（计算机应用技术专业论文）实时avs视频解码系统.pdf

摘要 摘要 a v s ( a u d i o v i d e oc o d i n gs t a n d a r d ) 是我国具备自主知识产权的第二代信源编码 标准，包括系统、视频、音频、数字版权管理、移动视频等五个主要技术标准和 一致性测试等支撑标准，共计九个部分，其视频标准已于2 0 0 6 年3 月成为国家标 准。a v s 具有压缩比高、图像质量高、应用范围广、专利费低、复杂度低等优点。 但是目前针对a v s 的解码器硬件或软件都还不成熟，离产业化的推广还有一定的 距离。因此，本课题通过对a v s 视频编解码标准的研究和学习，采用t i 公司的新 一代数字媒体处理器t m s 3 2 0 d m 6 4 8 ，设计实现了基于d m 6 4 8 的a v s 视频解码系 统，并通过后期优化，对d 1 分辨率基本上达到了实时解码播放的要求。 本文首先研究学习了a v s 视频标准，包括它的发展现状，系统结构，比特流 结构和核心技术。a v s 的实现框架采用混合编码体制，将空间域预测和时间域预 测结合在一起。一个完整的a v s 解码器在理论上由熵解码、反扫描、反量化、反 变换、帧内预测、运动补偿、环路滤波等几个模块组成。在分析学习a v s 标准的 同时，将a v s 标准与m p e g - 2 、m p e g - 4 h 2 6 4 技术做了比较。 其次，根据d s p 的开发流程，从解码系统总体框架、系统软硬件平台的选取、 系统工作原理和技术路线等几个方面，对实时a v s 解码系统进行了总体设计和程 序代码的实现。并且通过对关键问题的分析，逐步实现了图像头和条带解码，宏 块解码以及g e to n eu n i t 、帧间预测和帧内预测等几个核心模块。随后配置好集成 开发环境，联调目标板、仿真器，进行相应的软硬件仿真。这一部分是本文的重 点，集中在第三章和第四章。 第三，对解码系统编程实现之后，进行后期优化和系统整体性能测试。从内 存结构、线性汇编语言、c 代码和编译指令四个方面进行优化，并给出了a v s 解 码器的性能测试数据，优化之后a v s 解码系统基本上达到了实时解码播放的要求。 另外，着重提出了使用线性汇编对帧间插值模块的优化方案，并以此发表学术论 文一篇。这一部分是本文的第二个重点，由第五章阐释。 最后，对全文进行系统、全面的总结，指出了下一步研究和改善的方向，并 展望了a v s 的良好应用前景。 关键词：a v s ，视频解码系统，t m s 3 2 0 d m 6 4 8 ，线性汇编，优化 a b s t r a c t a u d i ov i d e oc o d i n gs t a n d a r d ( a v s ) i so u rc o u n t r y ss e c o n dg e n e r a t i o nm e s s a g e 双m r c ec o d i n gs t a n d a r d 、析mi 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 , i n c l u d i n gs y s t e m s ， a u d i o ，v i d e o ，d i 西t a lr i g h t sm a n a g e m e n t , m o b i l ev i d e of i v em a i nt e c h n i c a ls t a n d a r d s a n do t h e rs u p p o r t i n gs t a n d a r d ss u c h 嬲c o n s i s t e n c yt e s t , n i n ep a r t st o t a l l y 们1 ev i d e o s t a n d a r dh a sa l r e a d yb e c a m en a t i o n a ls t a n d a r di nm a r c h2 0 0 6 a v sh a sh i 曲 c o m p r e s s i o nr a t i o ，h i g hi m a g eq u a l i t y , 诵d ca p p l i c a t i o nr a n g e , l o wc o m p l e x i t y , l o w p a t e n tc o s t , b u ti t sd e c o d e rh a r d w a r ea n ds o r w a r ea r es t i l ln o tf u l l yd e v e l o p e d , s ot h e r e i ss t i l lac e r t a i nd i s t a n c eb e f o r ei n d u s t r i a l i z a t i o n w em a i n l ys t u d i