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1、国防科学技术大学硕士学位论文视频流处理平台的实现和优化姓名：钟玉资申请学位级别：硕士专业：计算机科学与技术指导教师：徐炜遐2002.11.1国防科学技术大学研究生院学位论文摘要视频流处理技术的迅猛发展，改善了人们的生活。由于视频流数据量十分庞大，提高压缩解压缩的效率和节约系统开支，始终存在矛盾，本课题主要目标是在M A P C AD S P 上实现视频流的压缩解压缩的实时处理。以往的D S P 和媒体处理器缺乏M P E G 2 编码解码的实时处理能力，性能瓶颈主要包括：数据处理能力；数据传输能力，当所需数据不在本地内存时，处理器无法进行任何操作；数据相关性，预知数据并行处理。E q u a
2、t o r 公司高性能D S P 芯片M A P C A 为视频留的实时处理提供下硬件基础：v I L W 结构的核心处理器；D a t a S t r e a m e rD M A 控制器；可变长编码解码协处理器等。但是现有的M P E G 2算法和实现机制显然不适用于M A P C A 体系结构，不能充分利用其硬件能力。针对M P E G 2 实时处理中面临的主要问题，课题基于M A P C A 实现了M P E G 2 实时编码解码系统：改进了M P E G 2 关键算法，提出了新的实现方法，如量化，反量化算法，D C T 变换I D C T 变换算法，运动估计算法等；利用D a t a
3、 S t r e a m e rD M A 控制器进行数据传输，最大限度地减少数据等待时间。系统测试表明，经过优化后的M P E G 2 编码解码算法的实现，系统整体性能提高了4 8 4 ，改善了对视频流的处理能力。关键字：视频流，M P E G 2 ，M A P C A D S P第1 页国防科学技术大学研究生院学位论文A B S T R A C TW i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fv i d e os t r e a mp r o c e s s i n gt e c h n o l o g i e s ，o u rl i f eh
4、a sb e e nm u c hi m p r o v e d B e c a u s eo ft h em a s sd a t aq u a n t u mo fv i d e os t r e a m ，t h e r ei sat r a d e - o f fb e t w e e ni m p r o v i n gt h ee f f i c i e n c yo fc o m p r e s s i o n & d e c o m p r e s s i o na n dr e d u c i n gt h ec o s to fs y s t e m s T h em a
5、i no b j e c t i v eo ft h i sp a p e ri st os o l v et h ep r o b l e mo fr e a l t i m ep r o c e s s i n go f v i d e os t r e a m sc o m p r e s s i o n & d e c o m p r e s s i o no nM A P - C AD S EI nt h ep a s t ，D S Pa n dm u l t i m e d i ap r o c e s s o ri ss h o r ti nr e a l - t i m eh
6、a n d l i n gO fM P E G 注v i d e o sc o d i n ga n dd e c o d i n g T h eb o a l e n e c ko f p e r f o r m a n c ei n c l u d e ：O T h ea b i l i t yo fh a n d l i n gd a t a ；( 9 T h ea b i l i t yo f t r a n s f e r i n gd a t a ，i f t h en e c e s s a r yd a t ai sn o ti nl o c a lm e m o r y ,
7、t h ep r o c e s s o rc a n tw o r k ；T h ed e p e n d e n c yo f d a t a , p a r a l l e lh a n d l i n gt h ed a t aw h i c hb ek n o w nb e f o r e h a n d n 他M A P C AD S Pw h i c hi sm a d eb yE q u a t o rI n cp r o v i d eah a r d w a r eb a s eo f h a n d l i n gv i d e os t r e a m ：( D V L
8、 I Wc o r eC P U ；( 室) D a t a S t r e a m e rD M Ac o n t r o l l e r ；V a r i a b l eL e n g t hE n c o d e r D e e o d e r B u tn o w , M P E G 2 sc o m p r e s s i n ga n dd e c o m p r e s s i n ga l g o r i t h m sa n dm e c h a n i s mi si n v i a b l et oM A P C - C A sa r c h i t e c t u r
