H.264編解碼器在C6416 DSP上的實現(xiàn)與優(yōu)化

H.264編解碼器在C6416 DSP上的實現(xiàn)與優(yōu)化*
Implement of H.264 Codec Based-on C6416 DSP Platform

清華大學(xué)電子工程系 魏振宇 史_
清華大學(xué)電子工程系 高速信號處理研究所副所長 張旭東

*：本文項目榮獲2004年決賽的“2003年德州儀器DSP大獎賽”算法組第一名。

魏振宇：碩士生，主要從事視頻技術(shù)及DSP實現(xiàn)的研究；史_：碩士生，主要從事高速信號處理及其應(yīng)用的研究；張旭東，博士，研究方向為多媒體信號處理、統(tǒng)計信號處理和實時信號處理系統(tǒng)。

摘要:H.264是由ITU-T和ISO聯(lián)合制定的新一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn),有著碼率低,質(zhì)量高的特點。C64x系列DSP是目前TI公司推出的性能最高的定點DSP,NVDK（Network Video Development Kit）是其很好的仿真平臺。本文介紹了H.264基于TIC6416DSP的優(yōu)化與實現(xiàn)方法，通過仿真實驗，編解碼器在Qcif格式下達(dá)到實時編解碼效果，能夠滿足實時通信要求。
   本文首先對NVDK和H.264做了簡單的介紹，然后介紹了H.264在DSP上實現(xiàn)和優(yōu)化的手段，最后給出實驗結(jié)果。
關(guān)鍵詞：H.264；NVDK；數(shù)字信號處理器（DSP）

一．引言
隨著通信技術(shù)和信號處理技術(shù)的發(fā)展，人們對多媒體信號的需求越來越多，要求的質(zhì)量也越來越高，如何在現(xiàn)有的技術(shù)水平和硬件條件下實現(xiàn)合理、優(yōu)化、實時的多媒體通信終端設(shè)備和產(chǎn)品一直是近年來信號處理領(lǐng)域和相關(guān)公司關(guān)注的話題。
目前，隨著數(shù)字信號處理器(DSP)的高速發(fā)展，為我們實現(xiàn)高效的多媒體處理提供了可能性。尤其是TI公司的TMS320C64系列產(chǎn)品，具有高主頻，多流水線，高并行度以及專門的視頻信號處理指令等優(yōu)點，使其成為視頻處理領(lǐng)域優(yōu)選的DSP芯片之一。
其次，針對當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)帶寬還不夠，無線通信信道誤碼率較高的情況，穩(wěn)定的低碼率視頻信號的需求一直都是必須和必要的。H.264/AVC是ITU-T視頻編碼專家組和ISO/IEC運動圖像專家組聯(lián)合提出的最新一代的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。不論從編碼的效率方面，還是從有效的適應(yīng)各種網(wǎng)絡(luò)和各種應(yīng)用領(lǐng)域的靈活性方面，H.264/AVC都體現(xiàn)著視頻編碼技術(shù)的很多優(yōu)勢。這些新特性使H.264/AVC標(biāo)準(zhǔn)在實現(xiàn)和現(xiàn)有編碼標(biāo)準(zhǔn)(H.263, MPEG-4 Simple Profile)相同視覺效果的同時節(jié)省大約50%比特率。
因此，將H.264的先進(jìn)技術(shù)和穩(wěn)定的媒體處理器相結(jié)合，實現(xiàn)高效的媒體通信平臺有著一定的工程意義和市場價值。

二．H.264簡介
H.264是ITU-T和ISO/IEC聯(lián)合制定的最新編碼標(biāo)準(zhǔn)，它最先由ITU-T于1997年提出，目標(biāo)是提出一種更高性能（相對于當(dāng)時的H.263）的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。相對于其它標(biāo)準(zhǔn)，H.264具有以下特點：
1.  低碼率，高質(zhì)量
在相同質(zhì)量的情況下，H.264相對于H.263的Baseline可以節(jié)約40%~50%的碼率。
2.  廣闊的應(yīng)用范圍
H.264的不同Profile既可以應(yīng)用于有嚴(yán)格時延限制的實時通信中,也可以應(yīng)用于對時延要求不高的其他應(yīng)用中（視頻存儲、流媒體等等）。
3.  魯棒性
H.264在設(shè)計時，針對分組交換網(wǎng)如Internet中的分組丟失和無線網(wǎng)絡(luò)中比特誤碼都提出了相應(yīng)的工具，使得H.264在這些網(wǎng)絡(luò)中傳播時具有更強的抗誤碼性能。
4.  對各種網(wǎng)絡(luò)的友好性。
H.264中增加了NAL層，負(fù)責(zé)將編碼器的輸出碼流適配到各種類型的網(wǎng)絡(luò)中，從而提供了友好的網(wǎng)絡(luò)接口。
H.264之所以能夠達(dá)到以上性能，是因為采用了以下一些先進(jìn)的技術(shù)：
首先是幀內(nèi)預(yù)測編碼，充分利用圖像空域相關(guān)性，來降低碼率。共有13種預(yù)測模式（4