摘要：提出了在TMS320C6711 DSP平臺上實(shí)現(xiàn)H.263視頻編碼器的過程中，如何使用EDMA優(yōu)化數(shù)據(jù)存取的策略，從而減少了CPU花費(fèi)在數(shù)據(jù)搬移上的開銷。

關(guān)鍵詞：H.263 DSP EDMA QDMA 數(shù)據(jù)存取策略

目前，將H.263算法在DSP芯片上實(shí)現(xiàn)，已成為一種越來越廣泛的應(yīng)用趨勢。采用DSP實(shí)現(xiàn)H.263算法，相對于以往的方案，具有更好的擴(kuò)展性，可以很容易地將聲音編解碼和復(fù)用、通信協(xié)議添加進(jìn)來，綜合在一起DSP芯片中，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

本文采用TI公司的TMS320C6711 DSP實(shí)現(xiàn)H.263的編碼，提出一種在DSP平臺上充分合理使用片上EDMA控制器，進(jìn)行數(shù)據(jù)存取優(yōu)化的策略。

1 TMS320C6711的直接存儲器訪問控制器

直接存儲器訪問（DMA）是C6000 DSP的一種重要的數(shù)據(jù)訪問方式，它可以在沒有CPU參與的情況下，由DMA控制器完成DSP存儲空間內(nèi)的數(shù)據(jù)搬移，數(shù)據(jù)搬移的源/目的地址可以在片內(nèi)存儲器、片內(nèi)外設(shè)和外設(shè)器件。

在TMS320C6711中，EDMA控制器負(fù)責(zé)片內(nèi)存儲器L2和外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳輸，其增強(qiáng)之處在于：

·提供了16個(gè)通道

·通道間的優(yōu)先級設(shè)置

·支持不同結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)傳輸?shù)逆溄樱≦DMA除外）

EDMA控制器是基于RAM結(jié)構(gòu)的，EDMA的參數(shù)RAM（PaRAM）存放著傳輸控制參數(shù)。給出了一個(gè)PaRAM的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，總共6個(gè)字（32bit/word）。
選項(xiàng)參數(shù)內(nèi)容如所示。

TMS320C6711 DSP還提供一種快速DMA（QDMA）傳輸方式。QDMA與EDMA相似，支持幾乎所有的EDMA傳輸方式，但是提交傳輸申請的速度要快很多。在應(yīng)用系統(tǒng)中，EDMA適合于固定周期的數(shù)據(jù)傳輸，但如果需要CPU干擾控制搬移數(shù)據(jù)，QDMA則比較適合。

QDMA的操作由兩組寄存器進(jìn)行控制。組的五個(gè)寄存器寄存了QDMA傳輸所需的參數(shù)，與EDMA的PaRAM類似，只是沒重加載/鏈接參數(shù)。第二組的五個(gè)寄存器是組寄存器的“偽映射”。

下面就H.263編碼的某些環(huán)節(jié)說明如何采用EDMA技術(shù)對編碼數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化存取。

2 原始圖像的獲取

由于待處理的原始圖像都很大，即使QCIF格式的圖像，也要占用38KB左右的存儲空間，顯然不能將待編碼圖像存放于片內(nèi)RAM（L2）中。通常的方法是在CPU干預(yù)下，采用“讀入-寫出”的方式，從視頻設(shè)備讀取數(shù)據(jù)，然后存入片外SDRAM中。使用C6000 DSP強(qiáng)大的EDMA，亦可以實(shí)現(xiàn)原始圖像幀的后臺傳輸，EDMA無需CPU的干預(yù)便可獨(dú)自將視頻設(shè)備的輸出圖像直接送往片外SDRAM。這樣，CPU就可以將搬移數(shù)據(jù)的時(shí)間用于圖像編碼的工作。