e dt h ea v ss t a n d a r d s o fv i d e oc o d i n g d e c o d i n g , u s e dh a r d w a r ea n ds o f t w a r en 薨旧岫r i x 8o ft h er e s e a r c ht e a m , a d o p t e dt ic o m p a n y sn e wg e n e r a t i o na i g i t a lm e d i ap r o c e s s o r 田垤s 3 2 0 d m 6 4 8 ， d 鹤i g n e dad m 6 4 8b a s e da v sv i d e oc o d i n g d e c o d i n gs y s t e m a f t e rp o s t - o p t i m i z a t i o n , t h ea v e r a g ed ir e s o l u t i o ns e q u e n c ei sa b o u t3 0 f r a m e s ，b a s i c a l l ya c h i e v e dr e a l - t i m e d e c o d i n gb r o a d c a s t f i r s t l yw es t u d i e dt h ea v ss t a n d a r d so fv i d e o ，i n c l u d i n gd e v e l o p m e n ts i t u a t i o n , s y s t e ms t r u c t u r e ，b i ts t r e a ms t r u c t u r ea n di t sc o r et e c h n o l o g y t h ei m p l e m e n t a t i o no f a v su s e sh y b r i de o d i n gs y s t e mf i a m c w o r k , c o m b i n i n gs p a t i a ld o m a i nf o r e c a s ta n dt i m e d o m a i nf o r e c a s t , w h i c ha d o p t si n - f r a m ea n dc r o s s - f r a m ei m a g ec o d i n g ac o m p l e t ea v s d e c o d e rt h e o r e t i c a l l yc o n t a i n sm o d u l e sl i k ee n t r o p yd e c o d i n g , i n v e r s es c a n n i n g , i n v e r s e t r a n s f o r m ，i n v e r s em e a s u r e m e n t ，f r a m ef o r e c a s t ，m o v e m e n tc o m p e n s a t i o na n dl o o p f i l t e r i n g t h r o u g ht h ea n a l y s i so ft h ea v ss t a n d a r d s ，w ea l s om a d eac o m p a r i s o n b e t w e e na v ss t a n d a r d sa n dm p e g 一2 。m p e g - 4 | h 。2 6 4t e c h n o l o g y s e c o n d l y , a c c o r d i n gt ot h ed e v e l o p m e n tp r o c e s so fd s p , w ef i n i s h e dt h eg e n e r a l d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fa na v sd e c o d i n gs y s t e m ，m a i n l yf o c u s i n go nd e c o d i n g s y s t e mf r a m e w o r ks e l e c t i o no fs o f t w a r ea n dh a r d w a r ep l a t f o r m ，s y s t e mw o r k i n g m e c h a n i s ma n dt e c h n o l o g yr o u t e t h r o u g ht h ea n a l y s i so fk e yp r o b l e m s ，w eg r a d u a l l y f i n i s h e ds e v e r a