【正文】 ，可以通過外部電源管理器關閉。而且具有微信號結(jié)構(gòu)的 BF561，擁有一定的片內(nèi)硬件支持，可用于軟件異常、硬件斷點、性能計數(shù)器和執(zhí)行跟蹤等，也同樣支持 MCU 所支持的外圍設備。對BF561 整體結(jié)構(gòu)、存儲結(jié)構(gòu)、指令流水線結(jié)構(gòu)、功率管理結(jié)構(gòu)和 DMA 管理結(jié)構(gòu)進行了介紹。 空域編碼模塊利用離散余弦變換 (DCT)，利用圖像相鄰點之間的相似性，把時域上的信號變換到空間域，減少空間上的冗余度。其特點如下： 1．性能優(yōu)越，變換后，信號的能力集中于少數(shù)幾個變換系數(shù)，采用量化和熵編碼后，能夠有效的壓縮數(shù)據(jù)。根據(jù)公式 (3． 1)可分離變量的特點，把二維變換分解成二次串聯(lián)的一維變換。 由此，可見這些算法具有各自的特點。因此，本文采用的快速算法是 Chen 式算法【 37】，因為 一個指令周期可以完成一次乘法和加法，所以完成 18 DCT 變換所需總周期更短【 3 引，而不是總計算量最小的 Loeffler 算法或者無需乘法的 Tran 算法。 實現(xiàn)該算法的過程中，需要注意的兩個問題【 39】： 1．浮點小數(shù)運算改成定點小數(shù)運算 該算法能夠把 1 次 8 個數(shù)據(jù)的 DCT 計算量控制在 16 次乘法和 26 次加法，算法的效率很高。 把采用改進的 DCT 算法移植到 DSP 上后，一個 8*8 矩陣的 DCT 變換，在fractl6 數(shù)據(jù)格式下，能夠在 294 個內(nèi)核周期完成，與原程序的算法效率存在極大的差異。同時經(jīng)過編碼后的殘差經(jīng)過解碼后，與參考幀相加后又重構(gòu)回來，但是由于存在精度的誤差，這個重構(gòu)幀和先前編碼的幀有所不同重構(gòu)的幀，會被存儲著用來作為下面預測所需要的參考幀。這種方法只對圖像進行簡單的按塊分割，并假定子塊內(nèi)的所有像素位 移相同。搜索的策略很大程度決定搜索的效率，經(jīng)過前人的研究，確定了一系列有效的搜索方式。如果搜索長度為 dmax=8，搜索精度為 1 個象素，則最初步長為 4，以后遞減為 1，共需三步即可，故三步法因此得名。該模式包括圍繞中心點的 8 個點，總計 9 個點，從而形成一個大鉆石形。這樣造成了較大的搜索冗余，影響了算法的搜索速度。 試驗以全搜索匹配方式得到正確的運動向量，結(jié)果是對 15 個標準測試序列統(tǒng)計結(jié)果的平均值，實驗時對各序列第 1． 100 幀做統(tǒng)計，時間采樣率為 3，順序為 IP． P。表 3． 4 和表 3． 5 分別對 6 種不同的標準測試序列 Forman、 MissAmerica、SalesClaire、 Hall Monitor、 Football 和 Mobile，在 1 51 5 的搜索窗用 FS 算法得到運動向量在 (O， O)點和 V 對應點及177。 基于預測的改進菱形運動估計算法描述如下： (1)選擇提前中止閥值。 (4)起始搜索點的 SAD startT，則當前宏塊的運動向量為起始點對應的運動向量，搜索結(jié)束，轉(zhuǎn)入 (8)。使用 MPEG 4 Xvidzorl． 0． 2 編碼器，采用最小 SAD匹配準則，搜索區(qū)域均為 1515。通過仿真試驗表明，該算法在搜索精度基本相同的情況下，大大提高了算法的搜索效率。然后，利用 ADI 公司提供的集成調(diào)試環(huán)境 Visual DSP 4． 