数字高清晰度电视与多媒体相关技术研究

【摘要】：多年以来，数字音视频处理技术的发展一直是多媒体应用领域的主要推动力之一。从数字电视到互联网，从移动通信到远程监控，人们获取信息的方式发生了本质的改变。音视频压缩编码一直是数字音视频处理技术的核心，然而由于其算法复杂，运算量庞大，目前主要的实现方式仍旧是采用专用芯片。特别是在高清晰度电视视频解码方面，目前业界无一例外地全部采用专用芯片来实现。 为了配合我国第一个高清晰度电视视频解码专用芯片的研制，本文设计并实现了用来对该芯片进行测试的软硬件平台。在此平台上可以实现对该视频解码专用芯片的测试和性能评估。除此之外，此平台可以作为用户使用该芯片构成HDTV信源解码器的参考设计。该平台创造性地采用了以MIPS架构为核心的RC32334 RISC处理器作为系统控制核心，并配以解复用和音频解码专用芯片等外围设备构成系统硬件平台。在视频解码芯片开发领域中首次使用PCI总线作为开发平台对视频解码专用芯片进行调试与控制的接口。该平台采用VxWorks嵌入式实时操作系统对系统资源进行管理并完成对实时任务的调度。 本文随后阐述了在基于Trimedia TM-1300媒体处理器为核心的平台上设计并实现了MPEG-4 simple profile 视频解码软件模块和MPEG-4 AAC LC音频解码软件模块的内容。通过对解码算法采取的多种优化措施并结合使用了Trimedia TM-1300特有的定制操作指令使这两个解码器一共只消耗38％的CPU计算能力。这保证了系统中其它任务的有效执行并保证了一定的软件升级能力。这两个软件解码器目前已经嵌入到单片的Trimedia DSP系统中并与其它软件模块一起实现了ISMA终端解码器。 最后，论文设计了基于高性能通用DSP TMS320C64xx的HDTV视频解码程序。该解码程序针对C64的特殊架构做了多方面的优化。特别是对变长解码、IDCT和运动补偿三个关键部分手动编写了汇编语言、调整了流水线操作。经过优化，显著提高了解码效率。通过软件仿真可以得出如下重要结论：1）进行手动汇编优化之后的程序效率相比于仅仅采用C语言优化之后的程序效率提高了将近七倍；2）手动汇编优化之后，对标准清晰度视频进行实时解码时消耗的时钟周期仅为228.8M；3）对高清晰度视频进行实时解码时消耗的时钟周期在1GHz左右。这项研究对使用通用DSP实现高清晰度电视视频解码乃至实现整个信源解码器有重要的价值，推动了通用DSP在消费电子领域多媒体技术方面的应用。