太原理工大学硕士研究生学位论文 图1 - 4 m p u 子系统结构框架 f i g u r e1 - 4m p us u b s y s t e mo v e r v i e w m p u 子系统组成部分如下： o a r m 子芯片 增强型a r mc o r t e x - a 8 ； 一a r mi s a ( 版本7 ) ：标准的a r m 指令集+ t h u m b 2 俐，j a z e l l e r r t c i a v a 加速器 以及多媒体扩展器； - s m 单指令多数据协处理器； 一高速缓冲存储器； l e v e ll ：1 6 - k b 程序高速缓存c a c h e ，1 6 一k b 数据高速缓存c a c h e ，c a c h e 都是4 路 映射相关联的，每条l i n e 大小为6 4 字节； l e v e l 2 - 一仿真调试器；c a c h e 都是2 路映射相关联的，每条l i n e 大小为6 4 字节； 中断控制器，由9 6 个同步中断组成。 建立在a r m a x i 总线、l 3 控制总线以及中断控制之间的a x l 2 0 c p 桥： o m p u 时钟产生器：该模块产生时钟信号、电源模式以及电源正负信号。 提供调试、跟踪和仿真特征的模块：i c ec r a s h e r t m 、嵌入式跟踪微处理器e t m 以 及专用的外围总线模块a p b 。c o r t e x - a 8 微控制器提供了一个接口，可以访问e t m ， 7 太原理工大学硕士研究生学位论文 i c e c r u s h e r 以及调试寄存器。 i v a 2 2 子系统：o m a p 3 5 3 0 芯片还包括高性能德州仪器图像视频和音频加速器 ( r v a 2 2s u b s y s t e m ) ，该子系统是基于1 m s 3 2 0 d m c 6 4 x + 。r w 核心数字信号处理器 ( d s p ) 。主要有以下组成部分： 德州仪器推出的高性能d s p ( 1 m s 3 2 0 d m c 6 4 x 卜) ，采用两级局部缓存l 1 l 2 以 及存储控制器。 o l l r a m 、l 1 r o m 以及l 2 r a m 。 视频硬件加速模块以及局部序列发生器。 完成内存与外围周边设备的数据搬移的增强型直接存储器访问( e d m a 3 ) 【6 j 模块。 专用于访问l 3 连接地址空间的内存管理单元m m u 。 局域互联网。 专用的系统控制器s y s c 模块、管理电源和时钟产生的w u g e n 模块和控制电源 的连接、复位和时钟的p r c m 模块。 子系统v a 2 2 是基于t m s 3 2 0 d m c 6 4 x + 核的，1 m s 3 2 0 d m c 6 4 x + 的c p u 采用的 是哈佛结构，在结构体系上采用了v l 研超长指令集。其程序总线与数据总线是分开的， 采用这样的结构体系决定了取指令与执行指令可以并行运行。片内的程序总线与数据总 线分开，程序存储器与数据存储器分开，但片外存储器与总线不分开，二者是统一的【1 3 1 。 图l 一5 为i v a 2 2 子系统的总体框架图： 图1 - 5w a 2 2 子系统结构框架 f i g u r e1 - 5w a 2 2s u b s y s t e m o v e r v i e w 8 太原理工大学硕士研究生学位论文 同时1 m s 3 2 0 d i m c 6 4 ) ( + 的c p u 内部有a 、b 两交叉通道，通过交叉通道可以实现 数据在a 、b 两边的交叉处理，a 、b 两通道协调工作，可以加快数据的处理速度，a 、 b 两面各有m 、s 、d 以及l 四个功能单元，不同的功能单元用于完成不同的运算，如 一般m 功能单元用于完成乘法指令集运算，s 用于完成移位指令集运算，d 功能单元完 成数据的相加减及数据的装载等。 o m a p 3 5 3 0 作为一个高度集成的硬件和软件开发平台，为双核处理器，并且支持丰 富的多媒体组建算法、高级语言编程以及多种流行的操作系统，基于平台内部的m p u 和i v a 两个子系统可建立两个不同的嵌入式操作系统。其中，a r m 微处理器支持运行多 种如l i n u x 、w m c e 等实时操作系统，通过这些操作系统实现对a r m 微处理器实现实时 多任务调度管理，还可以控制1 【m $ 3 2 0 c 6 4 x + 以及同d s p 进行相互通信；d s p 微处理器也 可以支持多种实时嵌入式操作系统，实现音视频等多媒体数据的复杂算法处理。