基于dsp平台的机载高清视频编码器设计与实现

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1、航空学报Ｍａｒ．２５２０１１Ｖｏｌ．３２Ｎｏ．３５０７－５１４ＡｃｔａＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｅｔＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃａＳｉｎｉｃａＩＳＳＮ１０００－６８９３ＣＮ１１－１９２９／Ｖｈｔｔｐ：／／ｈｋｘｂ．ｂｕａａ．ｅｄｕ．ｃｎｈｋｘｂ＠ｂｕａａ．ｅｄｕ．ｃｎ文章编号：１０００－６８９３（２０１１）０３－０５０７－０８基于ＤＳＰ平台的机载高清视频编码器设计与实现刘荣科＊，胡伟，高杨，周游北京航空航天大学电子信息工程学院，北京１００１９１摘要：针对无人机（ＵＶＡ）航拍对高清视频的需求，设计并实现了基于数字信号处理器（ＤＳＰ）平台的ＭＰＥＧ－４高清视频编码器

2、，具有体积小、功耗低和可靠性高的特点。根据ＤＳＰ片内资源设计了存储器分配方案，优化了编码过程中的数据流传输，降低了数据访问对编码速度的影响。针对视频编码算法中复杂度较高的部分，采用了基于预测的运动估计，减少了匹配搜索时间；提出了改进的变长编码方案，大幅提高了编码速度；提出了一种提前判断全零系数块的充分条件，有效减少了离散余弦变换（ＤＣＴ）和量化计算。实验结果表明，该编码器对７２０Ｐ格式（１２８０ｐｉｘｅｌ×７２０ｐｉｘｅｌ分辨率）视频的编码速度在２０帧／ｓ以上，并且峰值信噪比（ＰＳＮＲ）高于３５ｄＢ，具有良好的画面质量和较低的码率。关键词：数字信号处理

3、器；ＭＰＥＧ－４；视频信号处理；实时系统；高清；优化中图分类号：Ｖ２４３；ＴＮ９１９．８文献标识码：Ａ航拍和对地侦察是无人机的关键功能之一，献［２］采用ＴＩ的ＤＭ６４６７，通过调用ＴＩ提供的视在抗震救灾、森林防火、边境巡逻等方面有重要应频协处理器，对７２０Ｐ格式（１２８０ｐｉｘｅｌ×７２０ｐｉｘｅｌ用。随着无人机航拍视频分辨率的提高，原始视分辨率）视频的处理速度达到了３０帧／ｓ，但由于频数据量显著增加，这就需要高效的视频压缩技编码库封装在硬核中，不便于程序开发和功能扩术，以完成视频的贮存和传输。目前主流的视频展；文献［３］采用ＴＩ的ＴＭＳ３２０Ｃ６４５

4、５（以下简称压缩编码标准ＭＰＥＧ－４和Ｈ．２６４都广泛应用于Ｃ６４５５），对Ｄ１格式（７２０ｐｉｘｅｌ×５７６ｐｉｘｅｌ分辨航拍视频的压缩编码。率）视频的编码速度达到２５帧／ｓ以上，但峰值信无人机的机载环境非常苛刻，这就要求视频压噪比（ＰＳＮＲ）低于３０ｄＢ，画面质量稍差。针对缩编码系统必须具有小型化、低功耗和高可靠性的ＭＰＥＧ－４标准，文献［４］以日本电气化公司特点。近几年来，数字信号处理器（ＤＳＰ）技术发展（ＮＥＣ）的低功耗ＤＳＰ（μＰＤ７７２１０）为平台，支持迅速，已成为无人机机载视频信号处理的首选平ＱＶＧＡ／ＣＩＦ格式视频１５帧／ｓ的编码；文献

5、［５］台。目前国内外学者围绕基于ＤＳＰ平台的视频编充分研究了ＴＩ的ＤＭ６４２的两级高速缓存码器开发做了大量工作，鉴于视频压缩编码算法和（Ｃａｃｈｅ）结构，提出了优化方案，实现了Ｄ１格式硬件平台的选择不一，成果也不尽相同。针对视频的实时编码；文献［６］在ＴＩ的Ｃ６４１６Ｔ上论Ｈ．２６４标准，文献［１］采用德州仪器（ＴＩ）的证了适用于ＭＰＥＧ－４的快速运动估计算法，但没ＤＭ６４４６，对共享中间格式（ＣＩＦ，３５２ｐｉｘｅｌ×有测试编码器的整体性能；文献［７］和文献［８］分２８８ｐｉｘｅｌ分辨率）的视频编码速度达到２４帧／ｓ；文别在ＴＩ的ＤＳＰ上实现了ＭＰＥ

6、Ｇ－４简单档次收稿日期：２０１０－０６－３０；退修日期：２０１０－０９－１９；录用日期：２０１０－１０－２１；网络出版时间：２０１１－０３－０９１１∶５３网络出版地址：ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／１１．１９２９．Ｖ．２０１１０３０９．１１５３．００１．ｈｔｍｌＤＯＩ：ＣＮＫＩ：１１－１９２９／Ｖ．２０１１０３０９．１１５３．００１基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金（ＹＷＦ－１０－０１－Ｂ２４）＊通讯作者．Ｔｅｌ．：０１０－８２３３９４８２Ｅ－ｍａｉｌ：ｒｏｎｇｋｅ＿ｌｉｕ＠ｂｕａａ．ｅｄｕ．ｃｎ引用格式：刘荣科，胡伟，高杨，

7、等．基于ＤＳＰ平台的机载高清视频编码器设计与实现［Ｊ］．航空学报，２０１１，３２（３）：５０７５１４．－ＬｉｕＲｏｎｇｋｅ，ＨｕＷｅｉ，ＧａｏＹａｎｇ，ｅｔａｌ．ＤｅｓｉｇｎａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆａｉｒｂｏｒｎｅｈｉｇｈｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｖｉｄｅｏｅｎｃｏｄｅｒｂａｓｅｄｏｎＤＳＰｐｌａｔｆｏｒｍ［Ｊ］．ＡｃｔａＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｅｔＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃａＳｉｎｉｃａ，２０１１，３２（３）：５０７５１４．－５０８航空学报Ｍａｒ．２５２０１１Ｖｏｌ．３２Ｎｏ．３（Ｓｉｍｐｌｅｐｒｏｆｉｌｅ）编码器，最高支持７６８ｐｉｘｅｌ×５７６

8、ｐｉｘｅｌ分辨率视频的实时编码，没有达到高清视频（７２０Ｐ格式）编码的要求。综合考虑ＤＳＰ的处