TMS320C6201在MPEG-4视频解码器中的应用

　　3 用TMS320C6201实现MPEG-4 SVP解码
　　3.1 MPEG-4视频解码原理
　　MPEG-4的一个VOP的解码过程如图1所示，解码器用这一过程从编码位流中恢复视频对象。不难看出，解码器主要由形状解码器、运动解码器和纹理解码器3部分组成。
　　3.2 程序流程
　　整个程序采用模块化设计，以优化C语言编程为主。限于篇幅，仅列出主程序流程（如图2所示）和MB解码流程（如图3所示）。 主程序在初始化后，首先从码流中解出VOL和VOP的头，然后根据这些头信息以宏块为单位进行解码。MB解码单独做成函数，也是首先解出头信息，据此判断出宏块类型：帧内MB、帧间MB或帧间4VMB。帧内MB解码是以1块为单位作纹理解码，解出的纹理值在block[6][64]中，最后存入解码后宏块行缓存区内；2种帧间MB解码相同部分都是先解出运动矢量MV，根据MV进行运动补偿得到预测值存入解码后宏块行缓存区，再以块为单位进行纹理解码，解出残差值存入block[6][64]中，最后将block[6][64]加入到解码后宏块门缓存区中得到最后结果。不同的是，在解码MV时intraMB解出1个MV；而inter4VMB解出4个MV。因此，运动补偿时，一个按宏块做，一个按块做。另外还有一种情况，就是P-VOP中的MB没有被编码（not_coded=1），码流中没有此宏块的数据，应该MV=0、DCT系数全为0处理，即从前一帧同样位置处找到参考块作为当前宏块的结果。
　　3.3 存储器分配
　　MPEG-4 SVP解码器是在EVM板上编程实现的。由于TMS320C6201 DSP片内数据存储空量只有64KB，而图像处理的数据量非常大，因此，合理有效地分析存储空间是解码设计中的关键问题。内部64KB存储空间内开辟了一些空间用于暂存解码中常用的一些信息，具体设置如表1所列。 表1 内部数据存储器空间分配 全局变量所占空间/B 变长解码（VLD）表 4906 Zig-Zag扫 192 VOL、VOP和MB的头信息 108 DC/AC预测和MB模式 5560 MV预测 9504 量化步长 396 解码输出缓存区（1个宏块行） 8448 输入的压缩码流缓存区 10K 合 计 38.3K 输入的压缩码流和解码后的视频输出都存储在片外。输入的压缩码流在程序开始前由PC机传输到EVM板的外部存储器中保存，解码时分批将数据通过DMA方式复制到片内。片内设置1个压缩码流缓存区。解码后的视频序列存放在外部存储器中，在内部缓存1个宏块行，每解完1个宏块行后，就用DMA传输到外部存储器中。
　　3.4 程序优化
　　（1）软件开发流程及开发工具 整个程序的编写和调试按照C6000软件开发流程进行，流程分为：产生C代码、优化C代码和编写线性汇编程序3个阶段。使用的开发工具是TI的集成开发环境CCS（Code Composer Studio）。在CCS下，可以对软件进行编辑、编译、调试、代码性能测试（profile）等所有工作。
　　（2）程序优化措施 为使程序优化，采取如下措施： ①为编写出优化的C程序，在编程时尽量按照C6000环境下支持的优化C的方法进行编程，这样有助于C编译器产生高效的汇编代码。 ②使用TI提供的库函数，大大提高了编程效率。 ③使用DMA传数，提高了CPU的效率。 在解码程序中用DMA方式实现了下列数据的传输： *码流输入--码流从片外存储器传输到片内； *解码后的结果输出--解码完一宏块行后，将结果从片内传输到片外保存； *顶部和低部的填充； *运动补偿时，将在片外找到的参考块传输到片内。
　　（3）采用线性汇编对某些程序段做进一步优化。 为了提高代码性能，对影响应用程序的代码可以用线性汇编重新编写。 3.5 MPEG-4 SVP解码器的特性及测试结果 按照上述思路所实现的MPEG-4 SVP视频解码器完全符合MPEG-4的SVP规范，其特点如表2所列。输入图像分辨率可为QCIF或CIF，输入比特率为64Kbps、128Kbps和384Kbps，输出图像格式为4：2：0YUV，最大解码速率为30帧/s。 表2 MPEG-4 SVP视频解码器特性表 压缩标准 MPEG-4SVP 输入图像分辨率 QCIF（176%26;#215;144），CIF（352%26;#215;288） 像素精度 8bit/pixel 扫描格式逐行扫描 输入比特率/Kbps 64，128，384 最大解码帧率最高30帧/s 输出图像格式 4：2：0 YUV 在解码软件是在EVM板上调试通过的，解码时间可在CCS环境下测得。对于不同的图像解码所用的时间是有差异的。笔者对多种情况的码流进行了测试，在1秒内都能解出25～30帧，甚至更多帧从而实现了实时解码。
　　结束语
　　笔者在研究了MPEG-4的视频编解码算法之后，成功地在TMS320C6201 EVM板上编程实现子MPEG-4 SVP的实时解码，为最终设计出独立的MPEG-4解码器打下了基础。此解码器可以嵌入到某些移动终端中，用于解码VPEG-4码流，如PDA、机顶盒和住宅网关等；还可以与相应的编码器配套用于远程监控中。