TMS320C6201在MPEG-4视频解码器中的应用

引言

随着网络和多媒体技术的发展，视觉通信的重要性和需求急剧增加，如桌面视频会议、移动终端、基于因特网的视音频通信等。随之而来的是视频压缩技术的迅速发展和视频压缩标准的不断推出。国际运动图像编码专家组（MPEG）先后推出了MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4.MPEG-4是由国际运动图像专家组于1998年11月制定的。它是一个面向多媒体应用的压缩标准，其应用覆盖范围远大于MPEG-1和MPEG-2等标准。从移动可视电话到专业视频编辑，既支持自然图像，也支持计算机合成图像。最重要的是它支持交互功能。这是由于MPEG-4采用了与其它标准不同的、基于对象的图像描述方式。目前，国内有关MPEG-4应用技术的研究及开发的工作正在悄然兴起。笔者在研究了MPEG-4视频标准之后，充分利用TMS320C6201的硬件资源和软件优化，实时实现了嵌入式MPEG-4视频解码器。

1 MPEG-4视频码流及主要算法

MPEG-4采用了基于对象的压缩编码技术。在编码前，首先要对视频序列进行分析，从原理图像中分割出各个视频对象，然后南分别对每个视频对象单独编码。每个对象都有自己的形状信息（shape）、运动信息（motion）、纹理信息（texture）。对视频对象的编码就是对这3种信息进行编码。MPEG-4通过运动预测和运行补偿来去除连续帧之间的时间冗余。运动预测与运动补偿的精度可以为整像素、半像素或1/4像素，另外还增了重叠运动补偿方式。与形状相关算法有：基于邻近信息的算术编码、水平和垂直填补、扩张填补等。与纹理编码相关的算法有：离散余弦变换（DCT）、量化、DCT系数的DC/AC差分预测、Zig-Zag扫描、游程编码、霍夫曼变长编码等。

笔者实现的是MPEG-4的SVP（Simple Visual Profile）视频解码。视频序列全部为矩形，所以不存在任意形状编码。视频序列按照视频对象层VOL（Video Object Layer）、视频对象平台VOP（Video Object Plane）、宏块MB（Macro Block）视顺序编成一串码流。1个VOL中包含多个VOP，1个VOP中包含多个MB。MB是码流中的基本单位。MB又分为帧内MB（intraMB）、帧间MB（imterMB）。帧间4VMB(inter4VMB)等几种。在I-VOP中，所有的宏块都是intraMB。P-VOP中宏块有多种可能，可以是intraMB、interMB或inter4VMB。P-VOP中的interMB或inter4VMB的码流描述如下：

MB码流=MB形状 MB头信息 MV DCT纹理信息（Y1 Y2 Y3 Y4 U V）

由于是矩形帧，所以无形状编码MB shape部分。

MB头信息中主要包括4个参数：not_coded（本MB是否编码的标志位）、mcbpc（色度块U和V是否编码的标志位）、cbpy（亮度块Y1～Y4是否编码的标志位）、dquant（本MB中DCT系数量化步长的增量值）。

MV为运动矢量，实际写入码流的是运动矢量误差值（ΔMV），这是因为编码中MV采用差分编码。如果MB是一个interMB，则表示本MB只有1个运动矢量，所以在码流中只传1个ΔMV；如果MB是一个inter4VMB，则表示本MB有4个运行矢量，即每个子块（block）有1个运动矢量，所以在码流中需传送4个ΔMV，即mvd1、mvd2、mvd3和mvd4。