1 引言

　　H.264 是在ITU-T和ISO/IEC等組織先前制定的編碼標準的基礎上提出的，它與現今國際上大多數的視頻壓縮標準一樣，例如H.264、H.263、 MPEG-2、MPEG-4都是采用基于塊的離散余弦變換與量化相結合的混合編碼技術?；诜謮K的離散余弦變換具有壓縮率高，計算復雜度低。易于實現等優點。H.264具有以下特點：比H.263+和MPEG-4(SP)減小50%碼率;對信道時延的適應性較強;提高差錯恢復能力;復雜度可分級設計，以適應不同復雜度的應用;引入先進技術，包括4×4整數變換、空域內的幀內預測、1/4像素精度的運動估計新技術帶來較高的編碼比，同時大大提高算法的復雜度。因此，H.264技術已廣泛應用于高清視頻的編解碼設備。

　　視頻解碼算法的熵解碼、反量化、反變換、幀內預測、幀間亮度插值、幀間色度插值以及去方塊濾波等稱為核心模塊，減少這些核心模塊的等待時間對加快解碼器的工作具有重要意義。本文在DSP-BF533平臺上，利用軟件流水的思想，針對軟件模塊間協同工作提出一種新型的優化設計方案。

　　2 H.264解碼器原理

　　H.264編碼器結構系統由以下幾部分組成：網絡數據提取層(NAL)、VAL緩存器、熵解碼、反掃描反量化反變換、幀間預測、幀內預測、圖像參考幀緩存器、去方塊濾波，如圖1所示。首先從碼流中獲取NAL單元數據，通過RBSP解析出序列參數集、圖像參數集和圖像數據。把數據和參數存儲在VCL緩存器中，然后再在視頻編碼層(VCL Table)中熵解碼。熵解碼模塊(VLD)解析所有參數和參考圖像索引等，提供各種控制信息和殘差數據。通過反量化反變化先將一維數據轉換成二維數組或矩陣，再通過逆掃描過程將變換系數量化值序列映射到對應坐標，主要有逆zig_zag掃描和逆場掃描兩種模式。之后讀取數據讀取并進行判斷、幀內預測和幀間預測，再綜合所有預測和反變換反量化的數據，最后進行方塊濾波，這樣能夠大大減輕因預測、量化而產生的塊效應，從而獲得更好的主觀圖像質量和客觀性能。同時還可選取已恢復的圖像作為后續處理圖像的參考幀。

　　3 DSP-BF533的解碼器設計與優化

　　3.1 解碼器軟件設計框圖

　　根據DSP-BF533的內含存儲器控制器(DMA)的特點，設計一個整合DMA的解碼流程，如圖2所示。把兩個與DMA有關的步驟添加到普通解碼器中，步驟1是從片外存儲器中讀取數據;步驟2是將已處理好的數據輸出到片外存儲器。

　　從圖2中可看到具體流程：①對下一個宏塊進行頂部數據分割，分割出殘差數據之前的數據。同時為解碼提供幀內預測、參考圖像索引和向量;②啟動DMA讀取分割出來的數據，其中也要讀入解碼參考圖像索引和向量;③對圖像數據進行幀內預測;④利用底部分割讀入的映射數據，進行反變換和反量化;⑤通過濾波重建圖像;⑥通過DMA把圖像數據輸出到片外和片內存儲器;⑦對下一個宏塊進行底部數據分割，然后取出映射數據供下一個宏塊解碼使用嘲。

　　為了避免DSP內核等待DMA讀人數據，把解碼數據預先從宏塊中分割成頂部數據和底部數據，頂部數據包括殘差數據之前的數據，剩下的數據就是底部數據。如果有P 幀到來時數據已事先分割，然后DMA啟動。當DSP內核在解碼當前宏塊時，DMA讀入下一個宏塊。如果在當前宏塊參考數據需要利用時，此數據解碼完成后還可通過DMA輸入到片內存儲器。因為當前宏塊頂部數據對下一個宏塊的濾波沒有參考價值，所以這些宏塊頂部數據就被DMA傳送到外部存儲器。該設計第1個宏塊未進入解碼過程，因為初始狀態時一系列參考圖像和參數都沒有設定，所以第1個宏塊只是設定解碼器參考圖像和參數行初始化，為下一宏塊解碼使用。宏塊數據的分割和DMA的數據讀入都可在解碼中并行執行，即執行當前宏塊時可設定下一個宏塊所需參數以及讀入解碼數據，這樣可減少各模塊間的等待時間，提高工作效率。上述可并行執行的過程如圖2中以橢圓方框表示。

　　3.2 軟件流水新型算法

　　很多設計中，解碼參數準備、解碼和DMA的數據輸出等過程按順序串行執行的，該設計有條理安排這3個過程并行執行，充分利用DSP-BF533的指令并行執行特點，減少各軟件模塊之間的等待時間。

　　下面以4×4的宏塊矩陣為例，首先給4×4矩陣標上4行4列的坐標，然后把程序處理分成5個階段.其狀態分別按順序對應1、2、4、8、16，以便狀態機運算，如表1所列。CAVLC為解析讀入的數據并為后續的圖像整合重建提供參數和參考圖像等數據的過程，hl_decode是高級解碼過程，即根據準備好的條件綜合重建圖像的過程。DMA是對已解碼數據的傳送過程。對照表1和表2分析：當新的一幀圖像到來時，當前狀態標號為1，此時只有CAVLC執行;當運行到坐標為x=1，y=0時，進入第2個狀態，當前狀態標號為2，CAVLC和hl_decode并行執行;當運行到坐標x=1，y=1時，進入第3個狀態，標號為4，3個模塊同時并行執行;到坐標y>4時，進入第4個狀態，標號為8，只有hl_decode和DMA兩個并行執行，CAVLC已經完成對所有宏塊的解碼前準備工作;再判斷x>0，進入第5個狀態。標號為16，此時只運行DMA模塊。

　　因此，解碼第1個宏塊時處在狀態1，之后連續4個宏塊是狀態2，再連續11個宏塊進入狀態3，隨后1個宏塊是狀態4，最后3個宏塊進入狀態5。

　　如果假設CAVLC的執行時間A，hl_decode的執行時間B，DMA的執行時間C，普通算法的執行總時間T=16A+16B+16C;本文提出的方法時間T2=A+16B+3C，因此，明顯縮短了程序執行時間。

　　4 測試結果

　　在DSP-BF533測試平臺上測試Claire.cif和Pairs.cif，從測試分析的結果看來：優化后的結果提高解碼速率，達到實時應用要求。結果如表3所列。

　　5 結束語

　　針對移動視頻終端應用，根據DSP的特點，提出一個新型的軟件流水算法，使得模塊問的協作更緊密，更好利用程序運行的空余時間，減少程序等待時間，提高解碼速率。實驗測試該程序已達到對CIF圖像的實時解碼要求，以后進一步優化，以達到更高更可靠的解碼效率，使得基于DSP-BF533的設計完全可擴展到從無線3G網絡、數字電視，到IP網絡，媒體的存儲格式等不同領域。