lc o r em o d u l e sl i k ei m a g eh e a da n ds t r a p sd e c o d i n g , m a c r ob l o c k d e c o d i n g , c o d es t r e a m i n gp a r s i n g ，i n - f r a m e a n dc r o s s f r a m ef o r e c a s t a f t e r t h e c o n f i g u r a t i o no fi n t e g r a t e dd e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t ，a l i g n m e n tt a r g e tp l a t ea n d a b s t r a c t s i m u l a t o r , w oc o n d u c t e dt h es i m u l a t i o no fc o r r e s p o n d i n gs o f t w a r es i m u l a t i o n t h i si s a l s ot h ek e y p a r to f t h i sp a p e r , w h i c hi sl o c a t e di nc h a p t e r3 ，a n dc h a p t e r4 t h i r d , p o s to p t i m i z i n ga n do v e r a l ls y s t e mp e r f o r m a n c et e s t i n ga f t e rd e c o d i n g s y s t e mp r o g r a m m i n g o p t i m i z a t i o ni sp e r f o r m e di nm e m o r ys t r u c t u r o , l i n e a ra s s e m b l y l a n g u a g e , cc o d ea n dc o m p i l a t i o nd i r e c t i v e s ，a n dr e p o r t e d o u ta v sd e c o d e r p e r f o r m a n c et e s td a t a , f i o mw h i c hw o 啪c o n c l u d et h a tt h eo p t i m i z e da v sd e c o d i n g s y s t e mb a s i c a l l ya c h i e v e dr e a l - t i m ed e c o d i n gb r o a d c a s tr e q u i r e m e n ti na d d i t i o n , g a v ea c r o s sf i a m oi n t e r p o l a t i o nm o d u l eo p t i m i z a t i o nu s i n gl i n e a ra s s e m b l e , a n daa c a d e m i c a r t i c l ei sp u b l i s h e db a s e do nt h a t t h i si st h es e c o n dk e yp a r to ft h i sp a p e r , w h i c hi s l o c a t e di nc h a p t e r5 f i n a l l y , ac o m p r e h e n s i v es u m m a r yi sg i v e na b o u tt h i sp a p e r , a n dp o i n to u tt h e d i r e c t i o no ff u f t h o rr e s e a r c ha n di m p r o v e m e n t , a n dt h ep r o m i s i n ga p p l i c a t i o np r o s p e c t o f a v s k e y w o r d s ：a v s ，v i d e od e c o d i n gs y s t e m ，t m s 3 2 0 d m 6 4 8 ，l i n e a ra s s e m b l y , o p t i m i z a t i o n h i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示谢意。 签名： 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：鳓导师签名：阻 e l 期：k 弘年b 占月叫e l 第一章绪论 第一章绪论 随着多媒体技术的不断发展，终端设备的实用多样。