來源：單片機及嵌入式系統應用  作者：華中科技大學 張迅

摘 要：H．264標準擁有比其他視頻編碼標準更好的壓縮性能，但計算復雜度高，限制了H．264標準的應用。Blackfin處理器是ADI公司推出的低功耗、高性能的定點DSP芯片，有極高的性價比，是H．264標準DSP實現的理想平臺。文中探討在Blackfin處理器上通過多種優化技術實現H．264實時解碼器的方法。并給出實驗結果。
關鍵詞：H．264 Blackfin ADSP 實時解碼器 BF533
　
引 言
H．264是ITU T的VCEG和ISO／IEC的MPEG聯合成立的聯合視頻組JVT(Joint Video Tearn)共同制定的新視頻編碼標準，定位于覆蓋整個視頻應用領域。H．264標準采用了基于可變大小宏塊的運動補償、多幀參考、整數變換、基于1／4像素精度的運動估計、去塊效應濾波器等新技術，因而獲得更好的壓縮性能，同時也導致了運算量的大幅度增加。

Blackfin處理器采用了ADI公司和英特爾公司共同開發的微信號結構，在結構中加人專門的視頻處理指令，工作頻率高達756 MHz，能完成12OOM次／s乘加操作。與采用超標量結構或超長指令集的DSP(如TI的C6000系列)相比，Blackfin處理器在功耗、成本方面具有很大的優勢，非常適合嵌入式的視頻應用。
　
1 H．264視頻編碼標準
H．264視頻編解碼器的基本結構與早期的編碼標準(H．263、MPEG4等)相似，都是由運動補償、變換、量化、熵編碼、環路去塊效應濾波器等功能單元組成的。H．264標準的改進主要體現在各功能模塊內部。H_264的重大改進表現在以下幾個方面：
①高精度的基于1／4像素精度的運動預測。
②多種宏塊劃分模式。每個宏塊(16×16像素)的亮度分量有7種分區方法：16×16、16×8、8×16、8×8、8×4、4×8、4×4。
③多幀預測。在幀間編碼時，可選5個不同的參考幀。
④整數變換。采用基于4×4像素塊的整數變換代替DCT變換。
⑤H_264／AVC支持兩種熵編碼方法，即CAVLC(基于上下文的自適應可變長編碼)和CABAC(基于上下文的自適應算術編碼)。CAVLC的抗差錯能力比較高，而編碼效率比CABAC低；CABAC編碼效率高，但需要的計算量和存儲容量更大。
⑥幀內預測編碼。H．264采用了多種設計合理的幀內預測模式，大大降低了I幀的編碼率。
⑦網絡適配層NAL(Network Abstraction Layer)為視頻編碼層提供一個與網絡無關的統一接口，使視頻編碼數據能適應不同的網絡應用環境。
H．264分為7種不同的框架(profile)——Baselineprofile、Main profiIe、Extended profile、High profik、High10 profik、High4：2：2 profile和High 4；4：4，分別代表不同的技術限制和算法集合。其中baseline prome的使用是不收版權費的。
　
2 基于ADSP—BF533的軟硬件實現平臺
硬件平臺采用ADI公司的ADSP—BF533 EZ—kit Lite評估板。此評估板包括l塊ADSP—BF533處理器，32MB SDRAM，2 MB Flash，ADVl836音頻編解碼器外接4輸入／6輸出音頻接口，ADV7183視頻解碼器和ADV7171視頻編碼器外接3輸入／3輸出視頻接口，1個UART接口，1個USB調試接口，1個JTAG調試接口。評估板系統結構框圖如圖1所示。

　
評估板上采用的ADSP—BF533處理器，工作頻率高達756 MHz。該處理器有以下特點：雙16位乘法累加器；雙40位算術邏輯單元(ALU)；4個8位視頻ALU；1個40
位移位器；專用的視頻信號處理指令；148 KB的片內存儲器(16 KB可作為指令Cache，32 KB可作為數據Cache)；動態電源管理功能等。Blackfin處理器還包括豐富的外設和接口：EBIU接口(4個128 MB SDRAM接口，4個l MB異步存儲器接口)，3個定時／計數器，1個UART，1個SPI接口，2個同步串行接口，1路并行外設接口(支持ITU一656數據格式)等等。Blackfin處理器在結構上充分體現了對媒體應用(特別是視頻應用)算法的支持。

軟件驗證采用如下方式：首先，通過DSP仿真器將H．264編碼文件拷貝到評估板的存儲器里。然后，軟件從存儲器中讀取編碼文件的數據，進行解碼操作。最后，將解碼的數據通過PPI接口輸出到ADV7171芯片，ADV7171芯片將輸入的視頻數據編碼為PAL格式輸出到顯示器上二進行顯示。

Blackfin處理器的軟件開發平臺是VisualDSP++4．0。
　
3 H 264實時解碼器軟件設計
3.1軟件總體設計
為了實現實時解碼的要求，需要優化程序的設計。優化流程如下：
①在PC機上進行算法的驗證和評估、優化程序的流程設計和數據結構設計。
②將程序代碼移植到Blackfin處理器。在Visual—DSP++集成開發環境里進行編譯，刪除PC平臺相關的代碼，添加DSP平臺相關的代碼。
③進行基于DSP平臺的優化操作。設置速度優化的編譯參數，進行C語言級的優化，用匯編指令改寫最耗時的函數，通過使用專用的向量指令和并行指令減少函數的執行時間。

3.2 在PC機上實現并優化解碼器程序
解碼器程序參考了JM9．6，并在以下方面作