基于TMS320DM6446的H.264编码器的设计与优化

搜索环节。优化后的菱形算法流程如图3所示。

图3 优化算法流程图

2 对DSP数据搬移的优化
视频编码需要处理较大的数据量，如一帧CIF格式的YUV数据约有150K，而H.264除了要存储当前帧的信息外还必须存储重建帧和参考帧的信息，为此必须使用DM6446的片外存储器，即DDR。但是DSP的CPU对不同存储器的访问速度是不一样的，访问速度最快的是离DSP核最近的L1P和L1D，其次是二级缓存L2，访问速度最慢的是DSP的片外存储器。DSP对不同存储器的访问速度相差数倍。为了提高编码器的运行效率，节省DSP核对各个模块访问所消耗的时钟周期，需要启用DSP的DMA作为数据在两个存储器之间的传输通路。DMA的特点是可以在不需要CPU干预的情况下，在后台执行数据的高速传输，能够有效减轻CPU的负荷。

C64x+在外部存储器与内部存储器之间的数据传递可以通过增强型DMA（EDMA）实现。EDMA传输的发起方式有3种，包括手动触发方式、外设事件发起方式及QDMA模式。在编码算法中，每处理完一组宏块就要向CPU提出DMA传输申请，因此采用QDMA模式的传输发起方式更适用于编码算法。

DSP核对两级内部存储器L1和L2的访问速度也不同，如果将外部存储器的数据直接通过EDMA传入L1D和L1P，这样的传输方式虽然较快，但需要分配比较大的L1 SRAM，这意味着L1的Cache就会变小，过小的L1 Cache会影响L2和外部内存中的代码和数据的效率。出于上述考虑，可以将L2作为L1与外部存储器之间的数据过渡区。L1和L2之间的数据传递采用C64x+新引入的IDMA，其原理跟EDMA相似，实现两个内部存储器的高速数据传递。

为了使EDMA可以不间断的实现数据的搬移，本设计采用了二级乒乓传输的方式，首先在L1 SRAM和L2 SRAM中开辟两个缓冲区，CPU在处理一个当前宏块组数据之前先处理EDMA和IDMA的传输申请，当CPU编码完一个宏块组时，IDMA已将数据搬移至离核最近的L1缓冲区，当CPU继续处理下一个宏块组前再次处理EDMA和IDMA的传输申请。如此以乒乓传递的方式搬移数据可以保证CPU处理数据时最短的等待时间。

优化结果及分析
表2为优化前后的H.264编码器对3个测试序列在DM6446上编码后的结果比较。在表2中，优化后的帧频率比优化前有了较大幅度的提高，这是由于对编码器的运动估计模块进行优化后，有效减少了这一模块所消耗的时钟周期。而对DSP数据搬移方式的优化，减少了DSP核等待数据搬入所消耗的时钟周期。表2中，PSNR的值在优化前后并没有明显变化，说明优化后编码质量未受大的影响。