AVS视频编码算法在达芬奇平台上的优化与实时实现

论文摘要

AVS是我国具备自主知识产权的第二代信源编码标准。其中第二部分:视频（AVS-P2）已获批成为国家标准。它的编码效率及竞争性与国际标准MPEG-4/H.264相当,并且具有计算复杂度低,专利授权费用低等优点。实时实现AVS编码器是AVS向新一代数字音视频产业广泛应用的关键。当前对视频编码的主流实现方案主要有三种:即基于PC的软解码、基于ASIC芯片的结构和基于数字信号处理器DSP的嵌入式系统。而DSP由于其强大的运算能力和灵活性得到了越来越多的重视并逐渐成为视频编码系统的主流开发方式。本文研究的目的是在性能强大的达芬奇平台TMS320DM6446上对AVS编码器进行优化,提高编码帧率,达到实时编码的要求。主要完成的工作有:研究了AVS的主要编码算法和关键技术以及TMS320DM6446平台的特点,为编码器的优化打下基础。结合DSP小而快的特点,对AVS整体编码流程进行了改动。采用I帧和P帧分开,亮度和色度分开,使得代码可以在DSP有限的资源上按宏块依次线性处理。最后按帧完成熵编码。对于帧间运动搜索在信噪比降低不大的代价下减少了其参考范围,使其在DSP上的实现复杂度降低。编码器编码效率的提高,关键还依赖于各核心模块的效率提高,因此论文中重要内容是针对编码器各个功能模块的特点,提出核心模块专门的优化方案,以使编码器的编码速度提高。就算法优化方面,采用了全零块提前判断、Skip模式提前判断和帧间快速搜索等快速算法;就代码优化方面,采用了DSP Cache的特点,对存储器进行了合理的分配,使DSP的Cache命中率提高,并且就各个重要的功能模块进行了C语言、线性汇编和汇编的深层优化。通过上述的优化方案,AVS视频编码器在D1格式下,编码I帧达到15.23帧/秒,编码P帧达到7.35帧/秒。如果去除熵编码时间,编码I帧可以达到32.12帧/秒,编码P帧可以达到15.52帧/秒。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 国内外视频压缩编码的发展历程
• 1.2 AVS 的视频编码原理和关键技术
• 1.2.1 AVS 视频编码器的原理
• 1.2.2 帧内预测
• 1.2.3 帧间预测
• 1.2.4 8×8 整数DCT/IDCT
• 1.2.5 量化/反量化
• 1.2.6 分像素插值
• 1.2.7 环路去块滤波
• 1.2.8 扫描
• 1.2.9 熵编码
• 1.3 达芬奇平台简介
• 1.3.1 TM5320DM6446 的结构特点
• 1.3.2 达芬奇的软件
• 1.3.3 达芬奇开发工具CCS
• 第二章 AVS 编码算法在DSP 上的整体优化方案
• 2.1 AVS 编码算法整体分析
• 2.2 AVS 编码算法优化
• 2.2.1 整体流程优化
• 2.2.2 全零块提前判断
• 2.2.3 skip 判断提前
• 2.2.4 帧间快速搜索
• 2.3 AVS 编码代码优化
• 2.3.1 使能并优化cache
• 2.3.2 存储器分配优化
• 2.3.3 C 语言、线性汇编及汇编优化
• 第三章 代码级的优化：帧内
• 3.1 C 语言
• 3.2 线性汇编
• 3.3 DSP 汇编
• 3.3.1 C64x+ DSP 指令集
• 3.3.2 并行指令介绍及注意事项
• 3.3.3 软件流水
• 3.4 帧内重要模块的优化
• 3.4.1 整数DCT/IDCT
• 3.4.2 量化/反量化
• 3.4.3 残差/重构
• 3.4.4 帧内预测
• 3.4.5 帧内滤波
• 第四章 代码级的优化：帧间
• 4.1 运动估计
• 4.2 分像素插值
• 4.2.1 二分之一像素插值
• 4.2.2 四分之一像素插值
• 4.3 SAD 计算
• 4.4 帧间滤波
• 第五章 实验结果分析及总结
• 5.1 实验结果分析
• 5.2 总结
• 5.2.1 本文中的工作
• 5.2.2 本文中的不足
• 5.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读研究生期间发表过的论文