多媒体这一概念，正在 与我们的生活息息相关，并逐渐变得密不可分。从可视电话到视频会议，从网络 传输到数字电视，及无线多媒体通信等，人们对多媒体信息的需求量日益增多。 如何在现有的技术水平和硬件条件下，实现合理、优化、实时的多媒体终端设备， 成为了近年来信号处理学术领域和相关公司关注的方向【i 】。目前，数字信号处理器 ( d s p ) 的高速发展，为我们实现高效的多媒体信号处理平台，提供了硬件上的可能 性。a v s 数字音视频编解码标准技术，解决了数字音视频海量数据( 即初始数据、 信源) 的编码压缩问题。从而又提供了技术支持和软件实现可行性。 1 1 课题来源和选题依据 本课题先后由：信息产业部“汽车视频黑匣子系统项目，国家8 6 3 计划“支 持数字媒体内容创造的集成环境( 2 0 0 6 a a 0 1 2 3 3 5 ) 的项目基金支持。 选题依据主要有如下三点： 首先，本课题来源于两个纵向项目基金支持，先后积累了一定的课题研究基 础，并投入了近1 5 个月的项目学习开发时间。 其次，a v s 视频编解码技术的先进性和学术、产业价值。a v s 是我国牵头制 定的第二代数字音视频信源标准，具有自主知识产权。在2 0 0 6 年被批准为国家标 准，它的编码效率与国际标准m p e g 4 h 2 6 4 相当，代表了国际先进水平，广泛应 用于广播、通信、电视、娱乐等各个领域。a v s 标准为我国构建“技术_ 专利- 标准一芯片与软件_ 整机与系统制造一数字媒体运营与文化产业的产业链条提 供了难得的机遇。 第三，团队配套的软硬件开发环境。在2 0 0 6 年的时候本团队就已经完成了a v s 标准在t i 的t m s 3 2 0 d m 6 4 2 平台上的应用，并依托于“汽车视频黑匣子系统 ， 实现了a v s 视频标准的实际应用，后又购买了t m s 3 2 0 d m 6 4 8 的开发套件，进一 步完备项目开发环境和平台。 电子科技大学硕士学位论文 1 2 研究背景与意义 1 研究背景 本课题的研究背景主要基于两个方面：d s p 技术的发展以及a v s 视频编解码 标准的日益成熟。 德州仪器( t i ) 继第一代d s p 芯片t m s 3 2 0 1 0 之后，迅猛发展。已经成为d s p 嵌入式高速计算平台的主要实现工具。同时，数字信号处理技术的发展，已经逐 渐渗透到国民经济的各个领域，并取得了丰硕的成果。1 1 致力于通过领先的软硬 件技术，工具与支持不断推动数字视频市场创新。以满足包括数码录像机( d v r ) ， p 视频服务器，机器视觉系统与高性能成像应用等，在内的多通道视频安全与基 础局端应用的要求。早期的媒体处理器有：t r m e d i a l1 0 0 和1 3 0 0 ，及e q u a t o r 的 m a p c a 等。d m 6 4 8 是1 1 公司最新推出的一款，针对多媒体处理领域和视频安全 与监控领域的达芬奇技术。d m 6 4 8 建立在1 i 最新t m s 3 2 0 c 6 4 x + 1 m d s p 内核基础 上。并基于第三代高性能先进的v e l o c i t i t m 超长指令字结构( v l 研) ，增加了很 多外围设备和功能接口【2 】。它的这些优点使其成为视频处理领域首选的d s p 芯片 之一。但是，仅仅有先进的芯片是不够的，还需要高效实用的视频编解码算法。 二者的结合，才可以研发出具有市场价值的多媒体终端产品。 多媒体终端平台的实现，需要有易于实现的高效的编解码算法。其关键是信 号处理【3 】。多媒体信号靓频信号、图像信号及音频信号，是多媒体系统进行处 理和传输的对象。其中，视频信号是信息量最大。同时也是数据量最大的部分， 由于传输信道带宽的限制，必须对视频信号进行压缩处理以适应信道码率的要求。 而视频压缩一般都具有很高的运算复杂度，像m p e g l ，h 2 6 3 中的运动估计，d c t 变换等等，运算量非常大【4 】。而a v s 具有压缩比高、图像质量高、应用范围广、 专利费低、复杂度低等优点【5 】。a v s 视频编码标准能够取得相对于以往的视频编码 标准更加高的压缩效率和图像质量。特别是一些对实时性比较高的应用场合。 2 研究意义 本课题的研究意义大致从a v s 标准的学术价值、产业价值和d s p 技术的实际 应用价值三个方面阐述。 ( 1 ) a v s 标准的学术价值。 在数字音视频产业体系中，数字终端产品r 电视接收机、激光视盘机、数码产 品等) 和数字广播电视设备等均需要两大技术的支持：信源编码和信道编码。信源 编码标准解决音视频数据本身的编码压缩，信道编码标准( 传输标准) 解决在不同的 2 第一章绪论 传输物理介质上如何传输数字信号的问题。数字音视频编解码技术标准是数字音 视频产业的基础性技术标准。2 0 0 2 年6 月数字音视频编解码技术标准工作组成立， 提出了我国自主的数字音视频编解码技术标准a v s ( a u d i ov i d e oc o d i n gs t a n d a r d ) 。 