基于DSP的低码率实时视频传输技术的研究
摘要
甚低码率视频图像编解码技术是近年来视频处理领域的一个研究热点。在诸多视频编码实现方法中，除了已广泛应用的纯软件方法外，基于DSP芯片的方法具有显著的优势。视频压缩编码本质是数字信号处理，DSP芯片比通用CPU更适合做数字信号处理，因此将DSP芯片用于视频编码具有独特的优点。本文首先介绍了视频图像编码原理、H.263建议和基于DSP芯片的实时信号处理系统。然后按照DSP系统的开发流程，设计开发了一个基于DSP芯片的H.263实时视频压缩编解码系统。该系统硬件设计选择了Conexant公司的Bt819A芯片为前端视频采集A／D芯片，Bt852芯片作为后端视频的输出D／A芯片，完成对视频信号数字化和逆处理，为DSP对系统功能处理作好准备。然后，以TI公司TMS320C6711芯片为核心的DSK系统作为实现H.263算法核心部分。该系统软件设计部分针对H.263核心算法模块：DCT、DCT和运动估计模块，阐述了全零发现技术，并与传统运动估计结合应用一种基于发现全零块的中止准则，对原有算法进行了改造，取得了良好的效果。
Video coding realization in narrow band channel is a hotspot in video processing field. Among many methods that realize video coding, the method based on DSP chip also bears remarkable advantage besides pure software method which used widely.
The essence of video coding is digital signal processing, and DSP chip is more suitable for digital signal processing than general CPU. Thus, there will be of great benefit employ DSP chip video coding. In this paper the principle of video coding, the recommendation H.263 and the real-time signal processing system based on DSP chip are introduced first. A H.263 real-time video coding system based on DSP chip is then designed which follows the develop flow of a DSP system. The Bt819A of brooktree corp is selected for front-end video A/D transforming, Bt852 as video D/A, and the TMS320C6711 of TI corp. selected for H.263 core algorithm processing in the system hardware design. In the system software design, H.263 core algorithm modules (DCT, DCT, motion estimation) are discussed. Exploits the fact that many residual blocks become all zero blocks after DCT and quantizationin very low bit rate videocoding. A motion search algorithm asing zero block detection technology, is proposed in this paper.
Video coding realization in narrow band channel is a hotspot in video processing field. Among many methods that realize video coding, the method based on DSP chip also bears remarkable advantage besides pure software method which used widely.
The essence of video coding is digital signal processing, and DSP chip is more suitable for digital signal processing than general CPU. Thus, there will be of great benefit employ DSP chip video coding. In this paper the principle of video coding, the recommendation H.263 and the real-time signal processing system based on DSP chip are introduced first. A H.263 real-time video coding system based on DSP chip is then designed which follows the develop flow of a DSP system. The Bt819A of brooktree corp is selected for front-end video A/D transforming, Bt852 as video D/A, and the TMS320C6711 of TI corp. selected for H.263 core algorithm processing in the system hardware design. In the system software design, H.263 core algorithm modules (DCT, DCT, motion estimation) are discussed. Exploits the fact that many residual blocks become all zero blocks after DCT and quantizationin very low bit rate videocoding. A motion search algorithm asing zero block detection technology, is proposed in this paper.
引文
[1] ITU-T H.263 Recommendation. Videocoding for low bit rate communication. 1998,01.
[2] 何芸，翁成坚．低数码率视频压缩编码及全软件 H．263视频通信系统研究．中国图象图形学报，1997，2(5)：319～324．
[3] AliceYu, RubyLee, Michale Flynn. Early dectection of all zero coefficients in H.263. PCS1997: 159～164.
[4] ITU-T Study Group 16. Intelligent pre-quantization in motion compensated videocoding. Q15-D-35. Tampere, Finland: ITU-T1998, 04.
[5] 姚庆栋，毕厚杰，王兆华等．图象编码基础．杭州：浙江大学出版社，1993．
[6] 章毓晋．图象处理和分析．北京：清华大学出版社，1999．
[7] ITU-T Study Group 16. TMN8 videocodec test model near-termversion 8[R]. Q15-B-46. Sunriver: ITU-T. 1997,09.
