基于TMS320DM642的H.264编码器的设计与实现

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H.264(MPEG4 Part10,AVC)是ITU-T(国际电信联盟)和ISO(国际标准化组织)在H.263和MPEG4的基础上制定的新一代视频压缩编码标准。H.264采用了许多先进的技术,在编码效率和性能大幅度提高的同时,增加了抗误码及网络自适应等功能,目前广泛地应用于实时类应用(视频电话、移动视频)和非实时类应用(存储、广播或者流媒体)场合。H.264实时编码器的研究和实现是目前图像通信研究领域的一个热点问题。 采用高性能数字信号处理器来实现H.264实时编码器是一种快速有效的方法,有助于H.264视频标准的迅速推广和应用。TMS320DM642是美国德州仪器公司开发的第二代高性能超长指令字结构的定点DSP处理器,它扩展了专门用于视频/图像处理的指令集,提高了视频处理的并行性;在600MHz的时钟频率下,DM642的峰值处理速度达到4800MIPS(每秒百万条指令):DM642具有丰富的片上外围接口,非常适合基于IP和无线网络的音视频传输、安全监控等视频/图像处理领域的应用。 本文主要从以下3个方面进行了阐述: (1)H.264实时编码器的硬件实现。主要根据TI公司C6000系列DSP以及TMS320DM642的硬件结构与特点设计了系统视频采集与处理部分的硬件;主要包括图像采集与A/D转换模块、外部存储器模块、以太网通信模块、电源模块等;通过硬件设计实现了H.264实时编码器的硬件平台。 (2)H.264实时编码器的软件平台实现。基于TI公司的DSP软件开发平台CCS系统,开发设计了图像实时采集系统软件:开发了基于DSP/BIOS操作系统的多任务程序;开发了基于RF5操作系统的多任务程序之间的调度;通过系统软件可以实现图像的实时采集与传输。 (3)在TMS320DM642硬件平台上进行H.264“baseline”编码器的移植与优化。编码器源程序采用三大开源代码之一的X264的编码部分。与官方提供的JM系列测试源码相比,X264编码器摒弃了一些对编码性能贡献微小但计算复杂度极高的新特性,更易于移植和优化。视频编码算法在DSP芯片上的高效实现,必须充分挖掘视频处理器的并行特性和计算资源,才能满足系统实时性的要求。在原X264编码器程序基础上主要做了以下三项工作:一是对程序进行裁减、修改并最终移植到DSP平台上运行;二是充分利用DM642的EDMA控制器等对数据传输和存储空间进行优化;三是利用内联函数、汇编优化等对H.264核心算法和程序进行改进,提高代码运行的并行性。 完成后的系统能够实现从摄像机采集30帧/秒CIF格式的模拟图像,经A/D转换后,在DSP硬件平台上进行H.264编码压缩,通过以太网传输到上位机进行实时显示和存储,实现了H.264编码器在TMS320DM642上的实时运行。
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