[发明专利]基于单片TMS320DM642的快速MPEG-2的视频编码技术

说明书

技术领域

本发明涉及一种MPEG-2实时视频编码系统，尤其涉及一种应用于快速摄像机的实时MPEG-2视频编码系统的软件优化技术，以及硬件电路原理的设计方案。

背景技术

视频监控在现代城市交通和高速公路监控系统中扮演着主要角色；但在城市交通繁忙地段、尤其在高速公路上，抓拍车辆车牌等信息，现有普通30帧/秒的视频监控系统不能完全胜任；出现只能抓拍部分高速车辆、抓拍图像模糊不清等问题。如果视频监控系统拍照速率达到50帧/秒，则会大大提高监控效率，大幅降低甚至消除普通视频监控系统的上述缺点。另外，在一些要求快速视频记录摄像（50-200帧/秒）应用中，例如影视慢镜头场景、科学实验录像等应用领域，要求对快速摄像信号进行实时视频编码。

现有视频监控系统的视频编码器和快速视频记录仪存在以下不足：

(a)  基于单片TMS320C64xx DSP为核心的编码器，不能满足高速视频信号的实时编码要求；

(b) 现有设备没有同时具备输出码流的标准LVDS接口和网口，以及双向UART接口，这些接口能够使编码器能够作为独立设备和配套设备。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有视频监控系统的不能实时编码高速视频信号的缺陷，提供一种基于TMS320DM642 DSP为核心的MPEG-2高速视频编码系统。

本发明的目的是这样实现的：

本发明提供的一种基于TMS320DM642 DSP为核心的MPEG-2高速视频编码系统的实现，包含2个方面：MPEG-2算法软件优化技术和硬件电路设计实现。具体包括：

基于EDMA的双缓存设计1，用于在运动估计过程中，实现计算当前宏块运动矢量与搬移下一个宏块、搜索窗数据的并行进行。

利用内联函数和线性汇编技术优化C代码2。C语言级的优化还没有挖掘出C64x核潜在的运算能力，线性汇编语言是TMS320C6000系列独有的一种编程语言，介于C语言与汇编语言之间，经过汇编器优化可以得到流水化程度较高的高速并行汇编程序，编译效率接近手工汇编。MPEG-2视频编码算法的线性汇编的优化，从两个方面进行：使用内联函数和利用线性汇编技术优化程序的高耗时模块。

量化计算的改进3，利用C64x核专门乘法单元和查找表技术，把量化计算中的除法运算用定点乘法和移位操代替，来提高量化计算的效率。

基于单片TMS320DM642的MPEG-2编码器电路原理图设计方案4，只使用一片DM642处理芯片即完成外部接口芯片的控制和数据收发，又实现了MPEG-2实时编码算法的实现。利用DM642的视频接口VP0外接视频解码芯片实现CVBS模拟视频信号接入；使用自带多通道带缓冲串口McBSP0连接LVDS接口芯片，作为输出码流的高速、远距离传输接口；TMS320DM642自带的EMAC网口连接网络协议芯片和网络电平芯片，实现输出码流的网络传输；采用TL16C752的UART接口芯片，地址映射在CE2空间，作为UART通信接口。

发明优点：

基于EDMA的双缓存设计1。利用EDMA控制器在CPU后台运行的特征，在DSP内部高速SRAM上设计乒乓缓存区A和B，实现从外部慢速SDRAM搬移数据到SRAM上与在SRAM上进行运动估计的并行处理，消除因从片外搬移数据而降低程序运行速率的瓶颈。

通过使用内联函数和用线性汇编改写C代码2。（1）使用内联函数C64x编译器充分利用甚长指令字结构特点针对多媒体应用提供了一些更为高效的内联函数，例如内联函数_mem8(void *ptr)允许一次完成8Byte数据的搬移操作，避免了逐个字节存取，大大提高了代码的执行效率。（2）提高代码的并行性、尽量达到理想的8条指令并行，才能充分发挥DSP强大的运算能力，这也是代码优化的目标之一。表1给出了对减预测函数进行线性汇编改写前后所用时钟数的比较，减预测函数位于运动补偿和DCT之间，用于对每个输入8×8块与其补偿块作差以去除帧间冗余。

表1 线性汇编优化前后时钟数比较