一种处理器的视频编码器平台的探讨

　　1 硬件平台

　　1.1 ADSP-BF561处理器

　　ADSP-BF561 的推出使Analog Devices公司的Blackfin处理器系列得到了进一步的扩充，这款器件具有由两个Blackfin处理器内核构成的对称多处理结构。相比ADSP-BF533，ADSP-BF561可提供两倍的信号处理性能、两倍的片上处理器以及显着提高的数据带宽能力。ADSP-BF561 与ADSP-BF533完全代码兼容，并利用架构的动态电源管理能力而继续保持了非常低的功耗。

　　Blackfin561是Blackfin系列中的一款高性能定点DSP视频处理芯片。ADSP-BF561 集成了两个工作频率均高达756MHz的Blackfin处理器内核（ADI公司还提供了低成本的500MHz和600MHz版本）和2.6Mbytes的片上SRAM存储器。ADSP-BF561 片上存储器被分配于每个内核的专用、高速L1存储器和一个128KBytes大容量共享L2存储器之间。32位外部端口和双16通道DMA控制器提供了极高的数据带宽。ADSP-BF561 片上外设包括两个并行外设接口（均支持ITU-R 656视频格式化）和支持I2S格式的高速串行端口。ADSP-BF561 专门针对各种消费类多媒体应用进行了优化。

　　1.2 基于ADSP-BF561的视频编码器平台

　　此评估板包括1块ADSP-BF561处理器、32MBSDRAM和4MBFlash，板中的AD-V1836音频编解码器可外接4输入／6输出音频接口，而ADV7183视频解码器和ADV7171视频编码器则可外接3输入／3输出视频接口此外，该评估板还包括1个UART接口、1个USB调试接口和1个JTAG调试接口。摄像头输入的模拟视频信号经视频芯片ADV7183A转化为数字信号，此信号从Blackfin561的PPI1（并行外部接口）进入Blackfin561芯片进行压缩，压缩后的码流则经ADV7179转换后从ADSP-BF561的PPI2口输出。此系统可通过Flash加载程序，并支持串口及网络传输。编码过程中的原始图像、参考帧等数据可存储在SDRAM中。

　　2 H.264视频压缩编码算法的主要特点

　　H.264压缩算法和以太网（IP）接口，可实现1路单向数字视频、2路双向高保真音频、1～2路双向异步数据在以太网上高质量传输。视频编解码标准主要包括两个系列：一个是MPEG系列，一个是H.26X系列。其中MPEG系列标准由ISO／IEC组织制定，H.26X系列标准由ITU-T制定。

　　H.264视频压缩算法采用与H.263和MPEG-4类似的、基于块的混和编码方法，它采用帧内编码（Intra）和帧间编码（Inter）两种编码模式。与以往的编码标准相比，为了提高编码效率、压缩比和图像质量，H.264采用了以下全新的编码技术：

　　（1）H.264按功能将视频编码系统分为视频编码层（VCL，VideoCodingLayer）和网络抽象层（NAL，NetworkAbstractionLayer）两个层次。其中VCL用于完成对视频序列的高效压缩，NAL则用于规范视频数据的格式，主要提供头部信息以适合各种媒体的传输和存储。

　　（2）先进的帧内预测，它对含有较多空域细节信息的宏块采用4×4预测，而对于较平坦的区域则采用16×16的预测模式，前者有9种预测方法，后者有4种预测方法。

　　（3）帧间预测采用更多的块划分种类，标准中定义了7种不同尺寸和形状的宏块分割和子宏块分割。由于采用更小的块和自适应编码方式，故可使得预测残差的数据量减少，从而进一步降低了码率。

　　（4）1/4 采样精度运动补偿：以前的标准最多 1/2 精度运动补偿，首次 1/4 采样精度运动 补偿出现在 MPEG-4 第二部分高级类部分，但 H.264/AVC 大大减少了内插处理的复杂度。

　　（5） 改善“跳过”和“直接”运动推测：在以前的标准中，预测编码图像的“跳过”区 不能有运动。当编码有全局运动的图像时，该限制有害。H.264/AVC 对“跳过”区的 运动采用推测方法。对双预测的 B 帧图像，采用高级运动预测方法，称为“直接”运动补 偿，进一步改善编码效率。

　　（6）整数变换（DCT／IDCT）。对残差图像的4×4整数变换技术，采用定点运算来代替以往DCT变换中的浮点运算。以降低编码时间，同时也更适合到硬件平台的移植。

　　（7）H.264／AVC支持两种熵编码方法，即CAVLC（基于上下文的自适应可变长编码）和CABAC（基于上下文的自适应算术编码）。其中CAVLC的抗差错能力比较高，但编码效率比CABAC低；而CABAC的编码效率高，但需要的计算量和存储容量更大。

　　（8）多参考图像运动补偿：在 MPEG-4及以前的标准中，P 帧只使用一帧，B 帧只使用 两帧图像进行预测。H.264/AVC 使用高级图像选择技术，可以用以前已编码过且保留在缓 冲区的大量的图像进行预测，大大提高了编码效率。

　　H.264的这些新技术使运动图像压缩技术向前迈进了一大步，它具有优于MPEG-4和H.263的压缩性能，可应用于因特网、数字视频、DVD及电视广播等高性能视频压缩领域。

3 H.264视频编码算法的