基于DSP的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)綜述456456

1、DSP期末考核報(bào)告報(bào)告題目：基于DSP的視頻編解碼綜述專 業(yè) 電子信息科學(xué)與技術(shù) 班 級(jí) 電信081班 學(xué) 號(hào) 200816022104 學(xué)生姓名 陶坤 指導(dǎo)教師 張 果 設(shè)計(jì)時(shí)間 2010-2011學(xué)年下學(xué)期教師評(píng)分2011年6月14日目錄摘要IAbstractI一、視頻編解碼器的工作原理2二、DSP的特點(diǎn)3三、H. 264 的視頻編解碼的DSP 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)45、結(jié)束語8四、課程總結(jié)9五、參考文獻(xiàn)9摘要DSP（digital signal processor）是一種獨(dú)特的微處理器，是以數(shù)字信號(hào)來處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號(hào)，轉(zhuǎn)換為0或1的數(shù)字信號(hào)。它不僅具有可編程性，而且其實(shí)時(shí)

2、運(yùn)行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬條復(fù)雜指令程序，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。摘要：H.264是最新的視頻編碼國際標(biāo)準(zhǔn)，是圖像通信研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題之一，利用高性能數(shù)字信號(hào)處理器來實(shí)現(xiàn)H.264實(shí)時(shí)編解碼是一種快速有效的方法，有助于H.46視頻標(biāo)準(zhǔn)的迅速推廣和應(yīng)用。Tl公司生產(chǎn)的DM64X系列芯片具有很強(qiáng)的并行處理能力和信號(hào)處理功能，是實(shí)現(xiàn)H.264編解碼的理想平臺(tái)：給出視頻編解碼在DSP中實(shí)現(xiàn)的一些關(guān)鍵問題，針對(duì)DM642的整體系統(tǒng)方案，設(shè)計(jì)出為H.264的實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)搭建了良好的硬件平臺(tái)，并給出系統(tǒng)的性能測(cè)試結(jié)果。解碼速度達(dá)到了實(shí)時(shí)的效果，圖像主觀質(zhì)量較好，無明顯方塊效應(yīng)

3、，碼率也比較低。關(guān)鍵詞：H.264標(biāo)準(zhǔn)；數(shù)字信號(hào)處理器；視頻編解碼；DM642AbstractDSP (digital signal processor) is a unique microprocessors, With digital signal to deal with lots of information devices. Its principle of work is an analog signal, Convert to 0 or 1 of digital signal. It is not only a programmable sex, and in fact slid

4、e may run at speeds of up to ten million instructions per second article of complex procedures, far more than general microprocessors, digital electronic world is increasingly important computer chips. Abstract:H.264 is a new video international standard.It becomes an important content of image comm

5、unication research field.Based on high-performance Digital Signal Processor(DSP) to implement H.264 video Encoder is one of most efficient methods,which also helps to promote the application of H.264.DM64X produced by TI Company have strong capacity of parallel processing and signal processing that

6、it is considered to be just the ideal platform.The key points to realize video encoding in DSP.The whole system scheme based on DM642 is given.H.264 is realized and the performance of this system is given.The decoding speed has achieved the real-time effect,the image subjective quality is good,not o

7、bvious block effect,the code rate is also quite low. Keywords:H.264 standard;DSP;video encoding and decoding;DM642 一、視頻編解碼器工作原理視頻編碼器是一種通過壓縮和解壓縮的方式，將模擬視頻流經(jīng)過壓縮后轉(zhuǎn)為數(shù)字視頻流通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。其技術(shù)重點(diǎn)包括：壓縮格式和傳輸方式 。壓縮格式目前有MPEG1，MPEG2，MPEG4，及H.264；傳輸方式有通過E1專線，ATM,SDH,及IP網(wǎng)絡(luò)。下面針對(duì)H. 264 編碼的關(guān)鍵技術(shù)展開討論：1. 1 基于靈活分割宏塊(MB) 的運(yùn)動(dòng)矢量估計(jì)和

8、補(bǔ)償以及增加變換的壓縮效果。1. 2 支持1/ 4 像素或1/ 8 像素精度的運(yùn)動(dòng)估值1. 3 多參考幀預(yù)測(cè)1. 4 消除塊效應(yīng)適應(yīng)性濾波器1. 5 增強(qiáng)的熵編碼。III二、DSP的特點(diǎn)DSP微處理器（芯片）一般具有如下主要特點(diǎn)：（1）在一個(gè)指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法；（2）程序和數(shù)據(jù)空間分開，可以同時(shí)訪問指令和數(shù)據(jù)；（3）片內(nèi)具有快速RAM，通?？赏ㄟ^獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時(shí)訪問；（4）具有低開銷或無開銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持；（5）快速的中斷處理和硬件I/O支持；（6）具有在單周期內(nèi)操作的多個(gè)硬件地址產(chǎn)生器；（7）可以并行執(zhí)行多個(gè)操作；（8）支持流水線操作，使取指、譯碼和執(zhí)行等操作

