基于S3C2440的H264软编解码器实现

（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｏｐｌｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ·Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ．Ｃｈｅｎｇｄｕ．６１００５４．Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎｏｗａｄａｙｓ，ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈ．２６４ ｅｎｃｏｄｅｒ／ｄｅｃｏｄｅｒ ｉｓ ｔｈｅ ｈｏｔｓｐｏｔ ｏｆ ｔｈｅ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒｅ— ｓｅａｒｃｈ．Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈ．２６ｒ１ ｅｎｃｏｄｉｎｇ ａｎｄ ｄｅｃｏｄｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ Ｌｉｎｕｘ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｄｅｄ ｏｎ￥３Ｃ２４４０ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ ｅｎｃｏｄｉｎｇ ｃｏｄｅ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｘ２６４，ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｃｏｄｉｎｇ ｃｏｄｅ ｏｎ ｆｆｍｐｅｇ ｃｏｄｅｃ。ａｎｄ ｐｌａｙ ｏｎ ｆｆｐｌａｙ ｃｏｄｅｃ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ａｔ ｔｈｅ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｑｃｉｆ，ｔｈｅ ｎｅａｒ ｒｅａ［一ｔｉｍｅ ｄｅｃｏｄｉｎｇ ａｎｄ ｐｌａｙｉｎｇ ｃａｎ ｂｅ ｇａｉｎｅｄ．Ａｉｍｍｉｎｇ ａｔ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｖｉｄｅｏ ｄｅｃｏｄｉｎｇ ａｎｄ ｐｌａ— ｙｉｎｇ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｖｉｄｅｏ ｓｔｒｅａｍｉｎｇ．ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｄｅｃ ｏｐｔｉｏｎｓ ｉｓ ｇｉｖｅｎ．
收稿日期：２００９—１０—２８ ３８
万方数据
随着视频压缩技术的日益成熟，嵌入式视频监控成 为当今视频监控的主流。采用￥３Ｃ２４４０为硬件平台， 将Ｌｉｎｕｘ与Ｈ．２６４相结合，实现ｘ２６４和ｆｆｍｐｅｇ的移 植，对实际嵌入式视频通信系统的设计开发，具有重要 意义和实用价值嘲。
１ 系统架构
采用￥３Ｃ２４４０作为硬件平台，稳定运行在 ４００ ＭＨｚ，６４ ＭＢ片上ＳＤＲＡＭ，可以满足大型软件内 存需要，６４ ＭＢ ＮＡＮＤ ＦＬＡＳＨ，用于存储文件系统镜 像，接口丰富，功能强大。以拥有免费性，高可靠性，携 带源代码，强大的网络功能等特性的Ｌｉｎｕｘ作为嵌入式 软件开发平台。
关键词：￥３Ｃ２４４０；Ｈ．２６４；视频流；编解码；嵌入式开发
中图分类号：ＴＰ３１１
文献标识码：Ａ
文章编号：１００４—３７３Ｘ（２０１０）０６—０３８—０２
Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈ．２６４ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｅｎｃｏｄｅｒ／Ｄｅｃｏｄｅｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓ３Ｃ：２４４０
