基于TMS320DM642的MPEG4编码器的设计与实现

文章摘要：3.2.2 C语言程序级优化通过使用CCS中的profile工具，对C代码进行评估，找出运算量最大的程序段，如DCT、量化、运动估计等，这部分代码的优化对提高编码器性能有显著影响，我们采用了以下C程序级优化方法：(1) 使用C6000 DSP特有的关键字和内联函数来改写C代码，如使用关键字restrict可消除数据间的相关性以提高代码并行执行能力，而使用内联函数(如_add2()，nassert())可快速优化C代码，作为直接映射为内联C6000指令的特殊函数，可提高代码在DSP中的执行效率。(2) 使用整型访问短型数据，使用32位整型一次访问2个16位短型数据，分别存放在32位寄存器的高、低

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3.2.2 C语言程序级优化

通过使用CCS中的profile工具，对C代码进行评估，找出运算量最大的程序段，如DCT、量化、运动估计等，这部分代码的优化对提高编码器性能有显著影响，我们采用了以下C程序级优化方法：

(1) 使用C6000 DSP特有的关键字和内联函数来改写C代码，如使用关键字restrict可消除数据间的相关性以提高代码并行执行能力，而使用内联函数(如_add2()，nassert())可快速优化C代码，作为直接映射为内联C6000指令的特殊函数，可提高代码在DSP中的执行效率。

(2) 使用整型访问短型数据，使用32位整型一次访问2个16位短型数据，分别存放在32位寄存器的高、低16位字段，可减少对内存的访问次数，将程序读取数据的效率提高一倍，再使用能同时对2个寄存器对应高低16位进行操作的内联函数，如add2()；mpy2()等，可大大提高代码执行效率。

(3) 采用循环展开的方法，将多循环变为少循环甚至单循环，减少循环嵌套，消除冗余循环，可以提高指令并行执行的程度。

(4) DSP没有专门的硬件除法运算单元，除法都用连续减法实现，运算量比较大，所以要尽量减少除法运算，不能减少的除法用移位运算来实现，可减少运算耗时。

(5)使用TI图像库函数。TI提供了功能强大的IM-AGE库支持，包括了很多图像处理常用函数，如8×8子块的DCT变换(IMG_fdct_8×8)、SAD计算(IMG_sad_8×8)，这些函数都是优化过的，代码效率很高，可直接应用到程序中。

3.2.3 汇编程序级优化

线性汇编语言是C6000系列DSP所特有的一种编程语言，类似汇编，但不需要给出指令使用的功能单元、寄存器、并行性等细节信息，汇编优化器可根据代码情况自动确定。我们将代码中运算量大、调用频率高的关键部分用线性汇编进行了改写，如量化、DCT、SAD等模块，进一步优化了循环迭代、提高了指令的并行性效果。表2给出了改写前后几个函数模块程序对3帧foreman.qcif测试序列编码时消耗的时钟周期数对比。

3.3 存储空间的配置

DSP的片上存储空间有限，编码器要处理的大量视频数据(包括当前帧和参考帧等图像)必须放在片外，而CPU访问片外的速度要比访问片内慢很多。利用DM642的EDMA功能，CPU对前一帧数据编码的同时，通过ED-MA通道提前将片外的数据搬移到片上内存，二者并行工作，提高了数据由片外传输至片内的效率，可减少CPU等待时间。

3.4 实验结果

使用编码器对标准qcif格式(176×144)测试序列进行编码来测试编码器性能，其中news序列300帧，suzie序列150帧，foreman序列400帧，通过TI的集成开发环境CCS 2.0进行硬件仿真实验，在设定码率为100 b／s的条件下，结果如表3所示。

通过分析测试序列编码结果，编码器的编码速率达到25 fps以上，可以满足实时编码的要求。在传输码率降低的情况下，编码速率还可以进一步提高。从编码结果可以发现，不同测试序列编码前后的压缩比不同，这是由于测试序列图像的运动情况、背景变换造成的，如suzie序列背景单一，运动缓和，压缩比较高，而news序列由于背景不断变换，压缩比就相对较低。通过对比编码前和编码后解码得到的图像，画面无失真现象，图像质量并没有明显下降。

4 结 语

本文探讨了MPEG4编码器在DM642上的实现方案和优化的方法，实现了MPEG4编码的简单框架算法。实验结果表明，本文所提出的方案具有较高的易实现性和实用性，增加和改进的代码优化方法是有效的，性能测试获得了满意的效果。在此基础上，我们还可进一步对实现MPEG4高级框架和代码优化方法的改进，进行更深入地研究，以满足更高的应用要求。

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