H.264在ADSP-BF561上的實現(xiàn)與優(yōu)化
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2.1.2 ADSP-561 EZkite
ADSP-BF561視頻編碼器平臺采用ADI公司的ADSP-BF561 EZ-kit Lite評估板。此評估板包括1塊ADSP-BF561處理器、32 MB SDRAM和4 MB Flash，板中的AD-V1836音頻編解碼器可外接4輸入/6輸出音頻接口；而ADV7183視頻解碼器和ADV7171視頻編碼器則可外接3輸入/3輸出視頻接口。此外，該評估板還包括1個UART接口、1個USB調(diào)試接口和1個JTAG調(diào)試接口。攝像頭輸入的模擬視頻信號經(jīng)視頻芯片ADV7183A轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，此信號從ADSP-BF561的PPI1(并行外部接口)進入ADSP-BF561芯片進行壓縮，壓縮后的碼流則經(jīng)ADV7179轉(zhuǎn)換后從ADSP-BF561的PPI2口輸出。此系統(tǒng)可通過Flash加載程序，并支持串口及網(wǎng)絡(luò)傳輸。編碼過程中的原始圖像、參考幀等數(shù)據(jù)可存儲在SDRAM中。
2.2 算法選取與優(yōu)化方案
2.2.1 算法選取
H.264實現(xiàn)的源代碼不止一種，其中最常見的有JM、X264和T264。對比這三種實現(xiàn)源代碼，X264比T264具有更高的效率。而且相比廣泛采用的JM編碼模型，X264在兼顧編碼質(zhì)量的同時大幅度地提升了編碼速度，所以選取X264作為算法原型。
2.2.2 優(yōu)化方案
該優(yōu)化方案從三個層次對算法進行優(yōu)化：算法層次、代碼層次、平臺層次。下面介紹具體優(yōu)化方法。
2.2.2.1 編碼器具體參數(shù)的選擇
該編碼器使用main檔次，I、B、P幀量化值分別為26、31、29，流控參數(shù)選為CBR。IDR幀間隔設(shè)為50，B幀間隔為2幀。這樣的選擇是為了在速度和運算量上取折中。選用B幀并將其量化值加大，可比baseline檔次、IPPP結(jié)構(gòu)提高約10%的壓縮率。而B幀的計算量，因其不用做參考幀，故無需進行去塊濾波和插值計算，在31的qp下，很多塊會被判做skip模式編碼，因而多數(shù)時B幀總運算量候反而較P幀低。
2.2.2.2 算法層次的優(yōu)化
算法層次的優(yōu)化主要是指在參數(shù)選定的情況下，對部分算法所作的替換或優(yōu)化。和參數(shù)的選擇一樣，算法層次優(yōu)化也主要受優(yōu)化策略的指導(dǎo)。如運動匹配準則是選用SSD、SAD或SATD。如果只看中準確程度，則選擇SSD最佳；如果只看中運行速度，則選擇SAD最佳；如果要兼顧二者，則選用SATD是比較好的一個方案。在進行算法優(yōu)化時還應(yīng)該注意一個問題，即要考慮實際運行平臺的支持情況。如在追求速度的策略下，匹配準則選用SAD，如果只計算一半的點則會大大降低運算速度。但是如果考慮ADSP-BF561匯編指令的設(shè)計情況，就會發(fā)現(xiàn)這樣做反而會增加指令數(shù)，會使速度更低。算法層次優(yōu)化包括如下幾個部分：
(1)除法求余。改進策略是浮點型算法盡量改為整型，64位盡量改為32位，32位盡量改為16位。而對于某些計算比較多的，則改為查表計算。在ADSP-BF561平臺上，一次32位整形除法需耗時300個CYCLE，而查表僅需幾個CYCLE，這樣的改進能顯著提高速度。
(2)飽和函數(shù)。在視頻的計算中，幾乎每次像素的計算都會調(diào)用飽和函數(shù)，X264代碼的實現(xiàn)中已將這部分代碼改為查表函數(shù)，在其他的編解碼器實現(xiàn)中也有將這部分改為一個判斷和幾個邏輯運算的形式。對大部分DSP平臺，采用判斷跳轉(zhuǎn)會打斷流水線，即使平臺有比較好的跳轉(zhuǎn)預(yù)測功能，打斷流水仍然會造成stall。所以查表方法是一種高效方法。而在ADSP-BF561匯編指令中，可以通過設(shè)置指令后綴或使用某些特殊指令來進行飽和工作。甚至不用查表，在不同的場合使用不同的飽和算法能大大提高代碼的執(zhí)行效率。
(3)MC部分函數(shù)。實測中發(fā)現(xiàn)MC部分函數(shù)運行效率不如ffmpeg解碼器中MC部分效率高，所以將這部分代碼用ffmpeg中的相應(yīng)部分替換。此外qpel16_hv函數(shù)中計算有冗余，減少這些冗余能提高代碼運行效率。
(4)算法替代和改進。幀間預(yù)測的改進：關(guān)于算法的改進主要集中在對me（motion estimation）的改進上，流程如圖2所示。costmin1=min(cost16，cost8，cost16×8，cost8×16)，costmin2=min(costmin1，costsub)，依次在16×16、8×8、16×8和8×16大小宏塊的整像素位置做預(yù)測，再做次像素估計和幀內(nèi)預(yù)測，選用匹配準則函數(shù)（采用sad作為匹配準則函數(shù)）取得最小值的模式進行編碼。每計算一種模式，都將sad值與一個經(jīng)驗閥值做比較。當sad值小于這個閥值時，立即結(jié)束運動估計，從而減少運算量。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/166951.htm
幀內(nèi)預(yù)測的改進：H.264標準所采用的幀內(nèi)預(yù)測模式除了DC模式都具有方向性，相鄰4×4塊都具有相關(guān)性。根據(jù)這樣的相關(guān)性，只將當前4×4塊上邊和左邊選用預(yù)測模式及其相鄰的兩種預(yù)測模式作為當前4×4塊的預(yù)測模式，當其閥值都大于一個經(jīng)驗閥值時，才采用DC模式。這樣的方案不用一一計算9種預(yù)測模式，在復(fù)雜度、編碼效率、質(zhì)量和速度上取了一個折中。流程如圖3所示。
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