摘要：結(jié)合開(kāi)發(fā)工具TMS320C6201EVM板的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，闡述了在實(shí)現(xiàn)MPEG-4實(shí)時(shí)視頻編碼中，對(duì)算法的軟件優(yōu)化所做的工作。

    關(guān)鍵詞：TMS320C6201 MPEG-4 優(yōu)化 并行處理

TMS320C6201芯片是TI公司新推出的并行處理的數(shù)字信號(hào)處理器。它的最高處理能力高達(dá)1600MIPS，即16億萬(wàn)次每秒定點(diǎn)運(yùn)算，是目前市場(chǎng)上所有的DSP芯片中速度較快、處理功能較強(qiáng)的DSP處理器。其應(yīng)用前景十分廣泛。本文利用C6201開(kāi)發(fā)工具EVM（模擬評(píng)估）板，用軟件實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)MPEG-4編碼。詳細(xì)探討了MPEG-4視頻編碼中的關(guān)鍵模塊，并針對(duì)TMS320C6000的物理指令結(jié)構(gòu)，對(duì)軟件優(yōu)化的特殊處理做了較深入的研究。

1 開(kāi)發(fā)工具的介紹

筆者采用的評(píng)估工具是TI公司的C6XEVM[2]。它的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

C6XEVM除核心DSP之外，還提供了如下工具：一個(gè)64K×32bit、133MHz的z同步脈沖靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（SBSRAM）；兩個(gè)1M×32bit、100MHz的同步動(dòng)態(tài)RAM（SDRAM）；內(nèi)含基于PCI或外部XDS510支持的JTAG仿真；支持采樣速率為5.5kHz～48kHz的立體聲16位音頻邊界碼；1.8V/2.5V直流電壓3.3V直流電單板轉(zhuǎn)換電壓調(diào)整器；模擬5V直流電壓的單板線電壓調(diào)整器；3個(gè)LED指示器（電壓，2個(gè)自定義指示）等。

SBSRAM映射到DSP的CE0存儲(chǔ)空間，把它用于程序自舉。通常SBSRAM都工作在133MHz。當(dāng)采用全速接口時(shí)，CPU時(shí)鐘就等于SBSRAM的時(shí)鐘；當(dāng)采用半速接口時(shí)，SBSRAM的速度是CPU時(shí)鐘速度的一半。

EVM提供的兩個(gè)1M×32bit的字存儲(chǔ)區(qū)間的SDRAM，每一個(gè)存儲(chǔ)空間包含兩512×2banks×16位的器件。它們映射到DSP的CE2和CE3存儲(chǔ)空間，每一個(gè)空間使用16Mbit的地址空間。SDRAM通常是CPU時(shí)鐘速度的一半。

EVM提供的異步存儲(chǔ)連接器允許給子板附加一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)間或者存儲(chǔ)映射區(qū)間。擴(kuò)展存儲(chǔ)的界面被映射到DSP的4M異步CE1存儲(chǔ)空間的低3M空間。CE1中擴(kuò)展空間的地址從0x100000～12FFFFF，在MAP0和MAP1方式下為0x1400000～16FFFFF，CE1的最上面的1M字節(jié)可分配給板上外圍。CE1存儲(chǔ)空間的這種分配方式容許了板上器件和擴(kuò)展器件的共存。

2 MPEG-4視頻編碼

MPEG-4編碼是基于VOP的編碼[3]。所謂VOP是指視頻目標(biāo)平面，即視頻對(duì)象VO在某一時(shí)間的存在。VOP編碼器的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

編碼器主要由兩部分組成：一是形狀編碼器；另一個(gè)是傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)估計(jì)和補(bǔ)償及紋理VOP編碼器。VOP可采用幀內(nèi)編碼（Intera-VOP，簡(jiǎn)稱I-VOP）和幀間預(yù)測(cè)編碼（Inter-VOP）。幀間預(yù)測(cè)編碼又可以分為前向因果預(yù)測(cè)編碼（P-VOP）和前后向非因果編碼（B-VOP）。幀間預(yù)測(cè)編碼消除了視頻信息的時(shí)間冗余。對(duì)于VOP的編碼，首先將各個(gè)VOP從上到下分成16×16大小的宏塊（MB）。具體的形狀、運(yùn)動(dòng)和紋理編碼基于MB進(jìn)行，所以一個(gè)MB的信息是形狀、運(yùn)動(dòng)、紋理（Shape-Motion-Texture）的總和。進(jìn)行MB編碼時(shí)，再把它分成4個(gè)8×8塊（Block）的亮度Y分量，和2個(gè)8×8塊的色度Cr和Cb分量分別進(jìn)行編碼。然后對(duì)6個(gè)Block分別進(jìn)行8×8DCT二維變換、量化和Huffman編碼。

進(jìn)行測(cè)試使用的圖像是QCIF格式（176×144象素），圖像數(shù)據(jù)從主機(jī)讀入。通過(guò)CCS測(cè)得其各個(gè)模塊所消耗的時(shí)間周期比率如下：

其各個(gè)部分占總運(yùn)算量的比例分別為：

分析顯示，運(yùn)動(dòng)估計(jì)和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償模塊及紋理編碼模塊是MPEG-4實(shí)現(xiàn)的最主要的瓶頸。所以在程序優(yōu)化上所做的工作主要是基于這兩個(gè)模塊進(jìn)行。