9、可以重疊執(zhí)行。 當(dāng)然，與通用微處理器相比，DSP微處理器（芯片）的其他通用功能相對(duì)較弱些。 DSP優(yōu)點(diǎn)： 對(duì)元件值的容限不敏感，受溫度、環(huán)境等外部因素影響?。蝗菀讓?shí)現(xiàn)集成； 可以分時(shí)復(fù)用，共享處理器； 方便調(diào)整處理器的系數(shù)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)濾波； 可實(shí)現(xiàn)模擬處理不能實(shí)現(xiàn)的功能：線性相位、多抽樣率處理、級(jí)聯(lián)、易于存儲(chǔ)等； 可用于頻率非常低的信號(hào)。 DSP缺點(diǎn)： 需要模數(shù)轉(zhuǎn)換； 受采樣頻率的限制，處理頻率范圍有限； 數(shù)字系統(tǒng)由耗電的有源器件構(gòu)成，沒有無源設(shè)備可靠。 但是其優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過缺點(diǎn)。三、H. 264 的視頻編解碼的DSP 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)在數(shù)字圖像處理中, 要完成大量的數(shù)字信號(hào)處理工作, 特別是對(duì)于H. 2

10、64 這樣的新一代視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)。就其Baseline 而言, 其解碼復(fù)雜度是同等情況下H. 263 的2 倍, 而編碼復(fù)雜度更是H. 263 的3 倍, 解決這種高運(yùn)算量問題, 很大程度上依賴于高速DSP 技術(shù),而且采用半導(dǎo)體制造工藝生產(chǎn)的DSP 處理器可以有更低的功耗。因此為圖像的實(shí)時(shí)壓縮處理搭建了一個(gè)合理的DSP 硬件平臺(tái)。TI 公司生產(chǎn)的DM64X 系列芯片具有超高主頻、很強(qiáng)的并行處理能力和信號(hào)處理功能, 是實(shí)現(xiàn)H. 264 編解碼的理想平臺(tái)。TI 公司生產(chǎn)的642 系列是一款專門面向多媒體應(yīng)用的專用DSP, 該DSP 時(shí)鐘頻率高達(dá)600 MHz, 8 個(gè)并行運(yùn)算單元, 處理能力達(dá)4

11、 800 MIPS。它是在C64X 的基礎(chǔ)上, 增加了很多外圍設(shè)備和接口。可見, DM642 是一個(gè)強(qiáng)大的多媒體處理器, 是構(gòu)成多媒體通信系統(tǒng)的良好平臺(tái)。它豐富的外圍接口使得它近乎是一個(gè)多媒體嵌入式系統(tǒng)的單芯片硬件平臺(tái); 它的完全可編程性, 又使它能夠兼容正在發(fā)展的各種多媒體信號(hào)處理標(biāo)準(zhǔn), 構(gòu)成通用的軟件平臺(tái)。該系統(tǒng)主要是為了對(duì)模擬視頻圖像( PAL 制式) 進(jìn)行采集, 之后對(duì)其進(jìn)行壓縮, 然后把壓縮后的數(shù)據(jù)通過擴(kuò)頻的方式發(fā)送到接收端, 在接收端接收碼流后由DSP 進(jìn)行解壓縮, 之后再由DSP 負(fù)責(zé)圖像的顯示, 存儲(chǔ)等。所以總體設(shè)計(jì)方案必須包括視頻的輸入/ 輸出、網(wǎng)絡(luò)等接口。設(shè)計(jì)圖如圖2 所示

12、。在發(fā)送端, 視頻輸出由視頻A/ D 芯片先轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻信號(hào), 然后輸入到DM642 的視頻端口2, 由DM642 進(jìn)行圖像采集, 并把圖像數(shù)據(jù)送入SDRAM 中,同時(shí)DM642 對(duì)視頻圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)壓縮, 并把壓縮后的數(shù)據(jù)通過McBSP 發(fā)送到信道編碼部分, 完成發(fā)送端的工作。在接收端, 接收由信道譯碼部分送來的壓縮圖像數(shù)據(jù), 然后由DM642 完成圖像的實(shí)時(shí)解壓, 并把解壓后的數(shù)據(jù)送到SDRAM 中, 然后把解壓后的圖像數(shù)據(jù)送入視頻端口0, 再由視頻端口0 把數(shù)據(jù)送入視頻D/ A, 完成視頻的實(shí)時(shí)顯示。圖2 中音頻/ 視頻接口作為擴(kuò)展, 10/ 100 Mb/ s 的以太網(wǎng)卡以及USB 控

