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TMS320C6201在MPEG-4視頻解碼器中的應用
摘要：TMS320C6201是美國TI公司生產(chǎn)的一種高性能數字信號處理器。本文介紹如何利用1片TMS320C6201數字信號處理器實(shí)現MPEG-4 SVP視頻解碼，并討論解碼器的結構，算法、存儲器分配以及程序的優(yōu)化等問(wèn)題，最后給出該解碼器總體特性表。引言
隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )和多媒體技術(shù)的發(fā)展，視覺(jué)通信的重要性和需求急劇增加，如桌面視頻會(huì )議、移動(dòng)終端、基于因特網(wǎng)的視音頻通信等。隨之而來(lái)的是視頻壓縮技術(shù)的迅速發(fā)展和視頻壓縮標準的不斷推出。國際運動(dòng)圖像編碼專(zhuān)家組（MPEG）先后推出了MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4.MPEG-4是由國際運動(dòng)圖像專(zhuān)家組于1998年11月制定的。它是一個(gè)面向多媒體應用的壓縮標準，其應用覆蓋范圍遠大于MPEG-1和MPEG-2等標準。從移動(dòng)可視電話(huà)到專(zhuān)業(yè)視頻編輯，既支持自然圖像，也支持計算機合成圖像。最重要的是它支持交互功能。這是由于MPEG-4采用了與其它標準不同的、基于對象的圖像描述方式。目前，國內有關(guān)MPEG-4應用技術(shù)的研究及開(kāi)發(fā)的工作正在悄然興起。筆者在研究了MPEG-4視頻標準之后，充分利用TMS320C6201的硬件資源和軟件優(yōu)化，實(shí)時(shí)實(shí)現了嵌入式MPEG-4視頻解碼器。
1 MPEG-4視頻碼流及主要算法
MPEG-4采用了基于對象的壓縮編碼技術(shù)。在編碼前，首先要對視頻序列進(jìn)行分析，從原理圖像中分割出各個(gè)視頻對象，然后南分別對每個(gè)視頻對象單獨編碼。每個(gè)對象都有自己的形狀信息（shape）、運動(dòng)信息（motion）、紋理信息（texture）。對視頻對象的編碼就是對這3種信息進(jìn)行編碼。MPEG-4通過(guò)運動(dòng)預測和運行補償來(lái)去除連續幀之間的時(shí)間冗余。運動(dòng)預測與運動(dòng)補償的精度可以為整像素、半像素或1/4像素，另外還增了重疊運動(dòng)補償方式。與形狀相關(guān)算法有：基于鄰近信息的算術(shù)編碼、水平和垂直填補、擴張填補等。與紋理編碼相關(guān)的算法有：離散余弦變換（DCT）、量化、DCT系數的DC/AC差分預測、Zig-Zag掃描、游程編碼、霍夫曼變長(cháng)編碼等。
筆者實(shí)現的是MPEG-4的SVP（Simple Visual Profile）視頻解碼。視頻序列全部為矩形，所以不存在任意形狀編碼。視頻序列按照視頻對象層VOL（Video Object Layer）、視頻對象平臺VOP（Video Object Plane）、宏塊MB（Macro Block）視順序編成一串碼流。1個(gè)VOL中包含多個(gè)VOP，1個(gè)VOP中包含多個(gè)MB。MB是碼流中的基本單位。MB又分為幀內MB（intraMB）、幀間MB（imterMB）。幀間4VMB(inter4VMB)等幾種。在I-VOP中，所有的宏塊都是intraMB。P-VOP中宏塊有多種可能，可以是intraMB、interMB或inter4VMB。P-VOP中的interMB或inter4VMB的碼流描述如下：
MB碼流=MB形狀 MB頭信息 MV DCT紋理信息（Y1 Y2 Y3 Y4 U V）
由于是矩形幀，所以無(wú)形狀編碼MB shape部分。
MB頭信息中主要包括4個(gè)參數：not_coded（本MB是否編碼的標志位）、mcbpc（色度塊U和V是否編碼的標志位）、cbpy（亮度塊Y1～Y4是否編碼的標志位）、dquant（本MB中DCT系數量化步長(cháng)的增量值）。
MV為運動(dòng)矢量，實(shí)際寫(xiě)入碼流的是運動(dòng)矢量誤差值（ΔMV），這是因為編碼中MV采用差分編碼。如果MB是一個(gè)interMB，則表示本MB只有1個(gè)運動(dòng)矢量，所以在碼流中只傳1個(gè)ΔMV；如果MB是一個(gè)inter4VMB，則表示本MB有4個(gè)運行矢量，即每個(gè)子塊（block）有1個(gè)運動(dòng)矢量，所以在碼流中需傳送4個(gè)ΔMV，即mvd1、mvd2、mvd3和mvd4。
最后是一連串經(jīng)過(guò)量化、Zig-Zag掃描、游程編碼和霍夫曼變長(cháng)編碼的DCT系數，按照Y1、Y2、Y3、Y4、U和V的先后順序編碼。
2 TMS320C6201 DSP及EVM板介紹
2.1 TMS320C6201 DSP
TMS320C6201是美國TI公司的C6000系列新一代數字信號處理器中的第1個(gè)產(chǎn)品，于1997年3月發(fā)布。它是一個(gè)32bit的定點(diǎn)DSP芯片。該芯片具有8個(gè)相互獨立的功能單元，可以工作在200MHz的CPU時(shí)鐘頻率，全速運行時(shí)可達到1600 MIPS。其主要特性包括：
*芯片內核采用VelociTI TM先進(jìn)的超長(cháng)指令字（VLIW）結構，具有高度的并行性和快速的運行能力，每個(gè)時(shí)鐘周期最多可同時(shí)執行8條32位指令，并且所有的指令都可以有條件執行；
*具有豐富的指令系統且可對字節操作，支持16位的乘法運算；
*有4個(gè)彼此獨立的快速的DMA通道，可以進(jìn)行多種形式的數據傳輸。
*片內數據存儲區和程序存儲區各64KB，并支持多種數據寬度8位/16位/32位；32位的外部存儲器接口，提供與片外SDRAM、SDSRAM和SRAM的直接接口。
TMS320C6201的以上特點(diǎn)，能滿(mǎn)足視頻圖像處理的實(shí)時(shí)性要求。例如：TMS320C6201 DSP計算1塊8×8 IDCT（逆變散余弦變換）僅用（168 62）個(gè)時(shí)鐘周期，為1.15μs。
2.2 EVM板
TMS320C6201 EVM板是一塊帶有PCI接口的插卡，除了可以插在計算機主板的PCI插槽上使用外，還可以外配電源作為獨立的模塊工作，并通過(guò)XDS510仿真器進(jìn)行調試。該板上配有1片TM
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