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基于DSP的视频算法系统优化若干策略

? 2012年05月18日 11:42 ? 次阅读

  数字视频产品需求近些年出现猛增。主流应用包括视频通信、视频监控与工业自动化,而最热门的要算娱乐应用,如 DVD、HDTV、卫星电视、标清(SD)或高清 (HD) 机顶盒、数码相机与 HD 摄像机、高端显示器(LCD、等离子显示器、DLP)以及个人摄像机等。这些应用都向高质量的视频编解码算法及其标准提出巨大需求,目前主流压缩标准主要有MPEG2、MPEG4和H.264/AVC,而针对这些编解码标准有各种各样的实现方案。本文主要探讨基于TI 的C64系列DSP的视频解码算法标准系统优化过程中需要考虑的若干因素。

  TI的C64系列DSP以其强大的处理能力被广泛用于视频处理领域,然而由于大家对C64系列DSP的结构、指令、的理解程度不一样,造成算法实现时的效果有许多的差异。具体体现在实现算法时所使用的CPU的资源上。如实现H.264 MP@D1解码时所占用CPU的资源上,会有所差异,或者是所包含的算法工具子集上,如实现H.264 MP@D1解码时使用CAVLC而不使用CABAC。造成这些差异,主要原因有如下因素:算法关键模块的优化

  算法系统集成时Memory的管理

  算法系统集成时的EDMA的资源分配管理

  本文从这三方面逐步探讨算法优化集成中需要考虑的若干因素。算法关键模块的优化一般而言,对于目前主流视频解压缩标准都有类似的很消耗DSP CPU的模块,如H.264/AVC、MPEG4、AVS等编码中运动矢量搜索很占用资源,而且这些模块在整个系统实现过程中调用相当频繁,因此大家首先找出这些模块,这点TI的CCS提供了工程剖析工具(Profile),可以很快找到整个工程中占用DSP CPU资源最多的模块;然后对这些模块进行优化。

  对这些关键算法模块的优化大家分可以分三步进行,如图2所示,先认真分析这部分代码,并进行相应的调整,如尽量减少有判断跳转的代码,特别是for循环中,判断跳转会打断App流水。使用的方法,可是使用查表或者使用_cmpgtu4、_cmpeq4等Intrinsics来代替比较判断指令,从而巧妙替代判断跳转语句。同时使用TI的CCS中所提供的#pragma提供编译器尽量多的信息,这些信息包括for循环的次数信息、数据对齐信息等。如果经过这部分优化无法满足系统要求,则对这部分模块使用线性汇编实现,线性汇编是介于C和汇编之间的一种语言实现形式,可以控制指令的使用,而不必特别关心寄存器、功能单元(S、D、M、L)的分配和使用,使用线性汇编一般会比使用C语言具有更高的实行效率。如果线性汇编还无法满足要求,则使用汇编实现,要编写出高并行、深App流水的汇编需要经过画相关图,创建时序表(Scheduling table)等步骤,由于篇幅所限,这里就不熬述。

  表1使用方式 周期数

  C+Intrinsics83

  线性汇编74

  汇编57

  优化选项:-pm, -o3,基于C64plus内核,C+Instrinsics 是指在C中使用Instrinsics。

  表1是运动搜索中所需要的计算16×16宏块SAD值时,不同方式下所消耗的DSP CPU的周期数。由此可见,汇编实现所消耗的CPU的周期数最少,但前提是需要充分了解DSP CPU的结构、指令以及算法模块的结构,从而能够编写出高并行、深App流水的汇编,否则有可能所写出的汇编还没有线性汇编或者C效率更高。为此一个行之有效的方法是,充分利用TI所提供的算法库中的函数,因为算法库中的函数都是已经充分优化过的算法模块,而且大都提供对对应的C、线性汇编和汇编源代码,并有文档进行API先容。算法系统集成时Memory的管理由于在基于DSP的嵌入式系统开发中,存储资源特别是片内高速存储资源有限,在算法系统集成时Memory的管理对于提高整个系统的优化是非常重要的,这一方面影响数据的读取、搬移速度;另一方面还影响Cache的命中率,下面分程序和数据两方面分析。

