基于ARM和Windows CE的H.264解码器的研究及优化的开题报告一、研究背景随着数字视频技术的发展，H.264编码已成为视频传输和存储的标准之一，而H.264解码器则是实现视频解码的重要组成部分。
尤其是在移动设备上，基于ARM架构的Windows CE操作系统广泛应用，因此基于ARM和Windows CE的H.264解码器的研究具有重要意义。
二、研究内容和方法本研究旨在基于ARM和Windows CE平台实现高效的H.264解码器。
具体研究内容和方法包括：1.研究H.264解码器的工作原理和算法特点，分析其在ARM架构下的适应性。
2.设计和实现基于ARM和Windows CE的H.264解码器，研究其实时性和解码质量。
3.优化H.264解码器的性能，包括实现多线程并行处理、针对ARM架构进行指令集优化等方法。
4.评估H.264解码器的性能和优化效果，包括CPU占用率、解码速度、解码质量等指标。
三、研究意义和创新点本研究将针对移动设备中H.264解码器的实时性和效率问题进行深入研究，采用ARM和Windows CE平台，结合多线程并行处理和指令集优化技术，提高解码器的性能和效率，使其更适合移动设备中高清视频的解码。
同时，本研究的创新点还包括对ARM架构下H.264解码器的优化，可为后续相关领域的研究提供参考和借鉴。
四、研究方案和进度安排本研究的研究方案和进度安排如下：1.研究H.264解码器的工作原理和算法特点（1个月）2.设计和实现基于ARM和Windows CE的H.264解码器（3个月）3.优化H.264解码器的性能（2个月）4.评估H.264解码器的性能和优化效果（1个月）五、预期成果和应用价值本研究的预期成果包括：1.基于ARM和Windows CE的H.264解码器，并优化其性能和效率。
2.评估H.264解码器的性能和优化效果。
应用价值：1.为移动设备中高清视频解码提供解决方案。
摘要摘要H.264是新一代视频压缩编解码标准，它使得运动图像压缩技术上升到一个更高的阶段，目前已经开始得到广泛应用。
为了实现H.264编解码，一般采用嵌入式平台来实现算法。
高性能DSP的快速数据处理能力决定其为H.264的理想实现平台。
Tl公司最新推出的基于DaVinci技术的TMS320DM6446处理器是一款为数字多媒体应用设计开发的芯片，在音视频处理方面具有巨大的优势。
本文即是对H.264视频编解码标准的关键技术和DaVinci技术进行研究，并利用DaVinci进行H.264视频编码算法的移植与优化。
本文首先对数字视频技术相关背景以及视频压缩编码国际标准作了简要介绍，然后详细介绍了视频编码的原理，特别是H.264采用的关键技术，分析了帧内预测、帧间预测，整数变换，量化，熵编码等内容。
在硬件平台部分，先对嵌入式系统的发展现状及其在数字视频领域的应用进行概括性论述，然后详细阐述了DaVinci处理器的整体架构,存储结构,汇编指令特点和开发环境等。
针对DVEVM对系统的各个组成部分的功能及特点作了详细的介绍，特别是主要模块如FLASH，DDR2等的硬件设计过程、调试步骤和注意事项等。
软件部分，首先介绍了TMS320DSP算法标准xDAIS和xDM，然后介绍DaVinci技术内部的Codec Engine框架，描述如何利用Codec Engine框架和xDM对H.264算法进行封装，并结合DaVinci平台的硬件特性对H.264算法进行移植并进行了代码的汇编优化。
本文最后研究了DaVinci嵌入式视频系统Bootloader和Linux 操作系统的引导启动过程并探讨了如何在操作系统之上运行H.264视频编解码算法。
关键词：H.264；DaVinci；视频压缩；算法优化ABSTRACTH.264 is the new generation of video compression coding standard, which greatly has enhanced compressing performance and has begun to receive extensive application in many fields. In order to realize the H.264 CODEC standard, the CODEC algorithm is generally achieved by using embedded platform. So the fast data processing ability and inherent flexibility of DSP show the suitability for implementing H.264. The TMS320DM6446 based on the DaVinci technology is one of the most powerful DSP of TI and it is designed for the digital multimedia applications. This dissertation presents the major techniques of H.264 video standard and DaVinci technology，then the dissertation implements the H.264 encoder based on DaVinci．