基于OMAP的MPEG-4實(shí)時解碼器的實(shí)現(xiàn)

2．2 在OMAP1510上的程序結(jié)構(gòu)
    在OMAP上開發(fā)程序通常分為兩部分，一部分是使用Embedded Visual C開發(fā)ARM端程序，另一部分是使用TI CCS開發(fā)DSP端程序。前者主要是為了使設(shè)計(jì)的算法與xDAIS（eXpressDSP TM算法標(biāo)準(zhǔn)）兼容，在ARM端程序中調(diào)用一些DSP/BIOS橋的API實(shí)現(xiàn)在DSP上初始化信號處理任務(wù)、與DSP任務(wù)交換消息、對來自DSP和從DSP發(fā)出的數(shù)據(jù)流進(jìn)行緩沖、暫停、繼續(xù)、刪除DSP任務(wù)并進(jìn)行資源狀態(tài)查詢等。而具體的功能實(shí)現(xiàn)則是在DSP端完成。圖2顯示了TI-enhanced ARM925應(yīng)用程序與DSP節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系。

    通過寫節(jié)點(diǎn)封裝器的創(chuàng)建、執(zhí)行及刪除函數(shù)，將xDAIS算法封裝于DSP節(jié)點(diǎn)中。創(chuàng)建函數(shù)可分配節(jié)點(diǎn)處理和xDAIS算法所需的存儲器，還可分配節(jié)點(diǎn)的相關(guān)模塊。這些模塊是傳遞到執(zhí)行和刪除函數(shù)的一種結(jié)構(gòu)。創(chuàng)建函數(shù)還可給出xDAIS算法的實(shí)例，并可將其激活，還可初始化任何在任務(wù)執(zhí)行前必須初始化的數(shù)據(jù)或參數(shù)。執(zhí)行函數(shù)是主要的分派函數(shù)，在此函數(shù)執(zhí)行階段中一般不分配存儲器及其它資源。執(zhí)行函數(shù)一般包括消息處理循環(huán)，該循環(huán)可中斷函數(shù)并等待來自ARM925的消息或數(shù)據(jù)流，然后節(jié)點(diǎn)將這些消息或數(shù)據(jù)分派到合適的xDAIS控制或處理任務(wù)中去。同時執(zhí)行函數(shù)查詢DSP/BIOS橋所發(fā)送的指示函數(shù)退出循環(huán)的特殊消息，然后檢查定制消息或流數(shù)據(jù)，并對這些消息或數(shù)據(jù)流進(jìn)行適當(dāng)處理。刪除函數(shù)清空創(chuàng)建函數(shù)所分配的資源，包括相關(guān)模塊和數(shù)據(jù)流。刪除函數(shù)還必須關(guān)閉算法、釋放存儲器以及分配給節(jié)點(diǎn)的其它資源。
2．3 程序的優(yōu)化考慮
    (1)合理分配存儲位置。TMS320C55x的片內(nèi)存儲器容量小而存取速度快，片外存儲器容量大但存取速度慢。在分配存儲器的時候應(yīng)考慮到這個特點(diǎn)合理地安排程序各部分。對于那些使用頻繁的變量應(yīng)考慮放在片內(nèi)，如VLC表、運(yùn)動矢量、反量化、反DCT的系數(shù)以及其它中間變量都應(yīng)放在片內(nèi),而對于那些執(zhí)行次數(shù)比較少或者比較大的變量如參考幀和當(dāng)前解碼出的幀則應(yīng)該放在片外。此外由于編譯和分配空間是以文件為單位的，所以應(yīng)當(dāng)把使用頻繁的函數(shù)盡量放在相同的幾個文件中,再將這幾個文件放入片內(nèi)存儲器以高效地利用有限的片內(nèi)資源。
    (2)數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓芾怼τ谝曨l解碼工作來說,TMS320C55x的片內(nèi)存儲器資源不是很多,必須合理利用。例如一幀4:2:0的QCIF(176×144)圖像,如果以緊湊的方式(2個字節(jié)存到一個16bit的字中)存放也需要18K字。因此不可能在解碼時把一整幀都放在片內(nèi),而應(yīng)考慮使用DMA在需要時把圖像的一部分傳入片內(nèi)進(jìn)行處理。此外，為了使CPU訪問和DMA傳輸同時無沖突地進(jìn)行,將數(shù)據(jù)訪問設(shè)計(jì)成乒乓結(jié)構(gòu)。在解I幀時片內(nèi)準(zhǔn)備兩個大小為一宏塊行的存儲區(qū)用于存放YUV數(shù)據(jù),CPU將解碼的一宏塊行數(shù)據(jù)放在其中一塊后,DMA把這一宏塊行的數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡鈱?yīng)的位置,同時CPU解下一宏塊行的數(shù)據(jù)并將結(jié)果放在另外一塊存儲區(qū),DMA再傳送此塊的數(shù)據(jù),如此反復(fù)執(zhí)行。選擇兩宏塊行大小的原因是不能使用片內(nèi)太多的存儲器資源,同時如果每次解碼傳輸?shù)臄?shù)據(jù)太少將過于頻繁地啟動DMA，導(dǎo)致效率下降,折衷考慮決定在片內(nèi)為解碼數(shù)據(jù)開辟兩宏塊行大小的緩存。而在解P幀的時候因?yàn)橐茸x入?yún)⒖紟哪承?shù)據(jù)所以更為復(fù)雜。在片內(nèi)開辟兩塊緩存，用以存放對Inter宏塊進(jìn)行運(yùn)動補(bǔ)償所需的參考幀中對應(yīng)搜索范圍內(nèi)的數(shù)據(jù),同時準(zhǔn)備兩個宏塊大小的片內(nèi)空間用于存放當(dāng)前宏塊解碼的結(jié)果（為描述方便稱為M1和M2）。此時需要使用兩個DMA通道,通道1負(fù)責(zé)將解當(dāng)前宏塊進(jìn)行運(yùn)動補(bǔ)償時所需的參考幀部分?jǐn)?shù)據(jù)讀到片內(nèi)緩存中，通道2負(fù)責(zé)將解碼的數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡鈱?yīng)的空間。先啟動通道1讀所需參考幀數(shù)據(jù)到緩存1，CPU用這些數(shù)據(jù)和讀入的碼流對Inter宏塊進(jìn)行運(yùn)動補(bǔ)償解出當(dāng)前宏塊的數(shù)據(jù)放入M1，同時通道1讀下一宏塊所需的參考幀數(shù)據(jù)到緩存2。之后CPU、通道1、通道2并行工作，CPU利用緩存2的數(shù)據(jù)解下一宏塊放入M2，通道1再讀數(shù)據(jù)到緩存1中，通道2將解碼的數(shù)據(jù)從M1傳輸?shù)狡鈱?yīng)的空間，如此循環(huán)，P幀利用DMA解碼如圖3所示。

