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《低码率视频编码算法的并行性及实时实现_蒋晓宁》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第35卷第2期浙江大学学报(工学版)Vol.35№.22001年3月JournalofZhejiangUniversity(EngineeringScience)Mar.2001低码率视频编码算法的并行性与实时实现蒋晓宁,王进,叶澄清(浙江大学计算机科学与工程学系,浙江杭州310027)摘要:讨论了计算密集型低码率视频编码算法H.263的并行性问题,根据它的数据相关性,将其分解为7个任务.对算法最费时的运动向量搜索部分提出了快速算法.针对TI的TMS320C80多媒体多处理器芯片,讨论了调度策略.最后给出了基于该芯片的实时实现结果.关键词:视频编码;数据相关;快速搜索;
2、并行调度中图分类号:TP301;TN919文献标识码:A文章编号:1008-973X(2001)02-0214-06近几年,多媒体技术取得了巨大进展,并得到广泛应用.其核心技术之一的数字视频压缩编码[1～3]受到普遍重视.特别是关于视频信号的甚低码率编码是当前国际上的一个研究热点.这些新技术的基本思想是基于对象进行编码,很有发展前途,但目前还不够成熟.继ISO和ITU等标准化组织在制定MPEG1,MPEG2,H.261等视频编码国际标准之后,ITU又于1996年公布了H.263.它是甚低码率通信的视频编码标准,主要是针对普通电话网络PSTN(PublicSwitched
3、TelephoneNetwork).H.263在视频会议系统、可视电话、远程医疗诊断、远程监控等领域存在着广阔的应用前景.它在H.261基础上引入了半象素精度运动估值技术,同时建议了四种可选的新技术,从而改善了编码性能,大大地减少了H.261在低码率应用时出现的方块效应.本文主要针对H.263进行讨论.[4]H.263算法计算量很大,要实时实现它有两种途径:一是改进算法,尤其是对占整个算法大[5,6]部分计算量的运动向量搜索算法的改进;二是用强大的硬件支持.本文同时采用了这两种办法,主要问题是算法与硬件的有机结合,即对H.263进行并行性改造,并在TI(TexasIns
4、truments)的[8]多处理器芯片TMS320C80上实现.1TMS320C80及H.263概述TMS320C80是美国德州仪器公司TI新推出的由5个独立运行的处理器组成的单片MIMD多处理器系统,其中4个是信号处理器(DSPs),另一个是RISC主处理器(MP).其结构框图如图1所示,除外部RAM外,所有功能单元都位于片内.C80含有有限数量的片内存储器和高速缓存.处理器能直接存取片内存储器,对外部存储器的存取由传输控制单元(TC)来管理.主处理器含有高速数据缓存,从程序的角度看,它可以透明地访问外存.而4个DSPs则没有高速数据缓存,因此,要求TC将数据取入内存
5、之后才能对其进行操作.H.263是一种基于块的编码算法.将一幅图像分成16×16的宏块,其中含亮度信息和色度信息.以宏块为单位进行运动估值,对残差信号进行DCT变换,然后对结果进行量化和变字长编码.其框图如图2所示.H.263建议了4种可选的编码技术:·基于语法的算术编码.·高级预测模式.收稿日期:1998-03-05作者简介:蒋晓宁(1969-),男,重庆人,浙江大学博士,从事多媒体通讯、网络安全的研究.第2期蒋晓宁,等:低码率视频编码算法的并行性与实时实现215·无限运动向量模式.·PB帧模式.H.263规定了最终比特流的语法、语义及解码过程.它并没有描述具体的编码
6、过程.它是一个开放的标准,具体的编码过程留给实现者去竞争.图1TMS320C80功能框图Fig.1FunctionunitsofTMS320C80图2H.263编码器框图Fig.2H.263Encoder2并行性并行需要把算法分解为适当的任务,以便通过适当的调度策略达到各处理器负载平衡,从而使系统的效率最高,吞吐量最大.在将H.263进行并行性分解时,要考虑到以下原则:·数据相关性.指一个操作需要另一个操作的结果.·TMS320C80是一个MIMD系统,为了降低因同步而产生的大量开销,调度的任务应是粗粒度的.·各处理器的内部RAM只有6KB字节,为了避免数据在内部RAM
7、与外部RAM间频繁地换进换出,宜将对同一数据进行处理的所有操作划分于同一任务中.·对于实时实现,编码延迟应尽量小.一幅图像是作为一个像素序列来捕捉的,这也是要考虑的一个因素.216浙江大学学报(工学版)2001年鉴于以上的原则,算法分解为7个任务,各任务的主要操作列于表1.其中,任务5和6是在选择使用PB帧模式时才需要.表1算法分解为7个任务Tab.1Thealgorithmisdividedintoseventasks任务1:运动估值(粗搜索,一个像素精度).P向量的粗搜索;.MAD及其均值的计算;.帧内编码或帧间编码的判定.任务2:运
