3 AVS-M实时视频解码在OMAP上的软件实现

3.1 在OMAP1510上的程序结构

在OMAP上开发程序通常分为两部分，一部分是ARM端，负责控制、显示等，另一端是DSP端，主要负责数据处理，我们都采用TI提供的CCS在这两端分别开发，程序流程框图如图3所示

图3  基于OMAP的AVS-M程序流程框图

ARM端的主要功能是初始化整个OMAP1510芯片，包括ARM、DSP、TC等的时钟的设置，DSP的开启关闭以及复位，LCD、定时器等各个外设的初始化。在启动完成后，ARM就一直查询共享内存中的某一标志位，当查询到一帧解码结束时，就启动LCD专用DMA，在LCD上进行显示。

DSP端的主要工作是负责AVS-M码流的解码。我们将AVS-M码流放置在SDRAM中。与基于PC的解码程序得主要的区别在于，由于DSP的片内内存有限，所以我们不可能将当前帧以及参考帧都放在片内，所以，以宏块为单位在SDRAM与片内内存之间进行数据传递。另外，由于在液晶屏上显示的时候需要转换成RGB图像显示，所以，在每一帧结束后，要通过YUV转RGB来实现实时显示 

 3.2 程序优化的主要过程

我们采用标准C语言，一方面是出于可移植性的考虑，另一方面是由于TI编译器效率的不断提高。但是，假如仅仅依靠编译器的优化是远远不够的，我们采用以下手段进行优化：

（1）DMA的合理利用。

对于同一段程序来说，只用片内数据与只用片外数据时速度差别相当大。所以要尽量采用片内数据，这就需要提前采用DMA将片外数据导入片内。如前文所说，我们广泛采用了DMA，用于SDRAM与片内内存之间以及SDRAM内部的数据交换。DMA不占用DSP时间，可以相当于并行操作。表1我们列出了memcpy命令与等待状态下DMA耗时，移动的数据为256个16bit数。

表1 DMA与非DMA方式传输耗时比

由表1可以看出，采用DMA方式只需要直接传输的时间的1/2到1/3，所以即使在传输过程中DSP完全处于等待状态，也较对内存的直接操作要高效得多。考虑到实际使用时DMA与CPU读写总线操作是并行运行的，那么采用DMA节省的时间会更多。

（2）对循环的优化策略。

我们采用restrict关键词进行编译，同时将递增改为递减，这样循环计数时将采用硬件循环计数器(RPTC)，大大缩短了循环操作本身的判断耗时，得到更为高效的循环解决方案，以下面一段代码为例，功能是相同的

loop((int*)0x2600,(int *)0x2700,0x100);

void loop(int * restrict i,int * restrict j,int counter)

{while(counter--)

*(j++)=*(i++)+*(j++);

 }

耗时558个时钟周期

for(i=0x2600;i<0x2700;i++)

   {

*((int *)(j++))=*((int *)(i))+*((int *)(j++));

   }

耗时2564个时钟周期

两者相差5倍，因此，尽量采用对循环的优化策略成为系统加速的关键。

（3）64K边界长度的问题。

 由于DSP55X采用了16位的数据宽度，所以寄存器也是16位的，经常会出现64K边界的问题，例如开辟一个数组，当数组元素到达0XFFFF时，下一个并不是到达0X10000，而是回到0X0000，即是采用long型定义数组元素个数也是如此。所以，我们采用long 型指针，采用绝对地址间接寻址的方式来解决。

（4）ARM与DSP的通信机制问题。

OMAP提供了两种通信方式，一是采用MAILBOX中断方式，另外一种是采用共享内存查询方式。MAILBOX方式的优点是实时性强，缺点是数据量小，查询方式可以一次性传递大量数据，但是要通过查询某一位共享内存来实现，实时性较差，所以，一般是采用两种方法结合，兼顾效率和速度。

（5）合理设置DSP时钟。

在系统上电复位时，DSP的时钟等于晶振的固有频率，由于OMAP采用了数字倍频以及数字锁相环，所以可以通过设置频率控制寄存器来更改DSP的时钟。具体的原则是在满足系统实时要求的情况下，尽可能低的设置时钟，这是显而易见的，因为高的时钟频率必然带来大的系统能耗。

（6）LCD的DMA。

采用OMAP系统的LCD专用DMA，可以使ARM系统独立出来，可以执行操作系统的任务，同时，采用DMA也比直接移动指令更为有效。

（7）使用DSP55X内部的instrinsic 指令。

 这些指令是由优化的汇编代码写成，可以显著提高代码执行的效率，包括乘法，取最大最小值等，使用instrinsic一般可以提速5%左右。

（8）注意数据格式的转换。

在DSP采用大端模式ARM端采用小端模式组织数据，所以，在采用共享内存时存在模式转换的问题，通过ARM的大小端转换模式寄存器自动转换。另外，ARM端能够处理8 位、16 位、32 位、64 位的数据，DSP端能够处理16 位、32 位、40位、64 位数据。int型变量在ARM端是32位，在DSP端是16位宽度，要注意数据格式的比较。

（9）数据宽度的考虑（16位 8位 ）。DSP55X采用16位的数据总线，所以采用16位的数据宽度是最高效的。DSP55X也支持8位的数据，这样数据得到了一倍的压缩，但每次取操作数都要进行高低位选择。从这两种方式中，我们认为，以宏块为单位进行操作时，实际上用到的空间并不大，而速度是更关键的问题，所以我们将原始的8位的AVS-M码流统一以16位（高8位置零）的格式进行存放与计算。

（10）合理安排内存。

原则上，程序应该放在片外，数据应该放在片内，特别是常用的码表等要放在DARAM中，同时，使能指令Cache可以有效加速执行速度。

4 实现的性能与结果

我们在两个平台上实现了该算法。

基于闻亭公司的TDS-OMAP1510　开发板，没有采用Linux操作系统，利用串口下载AVS码流，在开发板的液晶上显示；

基于合众达公司提供的Spectrum公司的OMAP5912 OSK，采用了Linux操作系统，利用以太网口下载AVS码流，在开发板的液晶上或者远端显示器上显示。

表3给出了OMAP5910/12上的实验数据

表3不同测试序列的解码结果比较

注：上述序列大小均为 QCIF(176x144)

参考文献

1中华人民共和国国家标准 信息技术  先进音视频编码第7部分：移动视频 2005.3

2 TI公司 OMAP5910 Dual-Core Processor

Technical Reference Manual July 2002

3 姜超 基于OMAP 的MPEG4 实时解码器的实现

电子技术应用2004 （11）

4 虞露  AVS熵解码与DSP实现 电视技术 2004（10）