它是我国发展高清晰度和标准清晰度数字电视，高清激光视盘机等产业，不可或 缺的音视频信源编码标准，是我国数字音视频产业跨越发展的重要技术源头。a v s 是一个基础标准，它是在一系列先进算法、技术的基础上完成的，整个技术体系 和方案处于国际先进水平。a v s 突破了第二代数字音视频编码技术中的核心技术， 总体上达到国际先进水平。并在关键算法及其实现上具有独创性。a v s 所完成的 系统功能基本齐全、工作稳定，为我国数字音视频产业的国际竞争与规模化生产 提供了重要的技术支撑。另外，a v s 在编码效率上比传统的m p e g 0 2 效率高两至 三倍，在计算资源的消耗上降低了3 0 到5 0 ，具有极高的学术研究价值。 ( 2 ) a v s 标准的产业价值。 a v s 的产业化步伐在标准制订过程中已经开始，目前正处在大规模产业化的 启动期。a v s 产业化的主要产品形态如芯片：高清晰度标准清晰度a v s 解码芯片 和编码芯片，国内需求量在未来十多年的时间内年均将达到4 0 0 0 多万片。据悉， 长期以来，数字音视频的核心技术基本掌握在美、日、欧等国家和地区的大公司 手中，全球视频市场基本被m p e g - 4 和h 2 6 4 两家垄断。a v s 标准拥有者将只对 设备提供商。一次性一收取每台l 元钱的低廉专利费，并不向内容商和运营商征 收任何费用。因此，a v s 最直接的产业化成果是，未来l o 年我国需要的3 5 亿 颗解码芯片。最直接效益是节省超过1 0 亿美元的专利费。a v s 最大的产业价值是， 利用面向标清的数字电视传输系统能够直接提供高清业务，利用当前的光盘技术 可以制造新一代高清晰度激光视盘机。因为a v s 压缩高清节目效率比m p e g - 2 高 3 倍，一张盘片就可以存放一部电影。采用a v s 标准，不仅能够节省庞大的专利 费，而且能够推动我国音视频产业实现跨越发展，并为其跨越发展提供契机【6 】。 ( 3 ) d s p 技术的实际应用价值。 本课题采用的是t i 公司的t m s 3 2 0 d m 6 4 8 达芬奇( d a v i n e i ) 技术数字信号处 理器( d s p ) 。该款套件采用x d s 5 6 0t r a c e 模块的达芬奇处理器。该模块提供了 非侵入式硬件跟踪工具。为高性能实时嵌入式应用中调试特殊问题，提供了高级 可视性。还可进一步发挥跟踪功能和微调代码性能，对缓存进行优化，满足先进 多通道应用的需求。t m s 3 2 0 c 6 4 8 的d s p 内核基础，为基于t m s 3 2 0 d m 6 4 2 的现 有视频处理应用，提供了无缝移植路径。在降低整体成本的同时实现性能双倍提 升。 电子科技大学硕士学位论文 1 3 主要研究内容 目前，a v s 标准中共由九部分组成，这一点将在第二章第一节详细介绍。其 中第二部分和第七部分是关于视频的技术标准。第二部分：针对标清和高清晰度 数字电视广播和高密度存储媒体应用。第七部分：针对低码率、低复杂度、较低 图像分辨率的移动媒体应用。2 0 0 6 年3 月1 日，a v s 工作组完成了信息技术音 视频编码标准第二部分视频部分，至此a v s 视频部分正式成为国家标准。本课 题主要研究a v s p 2 ，至此下文中提到a v s 标准均指a v s p 2 。 本课题主要研究：结合t i st m s 3 2 0 d m 6 4 8 开发平台，实现基于a v s 标准的 实时视频解码系统。该实时视频解码系统主要包括以下三个方面的内容： 首先，基于t i st m s 3 2 0 d m 6 4 8 的a v s 视频解码系统整体框架设计和核心算 法设计。 主要包括a v s 熵解码，重排序( 即反扫描) ，反量化，反变换，帧内预测，帧 间预测和环路滤波。a v s 视频解码系统解码框架及各个核心算法间关系如图1 1 所示。 图1 - 1a v s 视频解码简略框架图 其次，实时a v s 解码系统的代码实现，编译器配置及软硬件仿真调试。 根据算法框架以及a v s 视频标准，采用c 语言以及线性汇编语言开发出基于 t i st m s 3 2 0 d m 6 4 8 的a v s 解码系统，并支持视频分辨率d i ( 7 2 0 x 5 7 6 ) 。然后以 t i st m s 3 2 0 d m 6 4 8 为调试平台，采用c c s 3 3 集成开发环境作为编译器，创建、 编译、下载工程，进行软硬件仿真和调试，在调试部分编写部分性能测试用例。 第三，解码系统后期优化与性能测试。 后期优化从内存结构、线性汇编、c 语言和编译指令等四个方面进行优化，充 分结合线性汇编语言的优势。通过合理设置结构体和变量类型、循环展开、数据 搬移、合理使用内联函数等方法，进行后期优化。在使用线性汇编语言进行系统 优化的时候，着重提出了关于帧间插值模块的优化方案，并以此发表学术论文一 篇。 