Firstly, the dissertation birefly presents the background of digital video technology, its standardization., the details of the principle of video coding, especially the H.264 key coding tools and analyses the intra-frame prediction, inter-frame prediction, quant and entropy encoder, etc. In the part of the hardware, firstly the dissertation presents the development of the embsoft system and its application in the digital video.Then introduces the characteristics of DaVinci processor, such as the memory system, the assembly instruction set and the development tools. Especially, the dissertation presents the DVEVM and the importment modules such as the FLASH, DDR2, etc. It introduces the hardware designing，debuging, procedures and pointes out some key notes in realizing a hardware system. In the part of the software, firstly it introduces the TMS320DSP algorithm standard xDAIS and xDM, then the framework of Codec Engine in DaVinci technology. Secondly it presents the method of how to package the H.264 algorithm with the Codec Engine and xDM. Then it introduces the details of optimizing H.264 algorithm combining with DaVinci platform, especially the linear assembly. In the last of the dissertation, it presents the Bootloader, how to boot the Linux operating system, At last，it discusses about the design of Video codec algorithm runing on Linux operating system.Key words：H.264；DaVinci；video compression；algorithm optimization目录摘要 (i)ABSTRACT ................................................................................................................... i i 目录............................................................................................................................. i v 第一章绪论.. (1)1.1 引言 (1)1.2 视频编解码技术的发展与现状 (1)1.3 DSP与DaVinci技术概述 (3)第二章 H.264标准与技术 (5)2.1 视频编解码原理 (5)2.2 H.264 编码器体系 (6)2.2.1 编码器结构 (6)2.2.2 名词解释 (7)2.2.3 档次和级 (8)2.2.4 编码格式 (8)2.3 帧内预测 (9)2.4 帧间预测 (12)2.5 变换 (13)2.6 量化 (14)2.7 熵编码 (14)第三章 DaVinci技术 (15)3.1 嵌入式系统概述 (15)3.2 DaVinci技术概述 (16)3.2.1 DaVinci技术的组成 (16)3.2.2 DaVinci技术的优势 (16)3.3 TMS320DM6446处理器 (17)3.3.1 ARM子系统 (18)3.3.3 ARM与DSP的协作与集成 (22)3.3.4 VPSS视频处理子系统 (24)3.3.5 主要外设概述 (24)第四章 DVEVM的硬件架构 (25)4.1 DVEVM概述 (25)4.2 视频输入与输出模块 (26)4.3 DDR2 SDRAM模块 (27)4.4 NOR FLASH模块 (28)4.6 其它模块 (29)第五章 DaVinci软件开发——DSP端 (31)5.1 Codec Engine概述 (31)5.2 DSP端算法开发 (32)5.3 Codec Server (35)5.4 xDM标准 (36)5.4.1 xDAIS算法标准 (36)5.4.2 xDM标准 (38)5.5 算法的移植概述 (40)5.5.1 针对DSP平台的移植 (40)5.5.2 算法的接口封装 (41)5.5.3 