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MPEG-4视频编解码器的数据布局优化与多任务调度策略

作　者: 陈博明
导　师: 周敬利
学　校: 华中科技大学
专　业: 计算机系统结构
关键词: MPEG-4 视频编解码器数据布局优化多任务调度变长编码
分类号: TN762
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

数字信号处理器(DSP,Digital Signal Processor)正在视频处理领域得到越来越广泛的应用。以DSP为基础的嵌入式视频编解码器也正成为研究与应用的热点。多个功能单元、取指取数分离的哈佛总线结构、非常有限的存储资源、片上内存与片外内存访问速度差别巨大的分级存储系统等DSP特有的体系结构特点为视频编解码技术的发展提供了机遇与挑战。结合DSP的体系结构及实时操作系统(RTOS,Real-Time Operation System)的特点,在保证实时、最小化存储器需求、最小化功耗需求、增强解码器负载自适应性等方面,从数据布局优化、多任务调度策略角度出发,对嵌入式MEPG-4视频编解码器的设计与优化进行了研究。变长码表占据了编码器很大一部分的存储空间,且串行特点正逐步使变长编码成为DSP视频编码的瓶颈。针对DSP体系结构特点,从数据布局优化的角度出发,采用重新排列码表的方法,对变长编码算法进行改进。对帧内宏块的交流系数及帧间宏块的直流、交流系数的变长码表采用间接索引。同时针对DSP体系结构、RTOS及TCP/IP协议栈的特点,在多任务调度策略的基础上,在解码器端设计了低复杂度的拼帧策略、缓冲区控制策略及多路接收策略,以解决视频数据出错、到达速率抖动的问题,同时使多路视频解码器能够同时从多个不同的源(IP地址不同)取得数据。改进后的码表所需的存储空间降为原来的1.25%,便于将码表的存储位置由片上移至片内。在进行4路500bps的CIF(Catch in Focus)视频解码时,通过调节参数,可动态调整CPU负载从12%至75%,使编解码器与不同负载相适应,同时可找到使CPU负载标准差尽可能最小的点,即编解码器稳定运行的最佳点。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
1 绪论  9-14
  1.1 课题的来源与目的  9-10
  1.2 国内外研究概况  10-12
    1.2.1 视频压缩标准的发展  10-11
    1.2.2 视频编解码器的实现方法  11-12
  1.3 本文的研究内容  12-13
  1.4 本章小结  13-14
2 数字视频压缩的基本原理及MPEG-4 视频压缩技术  14-28
  2.1 视频压缩的基本原理  14-18
    2.1.1 视频压缩的必要性和可行性  14-16
    2.1.2 DPCM/DCT 视频编解码模型  16-18
  2.2 MPEG-4 视频压缩技术  18-27
    2.2.1 MPEG-4 的框架分级及SP 的特征  18-20
    2.2.2 I-VOP 编码  20-21
    2.2.3 P-VOP 编码  21-23
    2.2.4 相关算法  23-27
  2.3 本章小结  27-28
3 基于DSP 体系结构特点的数据布局优化  28-36
  3.1 面向数据密集型应用的处理器  28-29
  3.2 三级层次的存储系统  29-32
  3.4 程序代码优化  32-34
  3.3 数据布局优化  34-35
  3.5 本章小结  35-36
4 变长编码方法基于数据布局的优化  36-44
  4.1 MPEG-4 中的VLC  36-37
  4.2 VLC 码表设计准则  37-39
  4.3 针对DSP 体系结构改进VLC 码表  39-42
  4.4 实验结果与分析  42-43
  4.5 本章小结  43-44
5 MPEG-4 编解码器的多任务调度策略  44-53
  5.1 系统架构  44-45
  5.2 MPEG-4 视频解码器的框架设计  45-46
  5.3 多路网络视频解码器缓冲区接收策略  46-52
    5.3.1 拼帧策略  47-48
    5.3.2 缓冲区控制策略  48-49
    5.3.3 多路数据接收策略  49-50
    5.3.4 实验结果与分析  50-52
  5.4 本章小结  52-53
6 总结  53-55
  6.1 本文完成的工作  53-54
  6.2 今后的研究方向  54-55
致谢  55-56
参考文献  56-60
附录1 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录  60

MPEG-4视频编解码器的数据布局优化与多任务调度策略

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