基于AVS-M和DM642视频服务器的研究

图3模块的局部数据结构

表1 编码器存储空间的分配


其中整像素运动估计参考缓冲区包括亮度和色度。因为参考帧有两个，整像素运动估计参考缓冲区也有两个。分像素运动估计参考缓冲区也是两个：一个用来调入SKIP编码模式的预测值，一个用来做分像素运动估计。

3.3 CPU与DMA并行性设计

I帧编码可以说是P帧编码的特例，如果P帧中不用运动估计的话，则与I帧编码流程相同。因此下面对于CPU与DMA的并行性的讨论只针对P帧。

我们要解决的问题是CPU什么时候发QDMA请求，命令DMA控制器将需要的数据调入内存中。而且这种调度方式要保证CPU发命令之后可以进行其它的计算，等CPU需要这些数据的时候，DMA已经将其调入内存中了。

为了解决这个问题需要了解编码器各个模块的运行时间，以及DMA调度数据到内存所需要的时间。通过在DM642上运行优化过的程序，一个参考帧情况下测得各部分占程序运行时间的比例大致如表2所示：

表2 程序各部分运行时间所占比例
                                   

图4中由CPU指向DMA的箭头表示启动QDMA传输。每个DMA传输所用的时间相对于程序运行的时间比例是：传输原始像素占1%，传输SKIP和分像素运动估计参考区各占3%，传输整像素亮度和色度参考区共15%，传输环路滤波结果5%。整个DMA传输的时间大概占CPU计算时间的30%。通过这些数据可以看出，按照图4进行安排可以达到上面所述目标。

图4 CPU与DMA并行工作

只依靠上面这些方法进行优化，视频压缩还不能达到实时要求，还需要进行算法级优化，以及对编码器中各个模块进行程序代码级的优化。常通过采用内联函数、软件流水、线性汇编优化等方法，以及合理使用针对视频处理而设计的特殊指令集，充分利用DM642内部的并行计算单元，提高了程序的运行速度。由于篇幅有限，对这些优化方法本文不再重点论述。

4. 结论

结合AVS-M视频压缩处理流程的特点，本文完成了一个基于DM642平台的编码器的设计与实现。通过对编码流程的合理安排使得CPU能与DMA控制器并行工作，CPU不用等待数据，需要的数据已经被DMA调到内存中。实验表明通过系统级优化、程序级优化、汇编级优化、算法级优化等优化之后，基于这款视频服务器（实物图见图5），能达到2路CIF352x288格式实时视频压缩，以及音频实时编码、解码处理，且图像主观效果及音频效果良好。

本文创新点是：把具有自主知识产权的数字音视频编解码技术标准第七部分（AVS-M）应用于视频服务器的视频压缩，目前市场上还没有采用此压缩标准的产品，此产品具有极高得性价比，采用此压缩标准还可以避免产品产业化之后知识产权之争，具有很好的应用前景。

图5 IMlab6421视频服务器实物图