5++進行 DSP 上后續(xù)開發(fā)，直到實現(xiàn)預定的編碼目標。除了 ADI 公司所用的軟件和硬件開發(fā)工具外，還有第三方提供的支持 Blackfin DSP 家族的種類繁多的工具。外部宏塊的運動向量可有單一運動向量和 4 運動向量兩種表示方法，其中運動向量具有半像素精度，并可指向參考幀界外 (無限制運動向量 )。 整個系 統(tǒng)的硬件平臺如圖 4． 2。 總體的開發(fā)流程如下： 1．在 VC 6． 0 建立一個工程“ encode． PC”，以 Xvidcorl． 0． 2 的源代碼為基礎，建立軟件編碼器。 7．打開 Visual DSP4． 5++提供的優(yōu)化策略，設置正確的編譯選項。在項目組下，建立 corea、 coreb、 sml2 和 sml3 四個子項目。因為，通用 PC 和 DSP 存在的不同，所以，需要反復調(diào)試直到程序調(diào)試通過。 4． 4 軟件移植 移植前代碼是針對通用 PC 機的，不適用 BF561，因此需要針對 BF561 的特點，調(diào)整代碼，使其能夠在 DSP 上面運行，從而移植到 DSP 上，為后面代碼的優(yōu)化奠定基礎【 53】。數(shù)據(jù)的輸入輸出仍然采用文件讀寫方式 (Visual DSP 4． 5++安裝在 PC 機上，支持通過 C 函數(shù)對 PC 機文件的讀寫操作 )。在開發(fā)板上還外擴了 Audio Codec AK4550，作為音頻采集回放，以備添加音頻編碼設備，它通過同步串口接口 (SPORT)與 BF561 連接。 MPEG4 SP 采用的是混合編碼框架。仍然在 1616 的宏塊基礎上進行幀間幀內(nèi)編碼。算法越復雜，這種性能在設計者的設計中就越重要。首先，在 PC 機上完成純 C 語言的 MPEG． 4 編碼器的軟件版本，實現(xiàn)編碼功能。 由此可見，本文算法比 FS， TSS 算法在搜索速度上有極大的提高，即便與DS 算法比較，雖然在精 度方面，存在一定的差距，但是在算法效率方面，存在很大的優(yōu)勢。選取的測試序列 Hall Monitor、 Football、 Mobile，圖像格式為 CIF(352*288)。 (3)確定起始搜索點。 如果最小 SAD(Sum of Absolute Differences)小于閥值，則停止搜索。可以在保證計算速度的情況下，進一步提高搜索精度，減少陷入局部最優(yōu)點的概率。根據(jù)處理順序中在圖3． 7 所示的時間相鄰塊 (1)空 間相鄰塊 (2jfj}， 3 存， 4jfj}) 2．起點預測宏塊 根據(jù)視頻序列相關性，有理由認為“相鄰塊的運動向量和當 Ij{『塊的運動向量存在很大的相關性，可以通過其預測當前塊的運動向量”【 47】。 DS 算法的優(yōu)勢在于其把握了視頻序列中運動向量的基本規(guī)律 m】，先用LDSP 大范圍搜索，再用 SDSP 在準確定位，所以它的性能優(yōu)于其他算法。鉆石搜索法采用了兩種搜索模式，如圖 3． 4 所示。 2．三步 搜索法 (TSS) 三步搜索法具有簡單、健壯、性能優(yōu)秀的特點。所以，選用 SAD 作為匹配準則【 4168。每個像素都有一個運動向量與之對應。圖中的運動估計模塊就是根據(jù)一定的匹配原則，從一個或多個參考幀中，尋找與當前幀盡可能匹配的幀。因此，在編碼時，合理設計流程，使得硬件資源得到充分的利用。 步驟 l： go=(fo+f7)／ 2； 步驟 2： ho=(go+93)／ 2； 步驟 3： ko=(1lo 奉 cos(n／ 4)+h1)／ 2。