在這里使用C6000 DSP的EDMA控制器的QDMA功能。相對于EDMA的傳輸方式，QDMA的傳輸方式有著更快的申請?zhí)峤凰俣取?br> 在片外SDRAM中開辟三塊幀緩沖區(qū)Framel（首地址0xA00000000）、Frame2、Frame3。初始化階段，先提交三個(gè)QDMA請求（此時(shí)也可使用通常的數(shù)據(jù)搬移手段），將視頻序列的前三幀數(shù)據(jù)分別存入三塊幀緩沖區(qū)內(nèi)，填滿幀緩沖區(qū)。接著開始對Frame1內(nèi)的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，該幀編碼結(jié)束后，對Frame2內(nèi)的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，F(xiàn)rame2成為當(dāng)前幀，而Frame1成為Frame2的先前幀，一旦Rrame2編碼完畢，便對Frame3內(nèi)的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，同時(shí)立即提交一個(gè)新的QDMA請求，從視頻外設(shè)讀取一幀新的圖像數(shù)據(jù)到Frame1中（因?yàn)閷rame3進(jìn)行編碼時(shí)，F(xiàn)rame2作為先前幀，F(xiàn)rame1已經(jīng)不需要了）。待Frame3編碼完畢后，F(xiàn)rame2又不需要了，此時(shí)再提交一個(gè)新的QDMA請求，讀取新一幀圖像數(shù)據(jù)到Frame2中。如此循環(huán)，每編碼完畢一幀圖像，就提交一個(gè)新的QDMA請求，依次在對應(yīng)的幀緩沖區(qū)內(nèi)存放新的一幀圖像數(shù)據(jù)。這樣，依次在對應(yīng)的幀緩沖區(qū)內(nèi)存放新一幀圖像數(shù)據(jù)。這樣，從外設(shè)獲取當(dāng)前編碼圖像的下一幀與當(dāng)前圖像的編碼工作同時(shí)進(jìn)行，DSP每次都直接對圖像進(jìn)行編碼，而不需要再花費(fèi)開銷從外設(shè)讀取。

要實(shí)現(xiàn)所示的QDMA傳輸，有兩種等價(jià)的方式：

·1D-1D，幀同步傳輸

·1D-2D，陣列同步傳輸

下面以為例，給出采用1D-2D傳輸方式，將圖像數(shù)據(jù)送往Frame1中時(shí)所需提交的QDMA的具體參數(shù)設(shè)置。

Void submit_qdma(void)

{

EDMA_Config config;

Config.opt=(unsigned int)0x28A00001;

Config.src=(unsigned int)0x90010000;//視頻外設(shè)的數(shù)據(jù)口地址

Config.cnt=(unsigned int)((288-1)<<16352);

Config.dst=(unsigned int)0xA00000000;//目的地址

Config.idx=(unsigned int)(352<<16);//數(shù)據(jù)單元索引忽略

EDMA_qdmaConfig(&config);

}
3 圖像宏塊編碼

從上面已經(jīng)知道，圖像幀存放在片外SDRAM中。因此，在對I幀所有宏塊和P幀INTRA宏塊編碼時(shí)，或?qū)幀INTER宏塊進(jìn)行運(yùn)行估計(jì)時(shí)，每個(gè)宏塊都要進(jìn)行片外存儲器訪問，會占用很大的CPU開銷。所以，將當(dāng)前待編碼的宏塊存入于片內(nèi)RAM中。這樣，整個(gè)宏塊的編碼就始終是片內(nèi)訪問，宏塊編碼子函MB_Encode在效率上就能夠提高12%左右。

直接的做法就是在片內(nèi)SRAM中事先開辟一個(gè)宏塊緩部眍，待將編碼圖像當(dāng)前位置處的現(xiàn)代戰(zhàn)爭宏塊搬移到片內(nèi)RAM中的宏塊緩沖區(qū)，之后再調(diào)用宏塊編碼子函MB_Encode。但是這樣仍然會浪費(fèi)一定CPU時(shí)間在數(shù)據(jù)塊的搬移上，所以還具有改進(jìn)的余地。結(jié)合C6000 DSP強(qiáng)大的EDMA功能，提出了如下改進(jìn)方案：

由于每次塊組（GOB）共有8448個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)（CIF），因此可以在片內(nèi)RAM中開辟兩個(gè)塊緩沖區(qū)，采用乒乓方式，通過啟動EDMA塊組數(shù)據(jù)，使用獨(dú)立于CPU的EDMA數(shù)據(jù)通道，在后臺從片外搬移到片內(nèi)。這樣一來，每次調(diào)用宏塊編碼時(shí)，數(shù)據(jù)都已經(jīng)存放在指定緩沖區(qū)中，不僅無需做數(shù)據(jù)的搬移工作，而且還是在片內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問。