[8] 兰军强，何芸，曹志刚．H．263中基于全零块发现的运动搜索方法．中国图象图形学报，2000，11(5)：925～931
[9] 李武森，迟泽英，陈文建．嵌入式高速DSP视频图像处理系统的时序设计．电子工程师，2001，12(7)：47～58
[10] 任丽香等．TMS320C6000系列DSPs的原理与应用．北京：电子工业出版社，2000，7
[11] 徐盛，陈健．TMS320C6201数字信号处理器在图像处理中的应用．电子技术应用，1999，1：70～72
[12] 李武森，迟泽英，陈文建．TMS320C6x为核心的实时视频图像处理器的初步设计．红外技术，2001，5，23(3)：13～15
[13] 迟泽英，李坤宇，李武森，陈文建．高速DSF视频图像数字处理电路几个关键问题的研究分析．红外技术，2001，3，23(2)：24～27
[14] 陈冰，王兴国，刘济林．基于DSP TMS320C6x的实时图象处理系统．光电工程，2000，12，27(6)：37～42
[15] 庞浩，王赞基．基于DSP的脱机视频编／解码系统．电子技术应
用，2001，10：64～66
[16] 张涛，王宏远．基于DSP芯片的桌面视频会议系统终端硬件设计．电视技术，1998，08：18～20
[17] 侯建军，柳立鹏，邵文龙．基于TMS320C5402的新型IP电话的设计，北风交通大学学报，2001，6，25(3)：107～110
[18] 严枫，余松煜，李靖华．基于TMS320C80视频系统中数据传输的硬件优化．电子技术应用，1999，2：48～50
[19] 汤家骏，杨晓萍，陈健．用TMS320C6201实现H．263编解码器．电子技术，2000，6：14～17
[20] CONEXANT, Bt819A/817A/815A VideoStream Decoders.
[21] AVERLOGIC, AL422B Data Sheets Version 1.
[22] CONEXANT, Bt852 YCrCb to NTSC/PAL Digitial Video Encoder for VideoCD Datasheet.
[23] Philips Semiconductors, The I2C Bus Specification Version2.1,January 2000
[24] TMS320C6000 Imaging Developer's Kit (IDK) Programmer's Guide,2000,Dec
[25] 国狄非，国涅明，赵宇航，刘开华．在TMS320C80上实现H．263编解码器，天津大学学报，2000，11，33(6)：757～762
[26] 李哲英，骆丽，刘元盛．DSP基础理论与应用技术，北京航空航天大学出版社，2002
[27] 郑红，吴冠．TMS320C54XDSP应用系统设计，北京航空航天大学出版社，2002
[28] 王念旭等．DSP基础与应用系统设计，北京航空航天大出版社，2001
[29] 张雄伟，曹铁勇．DSP芯片的原理与开发应用(第二版)．电子工业出版社，2000
[30] 何立民．I2C总线应用系统设计．北京航空航天大学出版社，1998
[31] 刘健．在低速信道上用DSP实现动态图像压缩编码技术的研究，河海大学硕士学位论文，2002，3
[32] 欧阳春波．基于低码率信道的远程视频实时监控系统的研究．河海大学硕士学位论文，2002，3．
[33] ITU-T Study Group 16.Video codec test model near term, version 8(TMN8).Q15-B-46. Sunriver:ITU-T 1997,09
[34] 周旋，谭径微，余松煜。H．263中的预先判断全零系数的新方法．上海交通大学学报．第32卷，第9期，1998，9
[35] Texas Instrument. Code Composer Studio Getting Started Guide
[36] Texas Instrument. TMS320C6000 Assembly Language Tools User's Guide
[37] Texas Instrument. TMS320C6000 DSP/BIOS Application Programming Interface (API) Reference Guide
[38] Texas Instrument. TMS320C6000 Peripherals Reference Guide
[39] Texas Instrument. TMS320C6000 Host Port To MPC860 Interface
[40] Texas Instrument. TMS320C6000 EMIF To External SDRAM/SGRAM Interface
[2] 何芸，翁成坚．低数码率视频压缩编码及全软件 H．263视频通信系统研究．中国图象图形学报，1997，2(5)：319～324．
[3] AliceYu, RubyLee, Michale Flynn. Early dectection of all zero coefficients in H.263. PCS1997: 159～164.
[4] ITU-T Study Group 16. Intelligent pre-quantization in motion compensated videocoding. Q15-D-35. Tampere, Finland: ITU-T1998, 04.