  程序区:最大原则是将经常调度使用的算法模块放片内。为做到这点,TI的CCS中提供了#pragma CODE_SECTION,可以把需要单独控制存放的函数段从.text段中独立出来,从而在.cmd文件中对这些函数段进行单独物理地址映射。还可以使用程序动态的方式,将需要运行的代码段先调度进片内memory,如H.264/AVC中CAVLC和CABAC两个算法模块具有互斥性,因此可以将这两个算法模块放在片外而且对应于片内同一块运行区,在运行其中某一个算法模块之前,先将其调入片内,从而充分利用片内有限的高速存储区。程序区的管理考虑到一级程序Cache(L1 P)的命中率,最好将具有先后实行顺序的函数按地址先后顺序配置在程序空间中,同时对代码比较大的处理函数将其拆分成小函数。

  数据区:在视频标准编解码中,由于数据块都很大,如一帧D1 4:2:0的图像有622k大小,而且在编解码中都需要开3~5帧甚至更多的缓冲帧,因此数据基本上无法在片内存放。为此在系统的Memory优化管理中,需要开C64系列DSP的二级Cache(对于TMS320DM642用于视频编解码中二级Cache开64k的情况比较多)。同时最好将放片外的被Cache所映射的视频缓冲区的数据以128 byte对齐,这是因为C64系列的DSP的二级Cache的每行大小为128 byte,以128 byte对齐有利于Cache的刷新和一致性维护。算法系统集成时的EDMA的资源分配管理由于在视频处理中,会经常有块数据的搬移,而且C64系列DSP提供了EDMA,逻辑上有64个通道,因此对EDMA的配置使用对优化系统是非常重要的。为此可以使用下述步骤进行充分配置系统的EDMA资源。1. 统计系统中各种需要使用EDMA的情况及其大概需要占用的EDMA物理总线的时间,如表2所示:

  注意:该表针对视频通过视频端口(Video Port)(720*480,4:2:0,30Frame/s),音频通过McBSP(采样率为44k)进入DSP,压缩好的数据数率在2Mbps左右,数据通过PCI每488uS输出一个128byte的包(PCI口工作频率为33MHz),外挂SDRAM的时钟频率为133MHz,只做一个参考应用例子。 2. 统计好这些信息后,需要依据系统对各种码流实时性、及其传输数据块大小对各个被使用的EDMA通道进行优先级分配。一般而言,由于音频流传输块小,因此占用EDMA总线的时间短,而视频传输块比较大,占用EDMA总线的时间较长,因此将输入音频所对应的EDMA通道的优先级设定为Q0(urgent),视频的优先级设定为Q2(medium),输出码流所对应的EDMA通道的优先级设定为Q1(high),音视频算法处理中所调度的QDMA的优先级设定为Q3(low)。当然这些设定在真正系统应用中可能还需要调整的。实际的基于TI DSP视频算法优化集成过程,会是基于图1所示的步骤,先初步配置Memory,并选择相应编译优化选项,如果编译的结果已经可以达到实时性要求之后就结束后面的优化;否则开始优化Memory和EDMA的配置,从而提高对Cache和内部总线的利用率;如果还无法达到要求则通过剖析整个工程确定消耗CPU资源最高的代码段或者函数,对这些关键模块进行优化,采用线性汇编、甚至汇编直到整个系统可以满足要求为止。

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目前,开关电源以具有小型、轻量和高效的特点而被广泛应用于以新萄京计算机为主异的各种终端设备和通信设备中...

发表于 2018-01-26 12:07 ? 331次阅读
利用DSP芯片设计PWM开关电源的原理及完整解决...

DSP与ARM存储器架构和指令集有哪些差异

DSP为提高数字计算效率,牺牲了存储器管理的方便性,对多任务的支撑要差的多,所以DSP不适合于作多任...

发表于 2018-01-25 09:02 ? 1541次阅读
DSP与ARM存储器架构和指令集有哪些差异

基于DSP和CMOS图像传感器的实时图像采集系统...