13、制器外設(shè)主要是為了方便接收端直接把數(shù)字視頻信號(hào)傳送到計(jì)算機(jī)或者終端各處, 供電及復(fù)位電路完成對(duì)電路板的供電及復(fù)位功能。H. 264 的視頻編解碼的DSP 優(yōu)化將H. 264 編碼器移植到DM642 圖像處理平臺(tái)上,由于H. 264 的核心算法不僅在代碼結(jié)構(gòu)上需要改進(jìn),而且在具體的核心算法上也需要做較大的改動(dòng), 因此整個(gè)系統(tǒng)的編碼速度非常令人不滿意, 達(dá)不到實(shí)時(shí)應(yīng)用的要求, 因此需要從各個(gè)方面對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化, 將編碼的時(shí)間減少下去。首先去除了編碼器中的冗余代碼,然后優(yōu)化工作分三步: 在PC 機(jī)上實(shí)現(xiàn)H. 264 算法并進(jìn)行優(yōu)化; PC 機(jī)H. 264 代碼的DSP 化, 可以在DSP 上實(shí)現(xiàn)H

14、. 264 的編解碼算法, 但是, 這樣實(shí)現(xiàn)的算法運(yùn)行效率很低, 因?yàn)樗械拇a都是由C 語言編寫, 并沒有完全利用DSP 的各種性能, 所以必須結(jié)合DSP 本身的特點(diǎn), 對(duì)其進(jìn)一步優(yōu)化, 才能實(shí)現(xiàn)H. 264 視頻解碼器算法對(duì)視頻圖像的實(shí)時(shí)處理, 即要H. 264 的DSP 算法優(yōu)化。對(duì)于DSP 代碼的優(yōu)化共分為三個(gè)層次: 項(xiàng)目級(jí)優(yōu)化、C 程序級(jí)優(yōu)化、匯編程序級(jí)優(yōu)化。4 結(jié) 語在上述環(huán)境下, 解碼器算法對(duì)QCIF 測(cè)試序列已經(jīng)能夠達(dá)到45 60 f/ s 的解碼速度, 達(dá)到了實(shí)時(shí)性解碼的目的。測(cè)試結(jié)果表明, 圖像主觀質(zhì)量較好, 無明顯方塊效應(yīng), 碼率也比較低。另外, 圖像編碼的實(shí)時(shí)性能與圖像

15、的內(nèi)容、運(yùn)動(dòng)的劇烈程度等都有一定的關(guān)系。在DM642 板卡上實(shí)現(xiàn)的H. 264 視頻編解碼器具有功能強(qiáng), 使用靈活等特點(diǎn), 有廣泛的應(yīng)用前景。相信在不久的將來, 基于H. 264 算法和DSP 處理器的可視電話、視頻會(huì)議、有線電視、無線流媒體通信等產(chǎn)品會(huì)逐漸地走進(jìn)千家萬戶, 視頻編解碼器在嵌入式處理終端上的應(yīng)用會(huì)漸漸地成為應(yīng)用的主流。李賓, 高平. H. 264 編碼系統(tǒng)的特點(diǎn)及其應(yīng)用前景 J . 數(shù)字電視與數(shù)字視頻, 2007( 6) : 19- 20.四、課程總結(jié)通過本學(xué)期對(duì)數(shù)字信號(hào)處理MATLAB釋義與實(shí)現(xiàn)的學(xué)習(xí)，使我對(duì)數(shù)字處理有了一定的了解和認(rèn)識(shí)。在老師的帶領(lǐng)下從時(shí)域到頻域從連續(xù)到離散的信號(hào)處理，認(rèn)識(shí)到了數(shù)字信號(hào)處理中存在著很多的對(duì)偶關(guān)系。了解到了FFT算法節(jié)約了大量運(yùn)算時(shí)間和存儲(chǔ)空間，對(duì)數(shù)字信號(hào)處理的巨大貢獻(xiàn)。使得數(shù)字信號(hào)在計(jì)算機(jī)及嵌入式系統(tǒng)中得以實(shí)現(xiàn)從而豐富了我們的生活！進(jìn)一步加深了對(duì)MATLAB軟件的理解和認(rèn)識(shí)，了解到在信號(hào)處理和嵌入式開發(fā)中MATLAB已成為即方便又高效