每個 MAC 可以在一個內(nèi)核指令周期內(nèi)，完成依次定點乘法或者乘法．累加操作。 2021 年， Trac． D． Tran[34】提出了一種移位的近似算法，不需要乘法。而一幀格式為 4： 2： O大 小為 CIF(352*288)的圖像一共有 2376 個 8*8 的宏塊，需要的運算量極大，難以實時處理。 3． 1 DCT 算法 在數(shù)字視頻壓縮中，最常用的變換方法是 DCT[291， DCT 常被認為是對自然場景圖像信號進行變換的次優(yōu)選擇，其變換特性接近 K ． L 變換(Karhunen． LoeveTransform)[30】。因此，在視頻壓縮算法中，主要利用時域編碼模塊和空域編碼模塊消除時空冗余度。首先，簡要介紹了 MPEG． 4 發(fā)展簡況和其核心思想；然后，重點分析了其編碼框架分類和應用范圍，論述了本課題選取 SP 框架的原因，并在第四小節(jié) 對 SP 框架的關鍵技術(shù)進行分析，為后續(xù)章節(jié)的代碼開發(fā)部分進行知識鋪墊。 二是多媒體處理過程當中，勢必存在大量的待處理的信息，這就對系統(tǒng)的處理器提出了具有較高信息處理能力的要求。此外，動態(tài)功率管理有動態(tài)地改變處理器內(nèi)核供電電壓的控制功能，進一步降低功耗。 同時 Blackfin 提供了較多的向量操作指令和多媒體操作指令，這些指令對地址的訪問都有限定。采用 專門調(diào)整的靈活的高密度編碼的指令，這些指令被編譯后只占用非常小的存儲空間。 L1 內(nèi)存結(jié)構(gòu)能提供數(shù)字信號處理所需要的性能以及便于微控制器的編程訪問。 3． 4KB 的數(shù)據(jù)便簽 SRAM，和 L1 存儲器運行在同一速度上，但只能作為數(shù)據(jù) SRAM 訪問，不能作為高速緩沖存儲器。它能在內(nèi)部 L1／ L2 存儲器和外部存儲空間 (包括 PCI 存儲空間 )之間，提供代碼或數(shù)據(jù)塊的傳輸功能。其中PPI 是用來接入視頻信號的并行接口，具有 CCIR656 和 GP PPI 兩種模式；而SPOIm則支持音頻接入和輸出。 Blackfin DSP 將一個雙 MAC(乘法累加 )16 位 DSP 引擎的處理能力與一個巧妙的正交微處理器精簡指令集的優(yōu)勢結(jié)合在一起，為開發(fā)人員提供一個單指令集的編程環(huán)境，同時消除了在雙處理器系統(tǒng)中與多器件相關的附加復雜性。首先將數(shù)據(jù)分區(qū)為紋理信息和運動信息兩部分，中間插一個標志位“ motion marker”。 (1)再同步機制類似 MPEG2 的 slice 層語法提供的功能。本課題對其進行了細致的研究，并進行了較大的改進，詳細論述見章節(jié)3． 2。為了減少編碼誤差，所使用的預測參考幀不是那幀圖像的原始圖像，而是該幀的重構(gòu)幀。 2． 1． 4 MPEG． 4 SP 框架的關鍵技術(shù)分析 MPEG4 是 MPEG 系列的最新發(fā)展，其借鑒了其他視頻標準的優(yōu)秀算法，并在其基礎上進行了一系列的改進。】，以適應于不同領域的編碼需求。在 MPEG4 中所見的視音頻己不再是過去 MPEGl、 MPEG． 2 中圖像幀的概念，而是一個個視聽 場景 (AV 場景 )，這些不同的 AV 場景由 不同的 AV 對象組成。 6．具有在接收端與視聽場景進行交互的能力。 隨著研究工作的進一步深入， MPEG． 