随着技术与工艺的发展,CMOS图像传感器不仅在噪声上得到了有效改善,而且分辨率也得到了明显提高。CM...

发表于 2018-01-23 16:12 ? 146次阅读
基于DSP和CMOS图像传感器的实时图像采集系统...

2018迎来8K时代 加码监控行业快速发展

2018年即将迎来8K时代,按照全球当前厂商的布局,8K电视显示器的发展,视频监控行业也受到了8K时...

发表于 2018-01-23 14:03 ? 196次阅读
2018迎来8K时代 加码监控行业快速发展

CEVA推出ClearVox专为CEVA-Tea...

CEVA,智能和互联设备的信号处理IP授权许可厂商(纳斯达克股票交易所代码:CEVA) 推出Clea...

发表于 2018-01-23 07:42 ? 110次阅读
CEVA推出ClearVox专为CEVA-Tea...

Achronix宣布为其eFPGA IP解决方案...

Achronix 今日宣布为其eFPGA IP解决方案推出Speedcore custom bloc...

发表于 2018-01-22 16:42 ? 149次阅读
Achronix宣布为其eFPGA IP解决方案...

基于嵌入式Windows CE5.O的无线视频监...

传统的视频监控系统主要以模拟信号监控系统和基于插卡的数字监控系统为主。其中模拟信号监控系统布线工程量...

发表于 2018-01-22 07:03 ? 285次阅读
基于嵌入式Windows CE5.O的无线视频监...

选择一个好的DSP,可以让广告投放将可以事半功倍

广告技术作为数字化营销的重要内容之一,受到越来越多的关注。随着广告主越来越理性,市场逐步规范,DSP...

发表于 2018-01-21 11:08 ? 1314次阅读
选择一个好的DSP,可以让广告投放将可以事半功倍

六个术语(DAC、ADC、DSP、codec、运...

自vivo在vivo X1引入独立DAC之后,Hi-Fi手机开始崛起,之后连续几款vivo手机都用上...

发表于 2018-01-19 09:27 ? 721次阅读
六个术语(DAC、ADC、DSP、codec、运...

基于MSO的混合信号系统测试与调试[图]

嵌入式系统中,MCU和DSP的应用非常普遍,模拟信号和各种数字信号同时存在。传统上,工程师分别使用示...

发表于 2018-01-18 09:39 ? 218次阅读
基于MSO的混合信号系统测试与调试[图]

基于DSP和SD卡的生理信号数据采集系统设计

基于DSP处理器TMS320F2812与SD卡的接口,设计了一种便携式的生理信号数据采集系统,用于大...

发表于 2018-01-18 09:31 ? 179次阅读
基于DSP和SD卡的生理信号数据采集系统设计

基于DSP的人体皮肤测量仪设计与实现方案[图]

皮肤是人体最重要的器官之一。它有许多功能,首先,皮肤把外界和内部器官分离开,起着人体第一道屏障的作用...

发表于 2018-01-18 07:25 ? 248次阅读
基于DSP的人体皮肤测量仪设计与实现方案[图]

网络上对芯片解密的定义,解密方法与原理解析!

其实了解芯片解密方法之前先要知道什么是芯片解密,网络上对芯片解密的定义很多,其实芯片解密就是通过半导...

发表于 2018-01-17 07:06 ? 1345次阅读
网络上对芯片解密的定义,解密方法与原理解析!

对于FPGA/DSP概念与特点的分享和总结

DSP就是一个指令比较独特的处理器。它虽然是通用处理器,但是实际上不怎么“通用”。技术很牛的人可以用...

发表于 2018-01-16 10:43 ? 599次阅读
对于FPGA/DSP概念与特点的分享和总结

LCD电路及高速ADC+FPGA+ DSP的设计...

随着人们生活水平的提高,公路上的私家车辆也增多了,但随之带来的问题就是交通事故发生率居高不下,严重危...

发表于 2018-01-12 16:28 ? 384次阅读
LCD电路及高速ADC+FPGA+ DSP的设计...