9、e t h eh a r d w a r ec a l ln o te f f i c i e n t l yw o r k A i ma tt h e s em o s t l yq u e s t i o n so f M P E G 2 sr e a l t i m eh a n d l i n g ，M P E G 2 sv i d e oc o d i n ga n dd e c o d i n gs y s t e mb a s e do nM A P - C Ah a v e b e e ni m p l e m e n t e d M P E G 2 sk e ya l g o
10、 r i t h m sh a v eb e e ni m p r o v e d N e wm e t h o d sh a v eb e e np r e s e n t e d F o re x a m p l e ：q u a n t i z a t i o na n di n v e r s eq u a n t i z a t i o n ，D C Ta n dI D C T ，m o t i o nc o m p e n s a t i o n T h ew a i t i n gt i m ew i l lb er e d u c e di f t h ed a t ai st
11、 r a n s f e r r e db yD a t a S t r e a m e rD M Ac o n t r o l l e r T h es y s t e mt e s ti n d i c a t et h ep e r f o r m a n c eo fM P E G 2 sc o d i n ga n dd e c o d i n gs y s t e mh a db e e ni m p r o v e4 8 4 a f t e rb e i n go p t i m i z e d T h ea b i l i t yo fv i d e oh a n d l i
12、n gh a db e e ni m p r o v e d K e y w o r d s ：v i d e os t r e a m ，M P E G 2 ，M A P - C AD S P第1 I 页独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他入已经发表和撰写过的研究成果，也不包含为获得国防科学技术大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文题目：塑基速公里壬垒鲍塞塑塑位丝 学位论文作者签名：么障日
13、期年月日学位论文版权使用授权书本人完全了解国防科学技术大学有关保留、使用学位论文的规定本人授权国防科学技术大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档，允许论文被查阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文( 保密学位论文在解密后适用本授权书)学位论文题目：塑题速丛垄壬鱼鲍塞况塑佐丝学位论文作者签名：锋盘龚一日期：年月日作者指导教师签名：窆釜她日期：年月日国防科学技术大学研究生院学位论文第一章：绪论1 1 课题的研究背景及国内外的发展现状自9 0 年代以来，随着计算机技术、图形处理技术和通信技术的发展，多
14、媒体得到了迅速的发展，前景十分诱人，因此，国际上许多大的计算机公司纷纷投入大量的资金和人力，开发自己的多媒体产品。近几年来，国内也对多媒体技术展开了研究，许多专家预言：多媒体将成为二十一世纪计算机工业中四个重点工程之一。视频流处理技术作为多媒体技术学科领域中的一个重要组成部分，在多媒体应用中占据着熏要地位。目前，这一技术已经得到广泛的应用，会议电视、V C D 、数字电视、高清晰电视，以及D V D 、视频点播等数字视频产品，已经走入我们的生活。随着这些数字电视系统的日益成熟和不断发展，针对不同领域，一系列相应的数字视频标准也迅速地被制定并不断得到完善，其中包括：用于会议电视及可视电话的H 2
15、 6 1 ，用于静止图像的压缩的J P E G ，用于V C D 的卿E G l 和用于广播电视、D V D 、以及H D T V 的M P E G 一2 。M P E G 一2 标准发展较晚，但却具有以下几个突出特点：所支持的图像分辨率最高，支持包括符合I T U R R e c 6 0 1 ( C C I R 6 0 1 ) 格式的标准分辨率的数字电视和更高分辨率的高清晰数字电视，以及高速体育运动在内的活动图像；所支持的应用最为广泛，包括存储媒体中的D V D ，广播电视中的数字电视广播和H D T V ，还应用于交互式的视频点播( V O D ) 。虽然视频流技术已经吸引了各界人士的关注
16、，但了解视频流处理技术的人都知道，运动图像的数据量是十分惊人的，处理视频流的计算机不仅需要大量的存储空间，实时处理这些视频流的过程中，从外存储器将这些数据传送到处理器时也需要消耗大量的带宽。目前，由于计算机人士的大量努力，多种有效的压缩解压缩算法得以实现，成功的解决了海量数据的压缩效率。但压缩解压缩处理的高效性，是以牺牲系统性能，加大系统开支，增加处理单元的计算量为代价的。因此，提高压缩解压缩的效率和节约系统开支，始终存在矛盾，这一矛盾，一直是困扰着视频流处理的计算机开发人员的难题，因此，寻找一种有效的处理视频流的方法，提高系统处理视频流的处理能力，具有十分重要的意义。1 2 课题研究的目标以往的视频处理芯片多是单一处理单元的处理器，因此其运算能力有限，而且指令是以串行的方式来完成的。另外由于数据在传输的过程中，处理单元只能等待，这样，在处理视频的过程中，将有大量的时间浪费在等待数据的传输上，这更加限制了处理能力。另外，视频流的数据在很多情况下都是重复的和可预知的，然而以往的