4 逐漸發(fā)展為一個功能 強大的多媒體編碼標準，它不僅僅是一個低碼率的音像編碼標準，其編碼速率己擴展到涵蓋從64Kbps 到 10Mbps 的范圍。 第二章 MPEG． 4 視頻編碼技術(shù)和雙核 DSP561 開發(fā)基礎 課題選用了 BF561 進行 MPEG． 4 視頻編碼技術(shù)進行研究與開發(fā)。 第三章是本論文的重點章節(jié)，重點研究了影響編碼效率的關鍵算法改進。 針對這一目標，本課題首先深 入研究了 MPEG． 4 視頻壓縮標準。處理器支持眾多的多媒體接口，利用系統(tǒng)的擴展和商業(yè)應用。該方案的優(yōu)點是通用 PC 系統(tǒng)的主頻性價比非常高， 并且擁有最豐富的軟件工具。 MPEG． 2 不僅支持幀編碼而且支持場編碼；不僅支持 MPEG． 1 比特流，而且支持更高時域和空域分辨率。 4 等。分形編碼是一種不對稱的編碼技術(shù)，適于自相似性較強的自然景物圖像。變換編碼方法中的離散余弦變換 (DCT， Discrete CosineTransform)和小波變換在視頻／圖像壓縮中得到了廣泛應用。 1． 2 數(shù)字視頻編碼發(fā)展歷程 12． 1 編碼方法的發(fā)展 第一代編碼方法。 1895 年電影的誕生第一次將視頻信號帶給了人類社會，隨著電視的發(fā)明和普及，視頻信號走進了千家萬戶。 ADI 公司的Blacfin 系列的 DSP 在圖像處理方面有其出色的表現(xiàn)和較低的價格而獲得關注?；趯ο蟮木幋a思想使其具有高壓縮 比、可擴展性、可交互性等許多特點。 第一章緒論 1． 1 課題提出 21 世紀的人類社會將是信息化社會，數(shù)字化后的信息，尤其是數(shù)字化后的視頻信息具有海量數(shù)據(jù)性，它給信息的存儲和傳 輸造成很大的困難，己成為人類有效地獲取和使用信息的瓶頸問題之一。 本課題設計了實時 MPEG． 4 視頻編碼系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn) CIF 格式 (352*288)數(shù)據(jù)每秒 30 幀的處理能力，結(jié)合該系統(tǒng)功耗低、體積小、性價比突出的特點，在進一步改進的基礎上，具有廣闊的工程應用前景。雖然變換并不對數(shù)據(jù)進行壓縮，但經(jīng)過變換后，能量相對集中，通過后續(xù)的量化、編碼就能達到壓縮的目的。 第二代編碼方法主要有：基于分形的編碼方法、基于模型的編碼方法、基于區(qū)域分割的編碼方法和基于神經(jīng)網(wǎng)絡的編碼方法等。從此開始，視頻編碼的技術(shù)得到迅速的發(fā)展和應用，制定了多個視頻編碼的國際標準，即國際電信聯(lián)盟ITU— T 關于電視電話／會議電視的視頻編碼標準 H26 H． 263 及 H． 264 和國際標準化組織 ISO 和國際電工委員會 IEC 關于活動圖像的編碼標準 MPEG． MPEG． 2 和 MPEG MPEG． 2 的制定，充分的考慮了對 MPEG． 1 兼容，對圖像質(zhì)量和數(shù)據(jù)率的多層次需求，因此其最大的特點在于支持格式多、兼容性好并易于擴展。 1．通用 PC 機軟件實現(xiàn) 通用 PC 的發(fā)展異常迅速，目前可以已近 1000 元買到 Intel 雙核處理器，單核主頻是 2330MHZ(參考 2021 年 3 月 24 日 Intel Core2 Duo E6550 報價 )。廠商提供了非常多的開發(fā)資源，便于開發(fā)人員的快速上手。綜合考慮各種成熟的設計方案后，選用 ADSP． BF561 進行 MPEG． 4 實時編碼系統(tǒng)的