连接这 两个操作系统的核心技术是独特的d s p b i o s 桥，o m a p 3 5 3 0 的软件系统框图如图1 6 所 示【1 2 1 。 u 趼同管 图1 - 6o m a p 3 5 3 0 的软件系统框图 - f i g u r e1 - 6s o f t w a r es y s t e md i a g r a mo fo m a p 3 5 3 0 d s p b i o s 桥主要由d s p 管理服务器、d s p 管理器以及一些外围接e l 链接驱动器组 成，主要用于完成a r m 端和d s p 端二者之间的任务的优化分配。d s p b i o s 桥为运行在 c o r t e x - a 8 上的应用程序和运行t m s 3 2 0 c 6 4 x + 上的多媒体算法之间提供通信管理服务。 9 太原理工大学硕士研究生学位论文 开发者可以利用d s p b i o s 桥中的应用编程接i ： a p i 控制在d s p 中实时多任务的执行， 并同d s p 进行任务运行结果的交换以及状态信息的反馈。在这个环境下，开发者可以调 用局部d s p 网关组件来完成例如音频、视频以及语音等功斛1 4 1 。综上所述，开发者不必 详细了解d s p b i o s 桥内部架构原理，就能够顺利容易的开发出新的应用软件。使用标 准应用编程接口( a t i s ) 开发的应用软件，与基于0 m a p 3 5 3 0 的未来无线通讯设备兼容， 能够很快的利用d s p 开发出更多的多媒体组建算法。 1 4 课题的主要工作、创新点及内容安排 1 4 1 论文主要工作与创新点 本课题所设计的a v s 解码器是作为整个a v s 视频监控系统中一个嵌入式解码客户 端使用的。a v s 视频监控系统中要求a v s 解码客户端应具有实时解码、播放显示的基 本功能。作为视频监控系统的一部分，本设计主要完成的任务是基于o m a p 3 5 3 0 平台， 使用1 i 提供的d v s d k 软件开发包，按照本文提出的通用嵌入式视频解码方案，实现 一个实时的a v s 解码器。 通过分析研究a v s 编解码标准算法，充分利用o m a p 3 5 3 0 独特的双核体系结构特 点，本文首先完成了a v s 解码器的移植并对其进行了优化，其中重点分析了解码器的 核心算法，针对熵解码、反量化和反变化、插值、反扫描几个比较耗时的功能模块进行 了c 级、手工汇编级优化；同时利用o m a p 3 5 3 0 的两极高速缓存内存架构，对解码器 进行了c a c h e 级优化，提高了解码速率，达到了实时解码的要求。其次按照嵌入式通用 视频解码方案：首先对解码器进行设计与封装，使解码器符合x d a i s 标准，并将其生 成一个1 i b 库文件，最终b u i l d 出一个d s p 可执行程序x 6 4 p 的d s ps e r v e r ，a r m 端使 用v i s aa p i 直接调用生成的d s ps e r v e r 。 本文的主要创新点： 对a v s 核心算法进行了深入的分析和研究，并针对o m a p 3 5 3 0 独特的双核体系 架构，提出了一种通用的嵌入式视频解码方案。 将a v s 视频解码器成功移植到o m a p 3 5 3 0 多媒体芯片上面，为实现解码方案 中a r m 端与d s p 端的正常通信，将解码器进行封装打包，使解码器符合x d a i s 标准。 对a v s 解码器做了大量大优化工作，除了对解码器进行c 级，还采用了比线性汇 编优化效率更高的手工汇编对解码器进行了优化。采用从上至下易于实现的策略方式对 1n 太原理工大学硕士研究生学位论文 c a c h e j 差行优化：先从应用层开始，再到程序级，再到算法级别的优化。 1 4 2 论文的内容安排 全文共分为五章，详细内容安排如下： 第一章绪论主要介绍了本课题的研究背景和意义。对o m a p 3 5 3 0 平台以及a v s 编 解码标准做了较为详细的介绍，指出了课题的创新点以及主要完成的工作。 第二章详细讲解了解码器仿真环境的配置和移植过程，对在移植过程中遇到的各种 问题详细列举并给出了解决方法。