4 第一章绪论 1 4 章节安排 全文共分六章。前两章主要介绍了本课题的理论背景、选题依据及a v s 视频 编解码技术的研究和学习，从第三章开始到第五章是本文的重点，主要介绍了课 题的研究成果和进展。具体的章节安排如下： 第一章，介绍课题来源、选题依据，研究背景和研究意义，指出了本论文的 主要研究内容和章节安排。 第二章，简明扼要地讲解了a v s 视频编解码标准的发展态势，详细介绍了a v s 视频编解码标准的系统结构和比特流结构，重点分析研究了a v s 视频标准中的关 键技术熵解码、反变换和反量化、帧内预测、帧间预测和环路滤波。为后续工作 开展和研究提供扎实的理论根基。 第三章，从解码系统总体框架、系统硬件平台的选取、系统集成开发环境的 搭建、系统工作原理和技术路线等几个方面，对实时a v s 解码系统进行了总体设 计。同时分析了开发中的关键问题。 第四章，根据d s p 的开发流程，并且通过对关键问题的分析，逐步实现了图 像头和条带解码，宏块解码以及g e to n eu n i t 、帧间预测和帧内预测等几个核心模 块。随后配置好集成开发环境，联调目标板、仿真器，进行相应的软硬件仿真。 第三、四两章是本文的重点。 第五章，对解码系统编程实现之后，进行后期优化和系统整体性能测试。从 内存结构、线性汇编语言、c 代码和编译指令四个方面进行优化，并给出了a v s 解码器的性能测试数据，优化之后a v s 解码系统基本上达到了实时解码播放的要 求。另外，着重提出了使用线性汇编对帧间插值模块的优化方案，并以此发表学 术论文一篇。这一部分是本文的第二个重点。 第六章，对全文进行了系统总结，指出下一步研究和改善的方向，并展望了 a v s 的良好应用前景。 5 电子科技大学硕士学位论文 第二章a v s 视频标准研究 a v s ( a u d i ov i d e oc o d i n gs t a n d a r d ) 是我国具备自主知识产权的第二代信源编 码标准。它是数字信息传输、存储、播放等环节的前提，是数字音视频产业的共 性基础标准。a v s 标准包括系统、视频、音频、数字版权管理、移动视频等五个 主要技术标准和一致性测试等支撑标准，共计九个部分。本章节将简要介绍a v s 视频编码标准的发展态势。简明指出a v s 的体系结构和比特流结构，详细研究分 析标准中的关键技术。 2 1a v $ 标准的现状与发展 a v s 是由数字音视频编解码技术标准工作组( 简称a v s - r 作组) 起草，并经国 家信息产业部认证的国家标准。a v s 工作组由国家信息产业部科学技术司于2 0 0 2 年6 月批准成立。工作组根据我国的信息产业需求，联合国内企业和科研机构， 制( 修) 订数字音视频的压缩、解压缩、处理和表示等共性技术标准。为数字音视频 设备与系统提供高效经济的编解码技术。服务于高分辨率数字广播、高密度激光 数字存储媒体、无线宽带多媒体通讯、互联网宽带流媒体等，重大信息产业应用。 a v s 系列标准一共包括9 个部分，它们分别为：( 1 ) 系统；( 2 ) 视频；( 3 ) 音频； ( 4 ) 一致性测试；( 5 ) 参考软件；( 6 ) 数字版权管理；( 7 ) 移动视频；( 8 ) 在p 网络上传输a v ；( 9 ) a v s 文件格式。其中第2 部分“视频己于2 0 0 6 年3 月通 过信息产业部认证，正式成为国家标准( 编号为g b t 2 0 0 9 0 2 0 0 6 ) 。 1a v s 视频标准的发展历程 a v s 工作组自2 0 0 2 年6 月成立以来，为a v s 标准的逐步完善进行了一系列 的工作。在2 0 0 3 年1 2 月1 8 1 9 日举行的第7 次会议上，a v s 工作组完成了a v s 标准的第一部分( 系统) 和第二部分( 视频) 的草案最终稿( f c d ) ，与报批稿配 套的验证软件也已完成。2 0 0 4 年1 2 月2 9 日，全国信息技术标准化技术委员会组 织评审并通过了a v s 标准视频草案。2 0 0 5 年1 月，a v s 工作组将草案报送信息产 业部。2 0 0 4 年度第一季度( 第8 次全体会议) 正式开始“数字版权管理与保护 标准的制定。2 0 0 5 年初( 第1 2 次全体会议) 完成了第三部分( 音频) 草案。2 0 0 5 年4 月3 0 日，a v s 标准视频部分通过公示，在标准道路上迈出决定性一步。