基于ARM7的MPEG-4视频解码器的优化

基于ＡＲＭ７的ＭＰＥＧ一４视频解码器的优化

汤霄峰，郑善贤，胡强

（湖南大学电气工程与信息学院，湖南长沙４１００８２）

摘要：分析了ＡＲＭ７处理器的结构特点，针对解码器的优化特点和芯片的硬件结构，采用了算法级、语言级、ＡＲＭ级联合优化的方法，对标准ＭＰＥＧ一４解码过程进行了优化。通过本文所总结的ＡＲＭ７ＴＤＭＩ上视频解码的优化方法，可以使ＭＰＥＧ４视频解码节约大量的数据处理时间，能较好地满足低分辨率、低帧率场合实时解码的要求。

关键词：ＡＲＭ７；ＭＰＥＧ一４；视频解码器

中图分类号：ｍ１１

文献标识码：Ａ

ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＭＰＥＧ－４ｖｉｄｅｏｄｅｃｏｄｅｒｂａｓｅｄ

ｏｎ

ＡＲＭ７

ＴＡＮＧＸｉａｏ

Ｆｅｎｇ，ＺＨＥＮＧＳｈａｎＸｉａｎ，ＨＵＱｉａｎｇ

（Ｃｏｌｌｅｇｅ

ｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

ａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，Ｈｕｎａｎ

Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈ唧ｈａ４１００８２，Ｃｌｌｉ】蛆）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ

ｏｆＡＲＭ７

ｐｒｏｃｅｓｓｏｒｉｓ

ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｗｅ

ｒｅａｌｉｚｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ

ｏｆＭＰＥＧ－４

ｄｅｃｏｄｅｒｗｉｔｌＩａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ，ｌａｎｇｕａｇｅａｎｄＡＲＭｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ

ｍｅｔｈｏｄ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ

ｔｏ

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ＡＲＭ７

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ｔｈｅ

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＡＲＭ７；ＭＰＥＧ一４；ｖｉｄｅｏｄｅｃｏｄｅｒ

目前，手持设备的视频播放非常流行。一直以来，图本文选用ＡＲＭ７ＴＤＭＩ作为核心处理器进行ＭＰＥＧ－４像压缩大都采用Ｈ．２６３压缩算法，然而，由于ＭＰＥＧ一４视频解码器的开发。在实际开发过程中，针对ＡＲＭ７ＴＤ－标准的成熟，很多视频图像都已经采用ＭＰＥＧ一４算法进ＭＩ的结构和ＭＰＥＧ一４的算法特点，做了大量优化工作，

行压缩。本文旨在研究基于ＡＲＭ７微处理器的ＭＰＥＧ一４保证了解码精度，大幅度提高了解码速度。严格来说，

视频解码器的优化。利用嵌入式系统实现ＭＰＥＧ一４视频ＡＲＭ７处理能力有限，更适合用于控制类型的应用。由于

解码，处理器的选择是关键。在嵌入式系统中常用的其没有针对视频解码数据处理而进行优化设计，因而不ＲＩＳＣ处理器是ＡＲＭ核，因为它具有体积小、功耗低、成太适合于视频解码等数据处理类应用。但是由于该芯片本低、性价比高的特点，这对于移动应用领域非常重要。具有明显的成本优势，所以经过优化，在充分利用其性

