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1、太原理工大学 硕士学位论文 达芬奇平台实时实现AVS-M 姓名：崔伟 申请学位级别：硕士 专业： 指导教师：张刚 太原理工大学硕士研究生学位论文 I 达芬奇平台实时实现 AVS-M 摘 要 AVS-M 是我国自主提出的音视频编解码标准 AVS 的第七部分：移动视频。 它面向移动多媒体应用，对新一代移动多媒体通信、数字多媒体广播、便携式 视听消费电子产品等产业的发展具有重要意义。AVS-M 有性能高、计算复杂度 低、专利授权费用低等优点，但目前依然没有成熟的 AVS-M 编码器解决方案， 不利于 AVS-M 向新一代数字音视频产业的应用。 美国德州仪器公司最新推出的 TMS320DM6446（基
2、于达芬奇技术）嵌入式视频系统芯片为双核架构，具有良 好的任务分担和线程同步能力，以及超强的并行处理速度和较低的资源消耗， 同时还集成了视频前端和后端处理系统， 可谓是实现 AVS-M 编码算法的理想平 台。 本文的目的是在 DM6446 平台上实现一个高效实时的 AVS-M 编码器。文 中结合 DM6446 硬件资源以及 AVS-M 主要技术， 提出了针对 QCIF 视频格式的 优化算法框架。为了提高编码效率，程序中每次往片内调入的数据尺寸由原来 的一帧改为了一宏块行（即帧尺寸下的一行宏块） ，并且将其中的亮度分量和色 度分量分开，这样在 48KB 的 L1D SRAM 中就可同时容纳当前宏块
3、行以及该宏 块行在编码过程中涉及到的所有数据。此数据尺寸的设计最大程度地将硬件资 源与 AVS-M 算法完美结合，以提高算法的编码效率。 本着充分利用片内资源和保证编码图像质量的原则，文中针对帧内预测编 码的空间相关性，开辟了当前宏块行、当前重构行以及上一宏块行的部分像素 行空间；针对帧间编码参考帧需求，对每个宏块采用了 4848 像素的搜索窗； 太原理工大学硕士研究生学位论文 II 同时考虑到程序的并行性，又为下一宏块行开辟了空间。在改变数据尺寸的同 时，对涉及到宏块行数据的函数也做了相应的调整，主要包括滤波、边界扩展 和半像素插值函数。 除此以外，优化工作还包括将扫描过程从预测编码过程中提
4、取出来与熵编 码结合，将 P 帧和 I 帧的程序完全分开以提高程序中数据的相关性；在程序中 引入全零块提前判决技术，并在改进后的 C 代码基础上采用线性汇编优化，进 一步提高编码效率。 通过上述改进，优化后的 AVS-M 在 TMS320DM6446 上已实现实时编码。 关键词：AVS-M，TMS320DM6446，宏块行，线性汇编 太原理工大学硕士研究生学位论文 III REAL-TIME IMPLEMENTATION FOR AVS-M ENCODER BASED ON DAVINCI PLATFORM ABSTRACT AVS-M is the 7th Part of audio and
5、 video codec standard AVS which is made by Chinese own, Mobile video compression standard. It is for the applications of mobile multimedia which is significant for the development of the industries such as the new generation of mobile multimedia communications, digital multimedia broadcasting, porta
6、ble electronic products for audio-visual, and so on. AVS-M has the high-performance, low computational complexity, and low licensing costs, but there is no mature AVS-M encoder solution which is not conducive to the applications of AVS-M standard in the new generation of digital audio and video indu
7、stry. TMS320DM6446 (based on Davinci technology), the latest embedded video chip from Texas Instrument Corporation in American, is of dual-core architecture, and has good capabilities of task-sharing and thread synchronization, higher parallel processing speed and lower power consumption. It also ha
8、s video front and end processing system. Therefore, it is the ideal platform to realize AVS-M encoding algorithm. The purpose of this paper is to realize a high-efficiency and real-time AVS-M video encoder on the DM6446 platform. Combining DM6446 hardware resources with the main technology of AVS-M
9、algorithm, the framework of algorithm 太原理工大学硕士研究生学位论文 IV optimization according to QCIF video format is proposed. In order to improve the encoding efficiency, the size of data transferred into SRAM is changed from one frame to one macroblock-line(that is one line of macroblocks in the size of the fr
10、ame), and separating the Y components from UV components. So, the current macroblock-line and all the data that concerned by this macroblock-line during the encoding process can be stored in the 48KB L1D SRAM. This design of data size is a prefect combination of hardware resources and the AVS-M algo
11、rithm and improves the encoding efficiency of the algorithm. Based on the principle of making full use of SRAM resources and ensuring quality of encoded images, allocates spaces of the current macroblock-line, the current reconstructed macroblock-line and the part of pixel lines in the prior reconst
12、ructed macroblock-line according to the spatial correlation of intra-frame encoding, and uses the 4848 search window to one macroblock according to the need of reference frame in inter-frame encoding, and allocates spaces of the next macroblock-line considering the parallelism of the program. At the
13、 same time of changing the size of the data, the paper adjustments the functions that concerning to the macroblock-line, which is including of filtering, boundary extension and half-pixel interpolation. Furthermore, the optimization includes extracting the scanning from the process of predictive enc
14、oding and combining with entropy encoding, and separating the program of P frame from that of I frame to improve the relevance of the data. Appling 太原理工大学硕士研究生学位论文 V the all-zero block ruling technology in advance and linear assembly optimization based on the C code to further improve encoding effic
15、iency. Through the improvements above-mentioned, the optimized AVS-M arithmetic can real-time encode on the platform of TMS320DM6446. KEY WORDS: AVS-M, TMS320DM6446, Macroblock line, Linear assembly 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 第一章 绪论 信息化是这样一个过程： “在现代信息技术广为普及的基础上，通过开发和利用信息资 源，各种社会和经济活动的功能和效益得以显著提高，人类社会的物质和精神文明
16、达到了 一个新的水平1。 ” 可见，信息化的目的是提高人类的社会和经济效益，而实现信息化的关键在于开发和 利用各种信息资源。在众多信息资源中，视频信息的开发、利用更具有重要的理论意义和 应用价值。 1.1 视频压缩技术简介 自 1948 年,信息论之父香农第一次给出计算信息熵的数学表达式2， 人们开始了视频压 缩编码技术的研究之旅。根据视频压缩方法所采用的信源模型，可将目前众多的压缩技术 分为两大类：基于波形的编码方法和基于内容的编码方法。 数字视频序列由信源模型的参数所描述，编码的过程是对这些描述参数进行压缩的过 程。如果采用“一幅图像由许多像素构成”的信源模型，这种信源模型的参数就是每个像 素的亮度和色度的幅度值。对这些参数进行压缩编码的技术称为基于波形的编码方法。如 果采用“一个场景有几个物体构成”的信源模型，这种信源模型的参数就是各个物体的形 状、纹理和运动。对这些参数进行压缩编码的技术成为