2 0 0 6 6 第二章a v s 视频标准研究 年2 月2 2 日公布 b s p d i r i 】 = o ； ) “ ) e l s ei f ( m o d ei sp 8 x 8 ) 8 x 8 模式 e u r r m b 一 r o b _ t y p e = p 8 x 8 ； f o r ( i 卸；i “；i 抖) c u r r m b - b 8 m o d e i 】= 4 ； e u r r m b - b 8 p d i r i 】= o ； e l s ei f ( m b m o d e - - - 6 ) 帧内模式 c u r r m b - c b p = n c b p c u r r m b - m b _ t y p e - 6 0 ； e u r r m b - n a b _ t y p e = 1 4 m b ； f o r ( i = 0 ；i b 8 m o d e i 】= i b l o c k ； c u r r m b - b 8 p d i r i 】= 一l ； ) ) ( 2 ) p a r s eo n em a c r o b l o c k ：解析一个宏块的变量。 从码流中解析出当前宏块所需要的解码信息变量，包括宏块划分类型、子块 运动矢量，参考帧号码等。 ( 3 ) r e a dr e f e r e n c ef r a m en o ：读宏块的参考帧号码。 ( 4 ) r e a dm b 锄d d t a ：读宏块的量化q p 变量delta ( 5 ) r e a dm bc b p ：读宏块的编码块模式 ( 6 ) r e a d ：读帧内宏块的各个块的预测模式_ i p r e d b l o c km o d e s ( 7 ) r e a db l o c kc o e f f s ：读一个8 x 8 块的编码系数 第四章实时a v s 视频解码系统的d s p 实现与仿真 v o i dr e a d _ b l o e k _ c o e f f s ( s t r u c ti m g _ p a r i m g ) m a e r o b l o c k 宰e u r r m b = & m b _ d a t a i m g - c u r r e n tm bn r ； i n t b 8 ； i n t i j ； c u r r m b - q p = i m g - q p ； f o r ( i = o ；i 2 ；i + + ) f o r ( j - - o j c b p & ( 1 4 ) & 1 ) r e a d c h r o m a c o e f f _ b 8 ( 4 ，i m g ) ；读色度u 系数 i f ( ( c u r r m b - c b p 4 ) & 2 ) r e a d c h r o m a c o e f f _ b 8 ( 5 , i m g ) ；读色度v 系数 ) ( 8 ) l u m ar e c o n s t r u c t ：亮度分量重构 ( 9 ) r e a dm o t i o nv e c t o rd i f f - 读宏块的运动矢量残差数据 ( 1 0 ) p r e dm o t i o nv e c t o r ：计算宏块的运动矢量 4 4 核心模块的实现 核心模块的实现部分，主要从三个模块入手分析、展现： 帧内预测模块和帧间预测模块。 4 4 一g e t 一o n e l l n it 模块的实现 g e to n eu n i t 模块的作用主要是查找起始码和去除伪起始码，并且处理相关的 解码语法元素。起始码和伪起始码都是字节对齐的，解码时首先检查起始码，如 果马上找到了起始码则看看起始码后面的字节类型，若没有找到则从下一个字节 重新找起，直到找到它。两个起始码中间是r b s p 层的数据，这些数据中有伪起 4 1 电子科技大学硕士学位论文 始码。所谓的伪起始码是指部分语法元素取特定值时得到的与起始码前缀相同的 比特串。计算“前缀 0 的个数时使用一次读取多个字节的方法，然后调整字节顺 序后使用汇编指令判断“前缀 0 的个数。 关于g e t o n e u n i t 模块在实现时首先调用函数n e x t s t a r t c o d e ( i n p u t s t r e a m 宰p ) 在文件数据中查找起始码，然后读取数据，在读数据的过程中，还要除去伪起始 码。去除伪起始码的工作是由函数：r 豇n o v e _ f a k e _ s t a r t _ c o d e ( i n p u t s t r e a m * p , u n s i g n e dc h a r * b u e m t p o s ) 实现的。之后，当遇见另外一个起始码时，就返回， 从而由压缩文件中读出一个单元，这个单元为两个起始码之间的数据。