基于TM1300的視頻編解碼論文
5.7萬字 81頁



摘 要
隨著社會的進步，工業(yè)的發(fā)展，人們對通信的要求越來越高，尤其近二十年以來隨著IC技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對通信的需求逐漸轉(zhuǎn)向以視音頻通信為主的多媒體通信上來。在我們的生活當中已經(jīng)有很多視頻通信的應(yīng)用，如基于PSTN的可視電話，各種無人操作場合的監(jiān)控系統(tǒng)等。所有的這些場合都少不了一個部件，視頻解碼器。它與視頻編碼器一起組成了一個完整的圖像接發(fā)送終端，共同擔(dān)負著圖像編碼和解碼的任務(wù)。
視頻編解碼的核心是視頻壓縮協(xié)議。目前ITU已經(jīng)有不少視頻壓縮的標準，如H.261, H.263, H.263+, H.263++, MPEG1, MPEG2, MPEG4, MJPEG以及基于離散小波變換（DWT）的圖像壓縮編碼。究竟選擇哪種標準取決于系統(tǒng)的清晰度要求以及信道的帶寬。H.263協(xié)議和MPEG-2協(xié)議是兩種應(yīng)用最為廣泛的視頻編解碼協(xié)議，H.263主要應(yīng)用在低碼率、對圖像的質(zhì)量要求不是特別高的場合，MPEG-2主要應(yīng)用在高碼率、要求高清晰度圖像質(zhì)量的地方。
基于以上情況，我們開發(fā)了一套基于DSP實現(xiàn)的視頻編解碼器，它能按照H.263協(xié)議或MPEG-2協(xié)議進行編解碼。我的具體工作是設(shè)計H.263和MPEG-2的視頻解碼器，因此介紹兩種解碼器的實現(xiàn)是本文的主要內(nèi)容。
首先，第一章概述中將簡要介紹多媒體通信的背景和任務(wù)簡介。第二章將扼要的介紹H.263和MPEG-2協(xié)議，包括協(xié)議制定的背景和碼流結(jié)構(gòu)。第三章介紹整個解碼器的硬件平臺，包括芯片的選取和硬件的結(jié)構(gòu)。接下去的第四、五章將介紹H.263解碼器的實現(xiàn)過程，其中第四章是解碼器的實現(xiàn)過程，其中包括如何實現(xiàn)后處理濾波和差錯控制。第五章是如何進行代碼優(yōu)化及代碼優(yōu)化的結(jié)果。第六章簡述H.263解碼器在IP可視電話中的應(yīng)用。第七、八章在對照H.263解碼器的基礎(chǔ)上介紹MPEG-2解碼器的實現(xiàn)。其中第七章是介紹只與MPEG-2解碼有關(guān)的VLD協(xié)處理器，第八章講述運用VLD實現(xiàn)MPEG-2解碼器的過程，其中包括運用PSOS對任務(wù)進行調(diào)度。最后在結(jié)束語中給出整個任務(wù)的總結(jié)和展望。




【關(guān)鍵詞】H.263，MPEG-2，視頻解碼器，TM1300，VLD，后處理濾波



Abstruct
With the progress of society and development of industry, people have advanced more and more demand for communication. Especially during the past twenty years, the need of people on communication is converted to multimedia communication because of the fast improvement of the IC technology and the network. There are some of implement of video communication around us, such as video phone based on PSTN, and monitor system. Video decoder is a essential component of these systems. It ,besides video encoder,consist of a video codec terminal.
The core of codec is video compression standard. Up to now, there are several video compression standards, such as H.261, H.263, H.263+, H.263++, MPEG1, MPEG2, MPEG4, MJPEG and standard based on Discrete Wavelet Transform (DWT). Which standard to use is decided by the image quality demand of the system and the bandwidth of corresponding channel. H.263 and MPEG-2 are two of the most wildly used standards. H.263 is mainly used in low bitrate and low demand on picture quality occasion while MPEG-2 is used in high bitrate and low demand on picture quality occasion.
Based upon the conditions described above, we have designed a video codec system using DSP which can encode and decode H.263 or MPEG-2 video stream. My tast is to design H.263 and MPEG-2 decoder. So the two decoder is the theme of this paper.
In the first chapter the background of multimedia and my tast are introduced. In the second chapter I will concisely state the H.263 and MPEG-2 standard respectively. Then the hardware architecture of the system is introduced in Chapter3. Chapter4 and Chapter5 depict the implement of the H.263 decoder. In Chapter7 a co-operator, VLD, which is very useful in decoding MPEG-2 video stream is introduced. In Chapter8 I depict how to accomplish the MPEG-2 decoder using VLD on PSOS OS. At last, some advices are proposed to give direction to the following work.