    (3)使用TI提供的IMGLIB庫函數(shù)。IMGLIB是專門為圖像處理和視頻提供的庫，用來提高視頻處理速度。這些庫函數(shù)中有的是軟件庫函數(shù)，是用匯編寫成的高效代碼例如反量化函數(shù)IMG_dequantize_8x8等；有的則是硬件庫函數(shù)，它們利用OMAP1510芯片中一些專門為視頻編解碼的硬件加速模塊來處理數(shù)據(jù)，如利用反DCT模塊的IMG_idct_8x8等，這些函數(shù)處理數(shù)據(jù)的速度更快，效率更高。在使用某些庫函數(shù)的時候需要按照其接口的要求調(diào)整。
    (4)使用DSP內(nèi)部固定的intrinsics指令，這些指令主要執(zhí)行一些簡單的算術(shù)操作，由于它們是由優(yōu)化的匯編代碼寫成，因而使用它們可以提高代碼執(zhí)行的效率。
    (5)其它一些優(yōu)化考慮和措施。為了使程序的效率更高，采用了一些代碼優(yōu)化的措施，例如將一些循環(huán)內(nèi)部展開，特別是對多重循環(huán)的控制，如果外層循環(huán)較少，可將內(nèi)層循環(huán)展開，把轉(zhuǎn)移條件結(jié)合起來，以減少內(nèi)層與外層之間的相互聯(lián)系，減少判斷轉(zhuǎn)移并實(shí)現(xiàn)并行操作。又如利用DMA來代替原有的復(fù)制函數(shù)、為方便將浮點(diǎn)數(shù)定點(diǎn)化、使用移位操作代替乘除法等。此外，在應(yīng)用到多媒體通信中，采用支持?jǐn)?shù)據(jù)分割的方法來有效控制無線通信中可能產(chǎn)生的誤碼。
3 測試結(jié)果
    使用QCIF(176×144)的兩測試碼流foreman和carphone（各編碼100幀）在使用數(shù)據(jù)分割和沒使用數(shù)據(jù)分割的情況下得到的解碼速度（包括顯示部分）如表1所示。