[5] 姚庆栋，毕厚杰，王兆华等．图象编码基础．杭州：浙江大学出版社，1993．
[6] 章毓晋．图象处理和分析．北京：清华大学出版社，1999．
[7] ITU-T Study Group 16. TMN8 videocodec test model near-termversion 8[R]. Q15-B-46. Sunriver: ITU-T. 1997,09.
[8] 兰军强，何芸，曹志刚．H．263中基于全零块发现的运动搜索方法．中国图象图形学报，2000，11(5)：925～931
[9] 李武森，迟泽英，陈文建．嵌入式高速DSP视频图像处理系统的时序设计．电子工程师，2001，12(7)：47～58
[10] 任丽香等．TMS320C6000系列DSPs的原理与应用．北京：电子工业出版社，2000，7
[11] 徐盛，陈健．TMS320C6201数字信号处理器在图像处理中的应用．电子技术应用，1999，1：70～72
[12] 李武森，迟泽英，陈文建．TMS320C6x为核心的实时视频图像处理器的初步设计．红外技术，2001，5，23(3)：13～15
[13] 迟泽英，李坤宇，李武森，陈文建．高速DSF视频图像数字处理电路几个关键问题的研究分析．红外技术，2001，3，23(2)：24～27
[14] 陈冰，王兴国，刘济林．基于DSP TMS320C6x的实时图象处理系统．光电工程，2000，12，27(6)：37～42
[15] 庞浩，王赞基．基于DSP的脱机视频编／解码系统．电子技术应
用，2001，10：64～66
[16] 张涛，王宏远．基于DSP芯片的桌面视频会议系统终端硬件设计．电视技术，1998，08：18～20
[17] 侯建军，柳立鹏，邵文龙．基于TMS320C5402的新型IP电话的设计，北风交通大学学报，2001，6，25(3)：107～110
[18] 严枫，余松煜，李靖华．基于TMS320C80视频系统中数据传输的硬件优化．电子技术应用，1999，2：48～50
[19] 汤家骏，杨晓萍，陈健．用TMS320C6201实现H．263编解码器．电子技术，2000，6：14～17
[20] CONEXANT, Bt819A/817A/815A VideoStream Decoders.
[21] AVERLOGIC, AL422B Data Sheets Version 1.
[22] CONEXANT, Bt852 YCrCb to NTSC/PAL Digitial Video Encoder for VideoCD Datasheet.
[23] Philips Semiconductors, The I2C Bus Specification Version2.1,January 2000
[24] TMS320C6000 Imaging Developer's Kit (IDK) Programmer's Guide,2000,Dec
[25] 国狄非，国涅明，赵宇航，刘开华．在TMS320C80上实现H．263编解码器，天津大学学报，2000，11，33(6)：757～762
[26] 李哲英，骆丽，刘元盛．DSP基础理论与应用技术，北京航空航天大学出版社，2002
[27] 郑红，吴冠．TMS320C54XDSP应用系统设计，北京航空航天大学出版社，2002
[28] 王念旭等．DSP基础与应用系统设计，北京航空航天大出版社，2001
[29] 张雄伟，曹铁勇．DSP芯片的原理与开发应用(第二版)．电子工业出版社，2000
[30] 何立民．I2C总线应用系统设计．北京航空航天大学出版社，1998
[31] 刘健．在低速信道上用DSP实现动态图像压缩编码技术的研究，河海大学硕士学位论文，2002，3
[32] 欧阳春波．基于低码率信道的远程视频实时监控系统的研究．河海大学硕士学位论文，2002，3．
[33] ITU-T Study Group 16.Video codec test model near term, version 8(TMN8).Q15-B-46. Sunriver:ITU-T 1997,09
[34] 周旋，谭径微，余松煜。H．263中的预先判断全零系数的新方法．上海交通大学学报．第32卷，第9期，1998，9
[35] Texas Instrument. Code Composer Studio Getting Started Guide
[36] Texas Instrument. TMS320C6000 Assembly Language Tools User's Guide
[37] Texas Instrument. TMS320C6000 DSP/BIOS Application Programming Interface (API) Reference Guide
[38] Texas Instrument. TMS320C6000 Peripherals Reference Guide
[39] Texas Instrument. TMS320C6000 Host Port To MPC860 Interface
[40] Texas Instrument. TMS320C6000 EMIF To External SDRAM/SGRAM Interface