ＨＥ Ｘｕｎ。ＺＨＯＵ Ｙｉｎｇ，ＷＡＮＧ Ｙａｆｅｉ
比如ＣＩＳＣ结构的ＣＰＵ，基本上所有的指令都能访 问内存，对内存的操作都可以通过一个指令直接完成。 而ＲＩＳＣ结构的ＣＰＵ对内存的操作大都是通过Ｌｏａｄ／ Ｓｔｏｒｅｓ来进行的，其对内存的算术操作不能在一个指令 周期内完成。通常通过Ｌｏａｄ将内存中的操作数取出， 送入寄存器，再修改寄存器的内容．最后再用Ｓｔｏｒｅ将 寄存器的数据送回内存。ＲＩＳＣ结构的内存操作方式， 决定了由ＣＩＳＣ结构ＣＰＵ上开发的软件不能直接成功 移植到ＲＩＳＣ上面¨。。
目前，Ｈ．２６４的开源解码器软件主要有：德国ＨＨＩ 研究所负责开发的Ｈ．２６４官方测试软件ＪＭ，由法国巴 黎中心学校的中心研究所的学生发起的，网上自由组织 联合开发的兼容２６４标准码流的编码器ｘ２６４，以及中 国视频编码自由组织联合开发Ｔ２６４等。对比之下， ｘ２６４注重实用，在不明显降低编码性能的前提下，努力 降低编码的重复计算复杂度，摒弃了Ｈ．２６４标准中 一些对编码性能贡献微小但计算复杂度极高的新特性 如多参考帧。
紧接着在ｓｈｅｌｌ脚本ｍａｋｅ，在ｍａｋｅ中会出现关于 ｃｐｕ ｓｅｔ ｔ的错误，关于ＣＰＵ ｓｅｔ ｔ的以下那段代 码是计算ＣＰＵ内核数目的，所以将ｎｐ一１（计算机是单 核）直接返回，而没有用它的计算，还可能会出现变量未 定义的情况，可以用ｅｘｔｅｒｎ来辅助定义和应用相关函 数得到解决。然后ｍａｋｅ ｉｎｓｔａｌｌ，就会得到目标平台处 理格式的二进制可执行文件ｘ２６４，将其移植到开发板 上，具体参数说明可以键入“．／ｘ２６４一ｈｅｌｐ”进行查看。
２ ｘ２６４的移植
由于普通ＰＣ机的Ｘ８６体系结构和ＡＲＭ的体系 结构的差别，Ｘ８６就是采用复杂指令架构计算机（Ｃｏｍ— ｐｌｅｘ Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｓｅｔ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ，ＣＩＳＣ）架构。在ＣＩＳＣ
处理器中，程序的各条指令是按顺序串行执行的，每条 指令中的各个操作也是按顺序串行执行的。顺序执行 的优点是控制简单，但计算机各部分的利用率不高，执 行速度慢。ａｒｍ结构采用的是精简指令集计算机（Ｒｅ— ｄｕｃｅｄ Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｓｅｔ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ，ＲＩＳＣ）架构，是一种执 行较少类型计算机指令的微处理器。他们有以下区别： ＲＩＳＣ对存储器操作有限制，使控制简单化；而ＣＩＳＣ机 器的存储器操作指令多，操作直接。ＲＩＳＣ机器在一条 指令执行的适当地方可以响应中断；而ＣＩＳＣ机器是在 一条指令执行结束后响应中断。ＲＩＳＣ汇编语言程序 一般需要较大的内存空间，实现特殊功能时程序复杂， 不易设计；而ＣＩＳＣ汇编语言程序编程相对简单，科学 计算及复杂操作的程序设计相对容易．效率较高。
４几组实验数据的对比
在Ｓ３Ｃ２４４０平台下，采用Ｌｉｎｕｘ内核２．６，用成功 移植的ｘ２６４和ｆｆｍｐｅｇ以及ｆｆｐｌａｙ，对标准序列做了以 下测试，如表１所示。
表１测试结果
从表１可以看出，在￥３Ｃ２４４０平台上编码速度比 较慢，解码速度能接近实时，相信进过优化，能达到一般 安全监控的要求。ＡＲＭ上测试序列标准序列ｓｕｚｉｅ— ｑｃｉｆ．ｙｕｖ播放效果如图１所示，测试电影中的１个片段 播放效果如图２所示。
然后交叉编译ｆｆｍｐｅｇ，注意的是要把ｘ２６４加进 来，当Ｃｏｎｆｉｇｕｒｅ时要加入一ｅｎａｂｌｅ—ｘ２６４选项，具体参 数说明可键人“．／ｃｏｎｆｉｇｕｒｅ—ｈｅｌｐ”查看。
Ｃｏｎｆｉｇｕｒｅ后会出现在ＳＤＬ ｓｕｐｐｏｒｔ ＮＯ之后。编 辑脚本ｃｏｎｆｉｇｕｒｅ里面的ｓｄｌ—ｃｈｅｃｋ，找到：
