基于ARM的MPEG4视频解码器

文章摘要： 摘 要 详细阐述了针对ARM平台的MPEG4视频解码算法的优化方法。实验数据表明，优化后的解码器性能得到了全面提升。还结合ARM7TDMI的Easy ARM2200开发平台,给出了嵌入式MPEG-4视频解码的实时实现。 关键词 ARM，MPEG4，嵌入系统，视频解码器1 引 言 本文旨在研究基于ARM微处理器的MPEG-4视频解码技术，主要应用在手持移动设备中。利用嵌入式系统实现MPEG-4视频解码，处理器的选择是关键。在嵌入式系统中常用的RISC处理器是ARM核，主要是因为它具有体积小，功耗低，成本低，性价比高的特点，这对于移动应用领域非常重要。ARM7系列微处

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    摘  要  详细阐述了针对ARM平台的MPEG4视频解码算法的优化方法。实验数据表明，优化后的解码器性能得到了全面提升。还结合ARM7TDMI的Easy ARM2200开发平台,给出了嵌入式MPEG-4视频解码的实时实现。
    关键词  ARM，MPEG4，嵌入系统，视频解码器

1  引  言

    本文旨在研究基于ARM微处理器的MPEG-4视频解码技术，主要应用在手持移动设备中。利用嵌入式系统实现MPEG-4视频解码，处理器的选择是关键。在嵌入式系统中常用的RISC处理器是ARM核，主要是因为它具有体积小，功耗低，成本低，性价比高的特点，这对于移动应用领域非常重要。ARM7系列微处理器为低功耗的32位RISC处理器，最适合于对价位和功耗要求较高的消费类应用。本解码器定位于低分辨率和低帧率的应用场合，因此选择在ARM7TDMI核上实现解码功能。要实现更高帧率和分辨率的解码，可将软件直接应用在更高端的处理器上。

2  MPEG-4视频解码算法的优化与实现

    MPEG-4标准可以划分为一套子标准，标准的每一部分都有各自最适合的应用场合。MPEG-4 SVP就是一种特殊的、简单的MPEG-4实现，SVP代表Simple Visual Profile。这部分是专门针对手持式产品中无线视频传输应用场合而制定的。由于本解码器应用在手持移动设备视频解码的场合，因此选用MPEG-4 SVP作为解码算法。
    本文选用ARM7TDMI作为核心处理器进行MPEG-4视频解码器的开发。在实际开发过程中，针对ARM7TDMI的结构和MPEG-4的算法特点，做了大量优化工作，保证了解码的精度，大幅度提高了解码的速度。解码器的具体功能如表1所列。

表1  基于ARM7TDMI的MPEG-4视频解码器功能表

功能

系统实现

压缩标准 MPEG-4 SVP 输入图像分辨率 QCIF(176×144，如果选用更高端处理器，则可支持更高分辨率) 解码帧率 15fps(如果选用更高端处理器，则可支持更高帧率) VOP类型 IVOP+PVOP DC/AC逆预测 支持 Inter4V模式 支持 逆量化方法 H.263(MPEG可选) 逆扫描方式 Zigzag扫描+水平交替扫描+垂直交替扫描 输出图像格式 4∶2∶0  YUV

2.1 解码器算法
    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。解码器主要包含两部分： 运动解码和纹理解码。I帧中只含有纹理信息，因此只须解码纹理信息即可恢复I帧。而P帧中不仅包含纹理信息，还包含运动信息，所以须解码运动信息，获得运动矢量并进行运动补偿。另外，还须进行纹理解码获得残差值，将这两部分组合起来才能重建P帧。

图1  MPEG4 SVP的解码过程

    解码器的实现主要是提供一个简单的接口函数，供解码时调用。该接口函数根据解码的不同需要和不同阶段提供了5个入口。5个接口函数中： 4个供初始化、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为帧解码主程序的流程图。

图2  帧解码主程序的流程图。

    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2给出了优化前解码过程的特征信息。

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