ＡＲＭ７系列微处理器为低功耗的３２位处理器，最适合于能的前提下，还是可以作为手机等嵌入式系统的视频解对价位和功耗要求较高的消费类应用…。本解码器可以码应用。

运用于低分辨率和低帧率的应用场合，因此选择在解码过程实际上就是从视频编码码流中恢复出ＶＯＰ数据的过程。图１描述了一个视频解码过程。解码

率的解码，可将软件直接应用在更高端的处理器上。

器主要包含运动解码和纹理解码。Ｉ帧中只含有纹理信

１

ＭＰＥＧ一４视频解码算法

息，因此只须解码纹理信息即可恢复Ｉ帧。而Ｐ帧中不

ＭＰＥＧ－４标准可以划分为一套子标准，标准的每一

仅包含纹理信息，还包含运动信息，所以须解码运动信

部分都有各自最适合的应用场合。ＭＰＥＧ一４ＳＶＰ（Ｓｉｍｐｌｅ

息，获得运动矢量并进行运动补偿。另外，还须进行纹理

Ｐｒｏｆｉｌｅｌ２１）就是一种特殊的、简单的ＭＰＥＧ一４实现。解码获得残差值，将这两部分组合起来才能重建Ｐ帧１３１。

解码器的实现主要是提供一个简单的接口函数，供

由于本解码器可应用在手持移动设备视频解码的场合。解码时调用。该接口函数根据解码的不同需要和不同阶

因此选用ＭＰＥＧ一４ＳＶＰ作为解码算法。

段提供了５个入口。５个接口函数中，有４个供初始化、

《电子技术应用》２００９年第３期３７

万　

方数据ＡＲＭ７ＴＤＭＩ核上实现解码功能。要实现更高帧率和分辨Ｖｉｓｕａｌ

其专门针对手持式产品中视频传输应用场合制定的。

编码位流

前面重建ｌ

一类是含有ＤＣ系数和ＡＣ系数，如图３所示（这里用４ｘ４的块举例，Ｄ代表ＤＣ系数，Ａ表示ＡＣ系数）。对于不同的ＩＤＣＴ进行不同的处理：对于第一类情况，全零块，跳过反变换；对于第二类情况，只进行反ＤＣ变换，通常除以８，即移的ＶＯＰ

——１ｆ—一

编码位流（纹理

解变长解码卜＿叫逆扫

］巴竺出

ｖｏＰ重建Ｉ

视频流

复用

图１ＭＰＥＣ，４ＳＶＰ的解码过程

预处理及后续处理时调用，剩余１个是帧解码的实现函数。图２为帧解码主程序流程图。

解码过程的计算主要集中在如下几个模块：ＩＤＣＴ、运动补偿ＭＣ、逆量化、逆扫

描、逆预测以及变长解码

ＶＬＤ。表ｌ给出了优化前解

码过程的特征信息。从表ｌ

中可以看出，上述运算模块在解码过程中占有很大比例。对以上各模块进行优化的效果将直接反映在解码器的实时效率上。

图２帧解码主程序流程图

表１优化前解码过程的特征信息

单元名称

占用时问比率／％

ＩＩ）ＣＴ

４０

反向扫描，量化，预测２４

数据分析，可变长解码

１４运动补偿

２２

２解码器优化

２．１效率更高的ＩＤＣＴ变换

通常，ＭＰＥＧ一４编码过程中有８ｘ８块在ＤＣＴ变换后ＡＣ系数大都接近于零，经过量化后直接变成了零。同时

根据帧间预测的相关性：在运动不是非常剧烈的情况

下，量化后大部分ＤＣＴ相关性是零。表２显示了在快速运动和慢速运动序列下所有全零块的百分比。

表２

６４

ｋｂ／ｓ的全零块百分比

序列Ｆａｓｔ

ｍｏｔｉｏｎ

Ｓｌｏｗ

ｍｏｎｔｏｎ

（ＱＣＩＦ）Ｆｏｒｅｍａｎ

Ｍｏｔｈｅｒ—ｄａｕｇｈｅｒ

全零块／％

２４．８

４７．０

对于快速运动序列，大约２５％的ＤＣＴ块是全零；对

于慢速运动序列，全零块的百分比大约４７％１４Ｉ。这样，可以把ＤＣＴ块分为不同的三类：一类是全零块（ＤＣ系数和ＡＣ系数都是零），一类是只含有ＤＣ系数（ＡＣ系数是零），

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