[keywords] H.263，MPEG-2，video decoder，TM1300，VLD，post-filter

目 錄
摘 要 I
ABSTRUCT II
目 錄 III
第1章 概述 1
§1.1 多媒體視頻通信 1
§1.2 數(shù)字視頻編解碼背景 1
§1.3 任務(wù)簡介 2
第2章 視頻壓縮協(xié)議介紹 3
§2.1 低比特率視頻編解碼標準——H.263 3
§2.1.1 H.263標準簡介 4
§2.1.2 H.263的碼流結(jié)構(gòu) 5
§2.2 MPEG－2簡介 8
§2.2.1 標準簡介 8
§2.2.2 MPEG-2碼流結(jié)構(gòu) 9
第3章 硬件設(shè)計描述 12
§3.1 用可編程媒體處理芯片實現(xiàn)的特點 12
§3.1.1 各公司芯片特點和比較 12
§3.1.2 芯片的最終選擇 18
§3.2 基于TM1300的視頻編解碼器 19
第4章 H.263視頻解碼器的實現(xiàn) 21
§4.1 H.263解碼器的基本流程 21
§4.2 可變長解碼（huffman解碼） 23
§4.3 運動補償 24
§4.3.1 運動預(yù)測 25
§4.3.2 解差分系數(shù) 26
§4.3.3 圖像重構(gòu) 27
§4.4 后處理濾波 28
§4.4.1 后處理濾波器 28
§4.4.2 后處理結(jié)果分析 31
§4.5 差錯控制 32
§4.6 本章小節(jié) 34
第5章 H.263視頻解碼器程序的優(yōu)化 35
§5.1 優(yōu)化的基本思想 35
§5.2 基于程序結(jié)構(gòu)的優(yōu)化 35
§5.2.1 對循環(huán)的優(yōu)化 35
§5.2.2 其他基于程序結(jié)構(gòu)的優(yōu)化 37
§5.3 基于專用指令的優(yōu)化 39
§5.3.1 指令DSPUQUADADDUI 39
§5.3.2 指令QUADAVG 41
§5.4 適合TM1300的DCT/IDCT 43
§5.4.1 一維DCT和IDCT 43
§5.4.2 二維DCT 44
§5.4.3 適用于TRIMEDIA的2D 8*8 DCT/IDCT 46
第6章 H.263視頻解碼器的應(yīng)用 52
§6.1 H.323協(xié)議簡介 52
§6.2 基于H.323的IP可視電話系統(tǒng)組成 52
§6.3 IP可視電話的軟件結(jié)構(gòu) 54
§6.3.1 初始化模塊 54
§6.3.2 呼叫連接和釋放模塊 54
§6.3.3 多媒體處理模塊 54
第7章 VLD簡介 56
§7.1 VLD 簡介 56
§7.2 VLD的操作 56
§7.3 VLD的輸入、輸出 57
§7.3.1 MB頭的輸出 57
§7.3.2 DCT系數(shù)的輸出 58
§7.4 MMIO寄存器 59
第8章 MPEG-2解碼器的實現(xiàn) 61
§8.1 可變長解碼 61
§8.1.1 head解碼 61
§8.1.2 運用VLD解MB頭 62
§8.1.3 DCT系數(shù)解碼 63
§8.2 圖像解碼 64
§8.2.1 解運動矢量 64
§8.2.2 解宏塊 64
§8.2.3 運動補償 65
§8.3 利用PSOS系統(tǒng)對解碼過程的實時調(diào)度 65
§8.3.1 Event 66
§8.3.2 實際程序運行流程 67
§8.3.3 程序時序分析 68
§8.4 后處理濾波與差錯控制 69
§8.5 本章小節(jié) 71
結(jié) 束 語 72
參 考 文 獻 73
本文作者碩士期間發(fā)表的文章 75
致 謝 76
第1章




參 考 文 獻
[1] ITU-R Recommendation H.263+(1998)，Video Coding For Low Bit Rate Communication
[2] ISO/IEC 13818-2：1996 Information technology –Generic coding of moving pictures and associated audio information: Video International Standard