基于ARM926EJ-S的MPEG-4软解码器的优化与实现

作者：时间：2009-02-10来源：网络收藏

1 引言

本文引用地址：http://www.amcfsurvey.com/article/152648.htm

MPEG-4视频压缩标准自问世以来受到人们的广泛关注。近几年，嵌入式应用中对MPEG-4播放器的实现已经成为众多厂家的研究热点。专用的MPEG-4播放芯片已经非常普遍，但是减少功耗和降低成本一直是商家追求的目标，因此，随着嵌入式的主流微处理器ARM的处理能力越来越强，用他来实现MPEG-4系统的软解码成为了众多嵌入式设计公司研究的重点内容。由于MPEG-4系统庞大且需要大量的数据处理，因此在ARM中实现MPEG-4软解码需要对其原算法进行充分的优化才能达到理想的性能。为此研究了一种基于 ARM926EJ-S微处理器的MPEG-4解码算法的纯软件实现和优化的方法，通过对解码算法的软件优化，将QVGA格式MPEG-4码流在ARM9平台上的播放速度由原来的10 f／s提高到了37 f／s，完全达到了流畅播放的要求，具有很高的实用价值。

2开发平台及耗时分析

论文研究使用的是基于 ARM926EJ-S微处理器的综合开发平台，采用Linux操作系统，外接320*240(QVGA格式)的LCD显示屏。ARM926EJ-S微处理器的时钟频率为190 MHz；采用5级整数流水线操作，支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集以及扩充的DSP指令集；支持数据Cache和指令Cache，具有更高的指令和数据处理能力。软件编译环境为ADS1.2，使用Multi-ICE下载程序。

MPEG-4 SP级算法流程图如图1所示。优化的前期工作首先要将MPEG-4解码代码移植到开发平台上，然后对解码各个模块进行运算量和耗时分析，找出优化的重点内容。本文采用长度为376 934 B的AVI码流为测试序列，该码流共95帧，其中包括8个I帧，87个P帧。在未优化前测得的耗时分析结果如表1所示，整个测试序列解码播放完毕耗时10.05 s，解码播放速度只有9.5 f／s。

在ARM上用软件实现MPEG-4解码器的主要任务是提高解码速度，同时达到理想的画面播放效果。因此，怎样使耗时部分根据ARM处理器的特性提高程序执行效率是我们的主要工作，也是研究实现的重点。

3 MPEG-4解码算法在ARM926EJ-S上的优化

MPEG-4软解码以开源的XVID源代码做为参考，将XVID的C源代码移植到ARM平台上，在此基础上进行优化并测试优化后的解码播放性能。优化主要从3个方面进行：

(1)对XVID源代码的软件结构，程序流程进行适合ARM特点的调整。
(2)对运算量较大、耗时较多的模块编写汇编函数代替C程序模块，提高程序执行效率。
(3)寻找快速或并行算法。

3.1软件结构的优化

ARM的资源非常有限，在软件的结构安排上应尽量减少存储器访问，增加Cache的命中率，提高程序执行效率。

3.1.1 适当的模块合并处理以减少存储器的访问次数

优化前的源代码中，I帧与P帧的宏块解码软件结构如图2所示。在这个流程中，对于inter宏块，可变长解码(VLD)，反扫描(Iscan)，反量化(Iquant)三个过程中有3次的Block存储区读，2次Block存储区写和1次Data存储区写。然而这些数据的处理并不存在关联性，为减少存储器访问带来的浪费，可以将在Block存储区读取的数据将这三个步骤全部进行完之后再放回存储区。因此可对这三个步骤进行合并处理。具体的做法是：将原来的两个函数：

合并后VLD从Block缓冲区读数据处理后马上进行反扫描和反量化，并将反量化后的数据存入Block中。整个过程只进行了一次Block缓冲区的读和写，不仅减少了两个读写操作，还减少了一个Data缓冲区的开辟。同时，对于P帧在VLD之后立即进行反量化还省去了大量零值的处理，这也是考虑合并的主要因素之一。

同样，I帧中的AC／DC预测和反量化也可以进行合并。做法是：将add_acdc(pMB，i，block[i*64]，iDcScaler，predictors)；dequant_intra(data[i*64]，block[i*64]，iQuant，iDcScaler)两个函数合并为：add_acde(pMB，i，block[i*64]，iDcSealer，predictors，cbpcontrol，iQuant)。这个过程在减少存储器的读写操作的同时也减少了没有预测的AC值的反量化过程。

通过以上两个步骤的合并处理，由测试序列测试之后发现解码播放完毕耗时5.23 s，速度提高了将近9 f／s，效果非常明显。