二维DCT编码的DSP实现与优化

4DSP实现与优化

　　无论是C语言还是汇编语言，程序流程均分为初始化、行变换、列变换和移位输出四个步骤。行、列变换具有相似性，如果对行变换的结果矩阵转置，则列变换程序跟行变换一样。对于汇编而言，初始化部分主要初始化FP指针以指向前一函数地址，初始化数据和指针寄存器以保存返回数据等。由于DCT行变和列变换过程相似，且列变换是在行变换操作的基础上进行的。则可利用多种索引寻址寄存器的灵活组合，把行变换结果直接以转置方式存储而不增加实际的存储时间，这样行列变换可使用同一代码循环两次实现，减小了实际代码大小。图2一维 DCT变换的流程图。

　　由于DSP的小数乘法指令是先经过乘法运算后自动调整的，其运算时间比起整数运算要费时。因此，采用先倍乘CONST_SCALE，然后整数运算的方式来节省运算时间。运算的结果需要除以系数CONST_SCALE，这在程序运行时多带来了两次乘法，可以使用左右移位来实现。由于右移位同时会带来移位误差，因此在程序中使用了可选择舍入运算方式。

　　为了达到更好的精度，在行变换时倍乘后再相加。这可使用Blackfin带有预加/减比例的加法指令在一个指令周期内实现。

　　程序简化行列变换的代码如下：

　　B0 = R0;

　　B3 = R1;

　　B2 = R2; …

　　LSETUP （DCT_START, DCT_END） LC0 = P0;

　　DCT_START:…

　　LSETUP（ROW_START,ROW_END）LC1=P2;

　　ROW_START: …

　　ROW_END:…

　　B1 = B0;

　　B0 = B2;

　　DCT_END:B2 = B1;

　　程序初始时，R0指向输入矩阵，R2指向中间矩阵，内层循环是行变换过程，该过程结束时，中间矩阵存储着行变换结果的转置。通过B0和B2的指针交换，把中间矩阵当作输入进行行变换，这样，把原输入矩阵变成了输出矩阵，并且矩阵中各元素位置不变。

　　比较式（1）和（3）发现，二维DCT 变换时结果为两次无理数sqrt（8）相乘，产生了有理项，因此，在程序里首先多乘一次sqrt（8），然后在两次DCT 变换结束以后，使用右移3位以达到正常输出。

　　 图2 1维行DCT变换流程图

　　为了评估优化后的效果，在ADSP-BF533 EZLITE平台和VisualDSP4.5环境下，当BF533

　　工作在核心频率594MHZ时，对一源图像点阵灰度数据进行DCT处理。该灰度图像为一个8×8的数组A[6]，对A进行二维 DCT 调用，实际运行结果为：C语言代码为392 bytes，执行时间为3.806397 μs；汇编语言代码为248 bytes，执行时间为1.085859μs。显然，与以C语言为主的二维DCT编码相比，用汇编语言实现的二维DCT编码在代码大小、代码执行时间上均得到了很大改善。

　　5　结论

　　本文创新之处在于能根据ADSP-BF533的结构和指令特点及视频信号压缩的实时性要求，使用汇编语言对视频信号进行了二维DCT编码及优化。实验证明：在ADSP-BF533硬件平台和VisualDSP4.5环境下，当 CPU运行在594MHZ时，使用汇编语言实现的DCT变换比C语言实现的DCT变换执行时间减小71.4％，代码空间减小近30％。以标准CIF 测试序列为例，压缩一张352×288的图片能减少4.31ms，可见优化效果显着。