解析H．264视频编解码DSP实现与优化

时。编码器从几个参考帧中选择一个效果最好的参考帧，编码器（encoder）是将信号（如比特流）或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。 编码器把角位移或直线位移转换成电信号，前者成为码盘，后者称码尺。按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种。接触式采用电刷输出，一电刷接触导电区或绝缘区来表示代码的状态是"1"还是"0";非接触式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件时以透光区和不透光区来表示代码的状态是"1"还是"0",通过"1"和"0"的二进制编码来将采集来的物理信号转换为机器码可读取的电信号用以通讯、传输和储存。达到最佳的预测效果，参考帧图像甚至可以是采用双向预测编码方式的图像，大幅度降低了预测误差。另

　　因此，多参考帧预测对周期性运动和背景切换能够提供更好的预测效果。

　　1.4 消除块效厘适应性滤波器

　　基于分块处理的变换编码算法，忽略了物体边缘的连续性，在低码率情况下，容易出现方块效应。为消除在预测和变换过程中引入的块效应，H.264对此采用了消除块效应适应性滤波器，对宏块边缘进行平滑，有效改进图像的主观质量。但与以往标准不同的是，H.264的消除块效应滤波器位于运动估计循环内部，可以利用消除块效应以后的图像去预测其他图像的运动，即滤波后宏块用于运动估计，以产生更小的帧差进行编码，进一步提高预测精度。

　　1.5 增强的熵编码

　　以往标准的熵编码采用变长的哈夫曼编码，码表统一，不能适应变换多端的视频内容，影响编码效率。根据视频内容的不同，H.264利用较短的码字来代表出现，高频率的符号，可进一步去除码流中的冗余，提供两种熵编码，即上下文自适应二进制算术编码（CABAC）和基于内容的自适应可变长编码（CAVLC），CABAC的编码效率更高，也更复杂，在相同图像质量下，使用CABAC编码电视信号可降低10%左右（10%~15%）的码率，后者具有较强抗误码能力。

　　2 H.264的视频编解码的DSP平台实现

　　在数字图像处理中，要完成大量的数字信号处理工作，特别是对于H.264这样的新一代视频压缩编码标准。就其Baseline而言，其解码复杂度是同等情况下H.263的2倍，而编码复杂度更是H.263的3倍，解决这种高运算量问题，很大程度上依赖于高速DSP技术，而且采用半导体制造工艺生产的DSP处理器可以有更低的功耗。

　　TI公司生产的DM64X系列芯片具有超高主频、很强的并行处理能力和信号处理功能，是实现H.264编解码的理想平台。

　　TI公司生产的642系列是一款专门面向多媒体应用的专用DSP,该DSP时钟频率高达600 MHz,8个并行运算单元，处理能力达4 800 MIPS.它是在C64X的基础上，增加了很多外围设备和接口。可见，DM642是一个强大的多媒体处理器，是构成多媒体通信系统的良好平台。

　　该系统主要是为了对模拟视频图像（PAL制式）进行采集，之后对其进行压缩，然后把压缩后的数据通过扩频的方式发送到接收端，在接收端接收码流后由DSP进行解压缩，之后再由DSP负责图像的显示，存储等。所以总体设计方案必须包括视频的输入/输出、网络等接口。设计图如图2所示。

　　在发送端，视频输出由视频A/D芯片先转换为数字视频信号，然后输入到DM642的视频端口2,由DM642进行图像采集，并把图像数据送入SDRAM中，同时DM642对视频图像进行实时压缩，并把压缩后的数据通过McBSP发送到信道编码部分，完成发送端的工作。在接收端，接收由信道译码部分送来的压缩图像数据，然后由DM642完成图像的实时解压，并把解压后的数据送到SDRAM中，然后把解压后的图像数据送人视频端口0,再由视频端口0把数据送入视频D/A,完成视频的实时显示。图2中音频/视频接口作为扩展，10/100Mb/s的以太网卡以及USB控制器外设主要是为了方便接收端直接把数字视频信号传送到计算机或者终端各处，供电及复位电路完成对电路板的供电及复位功能。

　　3 H.264的视频编解码的DSP优化

将H.264编码器移植到DM642图像处理平台上，由于H.264的核心算法不仅在代码结构上需要改进，而且在具体的核心算法上也需要做较大的改动，因此整个系统的编码速度非常令人不满意，达不到实时应用的要求，因此需要从各个方面对该系统进行优化，将编码的时间减少下去。首先去除了编码器中的冗余代码，然后优化工作分三步：在PC机上实现H.264算法并进行优化；PC机H.264代码的DSP化，可以在DSP上实现H.264的编解码算法，但是，这样实现的算法运行效率很低，因为所有的代码都是由C语言编写，并没有完全利用DSP的各种性能，所以必须结合DSP本身的特点，对其进一步优化，才能实现H.264视频解码器算法对视频图