伺服驱动器的七个故障原因分析与处理方法

伺服驱动器是用来控制伺服电机的一种控制器,其作用类似于变频器作用于普通交流马达,属于伺服系统的一部分...

发表于 2018-01-12 15:32 ? 1857次阅读
伺服驱动器的七个故障原因分析与处理方法

Synaptics AudioSmart远场语音...

Synaptics AudioSmart远场语音技术将带来性能无与伦比的两麦克风和四麦克风支撑AMAZON...

发表于 2018-01-10 14:47 ? 1268次阅读
Synaptics AudioSmart远场语音...

Synaptics拓展语音生态系统,支撑MicroSoftCo...

Synaptics计划拓展语音生态系统,并且支撑MicroSoftCortana集成。成熟的AudioSmart硬...

发表于 2018-01-10 14:27 ? 1376次阅读
Synaptics拓展语音生态系统,支撑MicroSoftCo...

基于FPGA+DSP的视频控制的智能交通灯设计

本文主要先容了一种基于FPGA+DSP的视频控制的智能交通灯设计。该交通灯由视频采集、图像处理和控制...

发表于 2018-01-09 14:15 ? 294次阅读
基于FPGA+DSP的视频控制的智能交通灯设计

对于ARM、MCU、DSP、FPGA、SOC的介...

ARM处理器是Acorn计算机有限企业面向低预算市场设计的第一款RISC微处理器。更早称作Acorn...

发表于 2018-01-05 11:36 ? 1024次阅读
对于ARM、MCU、DSP、FPGA、SOC的介...

数字信号处理器DSP与EDA的区别

目前DSP和EDA两者都应用广泛,二者之间有什么不同呢?本文带来数字信号处理器DSP与EDA的区别介...

发表于 2018-01-03 10:33 ? 290次阅读
数字信号处理器DSP与EDA的区别

dsp技术在手机方面的应用_vivo X9s P...

vivo在之前的MWC 2017上海站的时候发布了全新DSP芯片影像优化拍照技术,这也是vivo首次...

发表于 2018-01-03 10:02 ? 313次阅读
dsp技术在手机方面的应用_vivo X9s P...

dsp处理器一般哪里用_dsp处理器应用领域分析

dsp数字信号处理器能实时快速地实现各种数字信号处理算法,它活跃于各种领域之中。

发表于 2018-01-03 09:26 ? 777次阅读
dsp处理器一般哪里用_dsp处理器应用领域分析

DSP技术怎么样_DSP技术的应用领域及优势

本文先容了dsp技术在通信领域、仪器仪表领域、汽车新萄京系统领域等多个领域的应用,并分析了dsp技术的...

发表于 2018-01-03 09:03 ? 394次阅读
DSP技术怎么样_DSP技术的应用领域及优势

基于ARM与DSP的主从式双CPU嵌入式四轴运动...

运动控制系统已被广泛应用于工业控制领域。近年来,工业控制对运动控制系统的要求越来越高。传统的基于PC...

发表于 2018-01-01 08:27 ? 2092次阅读
基于ARM与DSP的主从式双CPU嵌入式四轴运动...

一款实用的嵌入式CPLD的伺服控制卡设计方案

随着先进制造技术的迅速发展,对运动控制的精度要求也越来越高,而运动伺服控制系统的性能很大程度上取决于...

发表于 2017-12-30 07:33 ? 2480次阅读
一款实用的嵌入式CPLD的伺服控制卡设计方案

巧用嵌入式技术设计数字视频音频监控系统

随着新萄京技术、网络通信技术和应用的快速发展,视频和音频数字压缩传输、存储已成为现实。数字视频和音频的...

发表于 2017-12-28 14:28 ? 1209次阅读
巧用嵌入式技术设计数字视频音频监控系统

天津市视频监控网大数据应用研究与示范

近日,天津市高新技术成果转化中心在市公安局组织召开了《天津市视频监控网大数据应用研究与示范》项目鉴...

发表于 2017-12-27 15:29 ? 1136次阅读
天津市视频监控网大数据应用研究与示范
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