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TMS320C6201在MPEG-4視頻解碼器中的應用
摘要：TMS320C6201是美國TI公司生產的一種高性能數(shù)字信號處理器。本文介紹如何利用1片TMS320C6201數(shù)字信號處理器實現(xiàn)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)化等問題，最后給出該解碼器總體特性表。引言
隨著網(wǎng)絡和多媒體技術的發(fā)展，視覺通信的重要性和需求急劇增加，如桌面視頻會議、移動終端、基于因特網(wǎng)的視音頻通信等。隨之而來的是視頻壓縮技術的迅速發(fā)展和視頻壓縮標準的不斷推出。國際運動圖像編碼專家組（MPEG）先后推出了MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4.MPEG-4是由國際運動圖像專家組于1998年11月制定的。它是一個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。從移動可視電話到專業(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MPEG-4應用技術的研究及開發(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，實時實現(xiàn)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。在編碼前，首先要對視頻序列進行分析，從原理圖像中分割出各個視頻對象，然后南分別對每個視頻對象單獨編碼。每個對象都有自己的形狀信息（shape）、運動信息（motion）、紋理信息（texture）。對視頻對象的編碼就是對這3種信息進行編碼。MPEG-4通過運動預測和運行補償來去除連續(xù)幀之間的時間冗余。運動預測與運動補償?shù)木瓤梢詾檎袼亍胂袼鼗?/4像素，另外還增了重疊運動補償方式。與形狀相關算法有：基于鄰近信息的算術編碼、水平和垂直填補、擴張?zhí)钛a等。與紋理編碼相關的算法有：離散余弦變換（DCT）、量化、DCT系數(shù)的DC/AC差分預測、Zig-Zag掃描、游程編碼、霍夫曼變長編碼等。
筆者實現(xiàn)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VOL中包含多個VOP，1個VOP中包含多個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，所以無形狀編碼MB shape部分。
MB頭信息中主要包括4個參數(shù)：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(shù)量化步長的增量值）。
MV為運動矢量，實際寫入碼流的是運動矢量誤差值（ΔMV），這是因為編碼中MV采用差分編碼。如果MB是一個interMB，則表示本MB只有1個運動矢量，所以在碼流中只傳1個ΔMV；如果MB是一個inter4VMB，則表示本MB有4個運行矢量，即每個子塊（block）有1個運動矢量，所以在碼流中需傳送4個ΔMV，即mvd1、mvd2、mvd3和mvd4。
最后是一連串經(jīng)過量化、Zig-Zag掃描、游程編碼和霍夫曼變長編碼的DCT系數(shù)，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(shù)字信號處理器中的第1個產品，于1997年3月發(fā)布。它是一個32bit的定點DSP芯片。該芯片具有8個相互獨立的功能單元，可以工作在200MHz的CPU時鐘頻率，全速運行時可達到1600 MIPS。其主要特性包括：
*芯片內核采用VelociTI TM先進的超長指令字（VLIW）結構，具有高度的并行性和快速的運行能力，每個時鐘周期最多可同時執(zhí)行8條32位指令，并且所有的指令都可以有條件執(zhí)行；
*具有豐富的指令系統(tǒng)且可對字節(jié)操作，支持16位的乘法運算；
*有4個彼此獨立的快速的DMA通道，可以進行多種形式的數(shù)據(jù)傳輸。
*片內數(shù)據(jù)存儲區(qū)和程序存儲區(qū)各64KB，并支持多種數(shù)據(jù)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，能滿足視頻圖像處理的實時性要求。例如：TMS320C6201 DSP計算1塊8×8 IDCT（逆變散余弦變換）僅用（168 62）個時鐘周期，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XDS510仿真器進行調試。該板上配有1片TM
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