初始化時(shí)，可以采用普通的數(shù)據(jù)搬移手段（亦可使用EDMA），從片外存儲器將幀圖像的前面兩個(gè)塊組搬移到片內(nèi)，充滿塊組緩沖區(qū)，然后即可開始圖像編碼。在進(jìn)行圖像編碼的過程中，逐一對塊組的乒緩沖區(qū)中的宏塊進(jìn)行編碼，乒緩沖區(qū)宏塊編碼結(jié)束后，接著進(jìn)行乓緩部眍的宏塊編碼，同時(shí)啟動EDMA，從片外存儲器搬移一個(gè)新的塊組到乒緩部眍來，使得編碼乓緩部沖區(qū)和向乒緩沖區(qū)搬移塊組數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行，一旦乓緩沖宏塊也編碼完畢，即可處理乒緩沖區(qū)中新的塊組，如此循環(huán)。

C6000系列DSP的EDMA具有高效地從一幀圖像中抽取子幀的能力。以CIF格式的圖像為例，說明如何設(shè)置EDMA參數(shù)。

如所示左側(cè)表示4：2：0亞采樣的一幀YcrCb圖像，亮度分量首地址為A000 0000h，色度分量首地址分別是A0001 8C00h和A001 EF00h；右側(cè)表示塊組的乒乓緩沖區(qū)，亮度分量y乒緩沖區(qū)首址在2000h，乓緩沖區(qū)首址為3600h，色度Cr分量的乒乓緩部沖區(qū)首址分別為4C00h和5700h，色度Cb分量的乒乓緩沖區(qū)首址分別為5180h和5C80h。

步，使用CPU啟動EDMA通道，將一個(gè)GOB的亮度分量y傳輸?shù)紾OB亮度分量的乒緩沖區(qū)。CPU可以通過寫事件置位寄存器ESR啟動一個(gè)EDMA通道，向ESR的某一位寫入“1”，強(qiáng)行觸發(fā)對應(yīng)事件，此時(shí)EDMA的PaRAM中的傳輸控制參數(shù)被送往地址發(fā)生器，開始對EMIF、L2和片外SDRAM進(jìn)行訪問。也可以使用QDMA進(jìn)行步數(shù)據(jù)傳輸，通過設(shè)置QDMA的結(jié)束代碼（選項(xiàng)參數(shù)的TCC字段）啟動后續(xù)傳輸。

第二步，EDMA通道完成了對GOB亮度分量的傳輸后，重新加載下傳輸所需要的傳輸控制參數(shù)，將該GOB的色度分量Cr傳磁室片內(nèi)對應(yīng)的Cr兵緩沖區(qū)。由于需要傳輸?shù)脑紨?shù)據(jù)，在空間上不是連續(xù)在存儲的，這里使用了C6000系列DSP的EDMA鏈接功能。鏈接功能可以將不同的EDMA傳輸控制參數(shù)連接起來，組成一個(gè)參數(shù)鏈，為同一個(gè)通道服務(wù)。EDMA傳輸任務(wù)結(jié)束后，會自動從PaRAM中加載下傳輸所需要的參數(shù)。

第三步，同上，將該 GOB的Cb分量送入片內(nèi)對應(yīng)的Cb兵緩沖區(qū)。

將GOB搬移到乒緩沖區(qū)對應(yīng)的EDMA通道的PaRAM設(shè)置參數(shù)如所示。

選擇幀同步、1D-2D數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)，啟動EDMA通道后，依次加載參數(shù)鏈，連續(xù)進(jìn)行三次EDMA數(shù)據(jù)傳輸之后，待編碼圖像的一個(gè)GOB即搬移到片內(nèi)的對應(yīng)緩沖區(qū)中。注意參數(shù)鏈的一個(gè)PaRAM，選項(xiàng)參數(shù)的LINK字段要設(shè)置為0。