介绍了有关o m a p 3 5 3 0 的c m d 、g e l 文件的配置问题； 说明了o m a p 3 5 3 0 板子上如何通过a r m 端启动、初始化d s p 的详细过程。 第三章详细讲解基于o m a p 3 5 3 0 平台的视频解码方案设计及实现。阐述了解码器 主要模块在d s p 上的设计与实现，对成功移植的解码器进行进一步设计与封装，将其 打包成符合x d a i s 标准的解码器。 第四章主要介绍为得到一个实时的a v s 解码器，对解码器进行的优化工作，从c 级、手工汇编级和c a c h e 级做了详细的说明，使用d 1 格式码流，对优化后的解码器解 码工作的正确性以及解码速率进行了测试。 第五章总结展望，总结本论文的工作所取得的成果以及不足之处，并对今后需要的 进一步工作做出了展望。 太原理工大学硕士研究生学位论文 第二章a v s 解码器仿真环境配置与移植 本章主要介绍a v s 视频解码器在o m a p 3 5 3 0 平台上的移植以及调试。本文移植所 使用的解码器是基于p c 平台在v i s u a ls t u d i o2 0 0 8 集成开发环境下开发的a v s 解码部 分，v i s u a ls t u d i o2 0 0 8 使用c 语言开发。t i 公司提供的c c s 3 3 集成软件开发环境提供 了a n s ic 编译器，开发人员也可以使用c 开发d s p 程序，因此工程代码具有很好的可 移植性，同时c c s 3 3 作为d s p 的专有的开发环境，其本身的c 与普通的c 又有所区 别，对移植后的c 代码需要做进一步的修改，才能确保a v s 解码器在d s p 平台上的正 确运行。移植后的代码，在编译通过无错误后，通过j t a g 硬件调试接口，使用x d s 5 6 0 硬件仿真器建立p c 端和目标d s p 端进行实时调试。 2 1a v s 解码器仿真环境配置 移植后的a v s 解码器在编译通过之后，会生成o u t 输出文件，把这个o u t 输出文件 下载至目标板o m a p 3 5 3 0 平台上进行调试及测试，通过硬件实时仿真，验证a v s 解码器 工作的正确性以及性能的优越性。建立解码器的调试环境，首先要连接仿真器，本设计 使用的是合众达电子有限公司的x d s 5 6 0 实时调试工具，通过评估板上的j t a g 硬件调 试接口和p c 机相连，在调试工具和目标板之间建立一条实时信息通道。图2 1 为安装 好x d s 5 6 0 调试工具驱动后的c c s 3 3 软件调试界面： 图2 1c c s 3 3 软件调试界面 f i g u r e2 - 1c c s 3 3s o f t w a r ed e b u g g i n gi n t e r f a c e 在p c 机和目标板之间连接好调试工具之后，为了正确的使用a r m 启动d s p ，首 13 太原理工大学硕士研究生学位论文 先需要把板子上s w l 跳脚的第一管脚由“0 ”置为“1 ”。o m a p 3 5 3 0 主板集成 删+ d s p + 3 d 加速处理，为多核处理器，d s p 端默认是r e s e t 的，需要a r m 对其唤 醒。g e l 文件是一种通用的扩展语言，用于初始化目标板。当程序运行时，首先执行的 是g e l 文件内部的函数，所以如果需要使某些功能在板子上电后立即开启，可以在这 些函数里面实现。a r m 端需要加载g e l 文件初始化并使能d s p ，包括对整个系统的复 位、i 认系统时钟的配置、d d r 类型选择等一系列信息的初始化。d s p 端需要加载 c 6 4 x p l u s _ c r o s s t r i g g e r g e l 文件， 以下是a r m 端加载的g e l 文件： s t a r t u p o g e ll o a d g e l ( ”$ ( g e l _ f i l e _ d i r ) c o r t e x a 8 _ u t i l g e l ”) ； g e ll o a d g e l ( ”$ ( g e l _ f i l e _ d i r ) o m a p 35 x x _ r e s e t s g e l ”) ； g e ll o a d g e l ( ”$ ( g e l _ f i l e d i r ) o m a p 3 4 3 0 r e c o n f i g u r e _ f i r e w a l l