ＳＤＬ—ＣＯＮＦＩＧ＝“ＭＹＭ｛ｃｒｏｓｓ—ｐｒｅｆｉｘ）ｓｄｌ—ｃｏｎ— ｆｉｇ”，修改为自己安装的目录，如笔者为／ｕｓｒ／ｌｏｃａｌ／ ａｒｍ／３．４．１／ｂｉｎ／ｓｄｌ—ｅｏｎｆｉｇ，紧接着ｍａｋｅ进行编译和 ｍａｋｅ ｉｎｓｔａｌｌ进行安装就能得到目标平台处理器格式的 二进制可执行文件ｆｆｐｌａｙ和ｆｆｍｐｅｇ，将生成的ｆｆｐｌａｙ和 ｆｆｍｐｅｇ移植到开发板上，同时将生成的库文件 ｌｉｂＳＤＩ。一１．２．ＳＯ．０和ｌｉｂｘ２６４．ＳＯ．５６移植到ＡＲＭ上 Ｌｉｎｕｘ系统的根目录ｌｉｂ下运行。
３ ｆｆｍｐｅｇ和ｆｆｐｌａｙ的移植
由于ｆｆｐｌａｙ需要ＳＤＩ。库的支持，ＳＤＩ．是一个跨平台 的多媒体库，以用于直接控制底层的多媒体硬件的接ＶＩ。
万方数据
首先交叉编译ＳＤＬ，这里采用的版本为ＳＤＬ一１．２．１３。 键入“．／ｃｏｎｆｉｇｕｒｅ—ｈｅｌｐ”根据需要设置参数，然后
ｍａｋｅ和ｍａｋｅ ｉｎｓｔａｌｌ，看情况改变ｐｒｅｆｉｘ目录和各种选 项。ｍａｋｅ ｉｎｓｔａｌｌ之后便在ｐｒｅｆｉｘ目录下生成所需的动 态库和ｉｎｃｌｕｄｅ头文件等。
ＤＩＳ是数字信息技术和嵌入式技术在教育领域的 最新应用。分析了ＤＩＳ系统的整体模型，给出了其主 体的一个具体实现。由于硬件上定义了统一的接口，软 件上引入了实时操作系统，系统的扩展性极强。创新性 地提出了传感器的无线连接方式，以方便实验。系统硬 件上基于ＡＲＭ７平台，体积小，重量轻，功耗低，价格便 宜；软件上提供了图形用户界面，支持触摸操作，使用方 便，界面友好。系统集数据采集与分析显示于一体，可 独立使用，又可以方便地与计算机通信，性能优越，稳定 性好。可以预见，该设计在中小学实验教学领域将有广 泛的应ＩＳ在高中生物学实验中的应用初探［Ｊ］．生物学通 报，２００８，４３（８）：４２—４３．
［２］张晓伟．刘盼盼．ＡＲＭ嵌入式系统设计原理与开发实例 ［Ｍ］．北京：电子工业出版社．２００８．
［３］赖于树．ＡＲＭ微处理器与应用开发［Ｍ］．北京：电子工业出 版社，２００７．
［４］周立功．ＡＲＭ微控制器基础与实战［Ｍ］．北京：北京航空航 天大学出版社，２００３．
为了能够在ＰＣ机（ＣＩＳＣ结构）上编译得到能在ＡＲＭ 上（ＲＩＳＣ结构）运行的二进制程序，要使用交叉编译工具链 来编译程序，这里选用ａｒｌＴｌ—Ｌｉｎｕｘ—ｇｃｃ ３．４．１。
笔者移植所选版本为ｘ２６４一ｓｎａｐｓｈｏｔ ２００７０９２０— ２２４５。将ｘ２６４程序拷贝到ＰＣ机上的Ｌｉｎｕｘ系统，运 行ｘ２６４所在目录下的ｃｏｎｆｉｇｕｒｅ脚本进行配置，输入 ＣＣ—ａｒｍ—Ｉ。ｉｎｕｘ一．／ｃｏｎｆｉｇｕｒｅ。会在当前目录生成 ｃｏｎｆｉｇ．ｍａｋ文件，修改该脚本，设置编码器和库文件安 装路径、目标系统类型（Ｌｉｎｕｘ或Ｗｉｎｄｏｗｓ）、指定编译 工具链和编译选项等。比如把ＣＣ＝ｇｃｃ，ＡＳ＝ｙａｓｍ修 改为ＣＣ＝ａｒｍ—Ｌｉｎｕｘ—ｇｃｃ．ＡＳ＝ａｒｍ—Ｌｉｎｕｘ—ａｓ等。
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：￥３Ｃ２４４０；Ｈ．２６４；ｖｉｄｅｏ ｓｔｒｅａｍｉｎｇ；ｅｎｃｏｄｅｒ／ｄｅｃｏｄｅｒ；ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ
０引 言
由国际电信联合会ＩＴＵ视频编码专家组ＶＣＥＧ （Ｖｉｄｅｏ Ｃｏｄｉｎｇ Ｅｘｐｅｒｔ Ｇｒｏｕｐ）和国际化标准组织运动 图像专家组ＭＰＥＧ（Ｍｏｔｉｏｎ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｅｘｐｅｒｔ Ｇｒｏｕｐ）共 同组成的联合视频组ＪＶＴ（Ｊｏｉｎｔ Ｖｉｄｅｏ Ｔｅａｍ）联合制 定的Ｈ．２６４视频压缩标准，凭借相对其他标准较高的 压缩效率和优秀的图像质量，已经成为目前最流行的视 频处理协议，具有广阔的前景和巨大的应用价值。由于 Ｈ．２６４采用分层设计、多模式运动估计、改进的帧内预 测等技术，显著提高了预测精度，从而获得比其他标准 好得多的压缩性能¨］。然而Ｈ．２６４获得优越性能的代 价是大幅度增加计算复杂度。