封装接口的数据结构 (43)5.6 算法的优化 (44)5.6.1 算法优化的层次 (44)5.6.2 线性汇编 (45)第六章 DaVinci软件开发——ARM端 (51)6.1 开发工具链的建立 (51)6.1.1 交叉编译概述 (51)6.1.2 配置TFTP服务器 (52)6.1.3 配置NFS服务器 (52)6.2 U-BOOT (53)6.2.2 U-BOOT的两个阶段 (54)6.2.3 U-BOOT的移植和烧写 (55)6.2.4 内核的编译和烧写 (56)6.3 DSP算法端的编译 (57)6.3.1 DSP算法端工具链的建立 (57)6.3.2 算法的编译 (57)6.4 ARM端应用程序的开发 (58)第七章总结与展望 (60)7.1 总结 (60)7.2 展望 (60)参考文献 (61)致谢 (65)攻读学位期间发表的学术论文 (66)第一章绪论第一章绪论1.1 引言在过去的近二十年中，数字视频改变了我们在生产，制造、通信等各个领域的技术方式，视频的应用方式涉及到卫星电视、数字视频制作、视频点播、高清晰电视、实时会议，安防监控等等各行业。
硬件、软件解码，H264、H265HEVC一、硬件解码\软件解码硬件解码跟软件解码我们通常称为硬解跟软解，是通过移动设备观看视频时会碰到的一个概念。
常见的硬件编解码方式有：1、Android平台提供的MediaCodec2、iOS平台提供的Video ToolBox3、Intel提供的QuickSync对视频数据编解码一般有两种方式：1、软件的方式。
使用常规的x264、x265等软件编解码器对数据进行处理，优点是灵活，可以根据需要进行定制，缺点是速度比较慢2、硬件的方式。
使用硬件芯片厂商提供的API进行编解码，这些编解码器已经被集成到了硬件底层，优点是速度快，缺点是与平台相关，而且不够灵活。
首先来说下两者的区别：硬件解码：硬件解码从字面意思很容易理解，就是通过硬件进行视频的解码工作，其中硬件解码是由GPU来进行的，使用GPU解码能够降低CPU的工作负荷，降低功耗。
软件解码：软件解码则是通过软件本身占用的CPU进行解码，所以会增加CPU工作负荷，提升功耗，硬解及软解的优点跟缺点：硬解优点：播放出来的视频较为流畅，并且能够延长移动设备播放视频的时间；硬解缺点：所解码视频格式收到GPU影响，无法部分全部视频，画质也不够清晰。
软解优点：软解能够解码所有视频格式文件，且画质更加清晰；软解缺点：由于软解加大CPU工作负荷，会占用过多的移动CPU 资源，如果CPU能力不足，则软件也将受到影响。
二、H.263、H.264、H.265/HEVCH.263可以2~4Mbps的传输速度实现标准清晰度广播级数字电视（符合CCIR601、CCIR656标准要求的720*576）；而H.264由于算法优化，可以低于2Mbps的速度实现标清数字图像传送；H.265 High Profile 可实现低于1.5Mbps的传输带宽下，实现1080p全高清视频传输。
H.265/HEVC的编码架构大致上和H.264/AVC的架构相似，主要也包含，帧内预测(intra prediction)、帧间预测(inter prediction)、转换(transform)、量化(quantization)、去区块滤波器(deblocking filter)、熵编码(entropy coding)等模块，但在HEVC编码架构中，整体被分为了三个基本单位，分别是：编码单位(coding unit,CU)、预测单位(predict unit,PU) 和转换单位(transform unit,TU )。
H.264/AVC视频压缩编码标准的新进展H .264/AVC 是由ISO/IEC 与ITU-T 组成的联合视频组(JVT)制定的新一代视频压缩编码标准，于2003 年5 月完成制订。
相对于先前的标准，H.264/AVC 无论在压缩效率、还是在网络适应性方面都有明显的提高，因此，业界普遍预测其将在未来的视频应用中替代现有的视频压缩标准。
但是，H.264/AVC 标准由于对视频源的限制，仅支持娱乐级视频质量。
为了进一步扩大其应用范围，使其适应高保真视频压缩的应用，JVT 于2004 年7 月对H.264/AVC 做了重要的补充扩展，称为FRExt(Fidelity Range Extensions)。
FRExt 概述H.264/AVC 标准第一版支持的源图像为每象素8b，且采样方式仅限于4∶2∶0；而新近扩展的FRExt 部分则扩大了标准的应用范围，如专业级的视频应用、高分辨率/高保真的视频压缩等。
FRExt 对H.264/AVC 的改善主要在：(1)进一步引入一些先进的编码工具，提高了压缩效率；(2)视频源的每个样值均可超过8b，最高可达12b；(3)增加了4∶2∶2 与4∶4∶4 的采样格式；(4)更高的比特率，更高的图像分辨率；(5)可达到图像高保真的要求，支持无损压缩；(6)支持RGB 格式的压缩，同时避免了色度空间转换的舍入误差。
图1 FRExt 编码工具FRExt 增加了4 个新的类：(1)High Profile(HP)，支持8b、4∶2∶0 采样；(2)High 10 Profile(Hi10P)，支持10b、4∶2∶0 采样；(3)High 4∶2∶2 Profile(H422P)，支持10b、4∶2∶2 采样；(4)High 4∶4∶4 Profile (H444P)，支持12b、4∶4∶4 采样、无损编码与多种色彩空间的编码。
H.264/AVCFRExt 详细说明了一组4 个新的类，它们如同性能的嵌套子集一样被创立。