代码实现 框架如下： i n tg e t _ o n e u n i t ( f i l e * p f , u n s i g n e dc h a r * b u f , i n t 宰l e n g t h ) h a t i j ，】( ； i = n e x t s t a r t c o d e ( p i r a b s ) ； i 砸! = o ) i f ( i - - 一- 1 ) p 血t f ( ”n a r r i v ea ts t r e a me n d a n ds t a r tc o d ei sn o tf o u n d f i n ”) ； i f ( i 一- 2 ) p r i n t f ( ”k n p - i b y t e p o s i t i o ne r r o r ! ”) ； e x i t ( i ) ； b u r o = 0 ； b u l l 】= 0 ； b u l l 2 】= 1 ； i _ r e a dnb i t ( p i r a b s ，8 ，& j ) ； b u f t 3 = ( u n s i g n e dc h a r ) j ； i f m u f 【3 】= = s e q u e n c e j ! n 【l c o d e ) l e n g t h = 4 ； r 反1 1 1 i 1 - 1 ； ) k = 4 ； r e m o v ef a k e _ s t a r t _ e o d e ( p l r a b s , b u f , & k ) ； i f ( p l r a b s 一 i c l e a r b i t s n u m 0 ) 4 2 第四章实时a v s 视频解码系统的d s p 实现与仿真 i n ts h i f t ； s h i f t = 8 - p l r a b s - i c l e a r b i t s n u m ； i = r e a dnb i t ( p i r a b s ，p l r a b s - i c l e a r b i t s n u m , & j ) ； b 1 珥k + + 】= ( u n s i g n e dc h a r ) t j 1 6 ) 。 帧内预测的基本步骤为： 首先，在进行预测之前，需要检查各个参考点所对应的块。看这些块是否存 在而且己解码。 第二，若块存在而且已解码。把对应的点标识为“可用 ，否则标识为“不可 用 。 第三，当预测模式需要使用的参考点为“不可用是，此预测模式不能使用。 第四，根据具体的预测模式值，采用特定的样本计算方法。计算参考样本， 得出最终的样本值。 1 帧内预测参考样本的获得 a v s 帧内预测时，选择左边和上边块做为参考样本。即r 【i 】和c i ( i _ o 1 6 ) ， 如图4 - 3 所示，其中r 0 】：c 【o 】。假设当前块所属的样本矩阵为i ，i 代表亮度或色度。 当前块的左上角的坐标为( x 0 ，y 0 ) 。下面根据坐标值是否可用来判断块是否可以作 为参考样本。 2 亮度块帧内预测 a v s 的亮度帧内预测共有5 中预测方向( 预测模式，如图4 3 所示) ，分别为 d c 模式，垂直模式，水平模式、下左模式和下右模式。参考样本选择当前块的左 4 3 电子科技大学硕士学位论文 边块、左下块、上边块和上右块。经过采样处理后，根据当前块的预测模式计算 出当前块样本，图4 - 4 显示了8 x 8 亮度帧内预测的流程图【捌。 r - - - 图4 3 a v s 帧内预测模式 图4 48 8 亮度块帧内预测 第四章实时a v s 视频解码系统的d s p 实现与仿真 预测模式的分类和具体实现如下。 ( 1 ) 均值预测i n t r a8 x 8d c 模式：预测模式变量值为“0 ； ( 2 ) 垂直预测i n t r a8 x 8v e r t i c a l 模式：预测模式变量值为“l 一； ( 3 ) 水平预测i n t r a8 x 8h o r i z o n t a l 模式：预测模式变量为“2 ； ( 4 ) 右下角预测i n t r a8 x 8d o w n - r i g h t 模式：预测模式变量值等于“3 ； ( 5 ) 左下角预测i n t r a8 x 8d o w nl e f t 模式：预测模式变量值等于“4 。 下面将帧内亮度预测的部分代码实现分析如下： i n ti n t r a _ l u m a _ p r e d ( s t m c ti m g _ p a r 掌i m g , i n tb l o c k _ n u m ) p r e d m o d e 2 j m g - i p r e d m o d e i m g _ x ( 2 宰b l o c k _ s i z e ) + 1 i m g _ _ y ( 2 木b l o c k _ s i z e ) + l 】； 选择参考样本 c h e c kb l o c ku p 参考样本选择当前块的上边块。 b l o c k a v a l a b l e _ u p = ( b 8 _ y - 1 = o & & i m g - i p r e d m o d e 1 + b 8 】【l + b 8 _ y - 1 】 _ 0 ) ； c h e c kb l o c ku pr i g h t 参考样本选择当前块的上右块。 b l o c k _ _ a v a i l a b l e _ _ u p _ r i g h t - - - ( b 8 j + 1 w i d t h 3