同樣可以得到將GOB搬移到乓緩沖區(qū)對應(yīng)的EDMA通道的PaRAM設(shè)置參數(shù)，如所示。

下面給出向編碼塊組乒緩沖區(qū)傳輸數(shù)據(jù)的EDMA通道PaRAM參數(shù)鏈的配置程序。

EDMA_Config config；

EDMA_Handle hEdma_ping; //向乒緩沖區(qū)傳輸數(shù)據(jù)的EDMA通道句柄

EDMA_Handle hEdma_ping_tab1;//該通道的個(gè)鏈接PaRAM的句柄

EDMA_Handle hEdma_ping_tab2;//該通道的第二個(gè)鏈接PaRAM的句柄

Uint32 link_tab1,link_tab2;//該通道兩個(gè)鏈接PaRAM的地址

if(EDMA_allocTableEx(1,&hEdma_ping_tab1))

link_tab1=EDMA_getTableAddress(hEdma_ping_tab1);

if(EDMA_allocTableEx(1,&hEdma_ping_tab2))

link_tab2=EDMA_getTableAddress(hEdma_ping_tab2)

hEdma_ping=EDMA_open(EDMA_CHA_ANY,EDMA_OPEN_RESET);

config.opt=(Uint32)0x55200003;//個(gè)PaRAM的選項(xiàng)參數(shù)

config.ser=(Uint32)0xA0000000;//待傳輸塊組Y分量的首地址

config.cnt=(Uint32)0x000f0160;//每行352像素，共16行

config.dst=(Uint32)0x00002000;//設(shè)置在片內(nèi)的塊組緩沖區(qū)

config.idx=(Uint32)0; //源采用幀同步、2-D傳輸

config.rld=(Uint32)(0x160<<16 link_tab1 & 0xffff);//鏈接到下一個(gè)PaRAM

EDMA_config(hEdma_ping,&config);

Config.src=(Uint32)0xA00191880;

Config.cnt=(Uint32)0x000700B0;

Config.dst=(Uint32)0x00005700;

Config.rld=(Uint32)(0xB0<<16 link_tab2 &0xffff);

EDMA_config(hEdma_ping_tab1,&config);

Config.opt=(Uint32)0x55200001;

//一個(gè)PaRAM,LINK字段為0

config.src=(Uint32)0xA001F480;

config.dst=(Uint32)0x0005C880;

config.rld=(Uint32)(0xB0<<16);

EDMA_config(hEdma_ping_tab2,&config);

4 運(yùn)動估計(jì)

在P幀編碼中，對每個(gè)宏塊進(jìn)行運(yùn)行估計(jì)時(shí)，需要訪問存儲在片外存儲器的前一幀圖像。考慮到當(dāng)前幀的每個(gè)宏塊都是在前一幀的搜索窗口內(nèi)進(jìn)行運(yùn)行估計(jì)，所以可在片內(nèi)RAM中開設(shè)一個(gè)大小為48字節(jié)×48字節(jié)的緩沖區(qū)，這個(gè)緩沖區(qū)對應(yīng)參數(shù)圖像幀中以當(dāng)前宏塊位置為中心的一個(gè)大小為48字節(jié)×48字節(jié)的窗口。

依據(jù)與前面一樣的思想，這里同樣使用乒播講方式的搜索窗口緩沖區(qū)。在片內(nèi)RAM中開辟兩個(gè)48字節(jié)×48字節(jié)的搜索窗口緩沖區(qū)，初始化時(shí)，先將搜索窗口緩沖區(qū)充滿。次運(yùn)行估計(jì)的參考搜索窗口乒緩沖區(qū)；第二次運(yùn)行估計(jì)時(shí)參考乓緩沖區(qū)，此時(shí)提交一個(gè)QDMA請求，將下一宏塊需要的搜索窗口數(shù)據(jù)送往搜索窗口乒緩沖區(qū)。如此反復(fù)，每次在參考某具搜索窗口緩沖區(qū)進(jìn)行運(yùn)動估計(jì)時(shí)，都提交一個(gè)QDMA請求，在后臺將下一宏塊的搜索窗口數(shù)據(jù)送入另一個(gè)搜索窗口緩沖區(qū)。
和
本節(jié)實(shí)際上是圖像宏塊編碼的反過程，宏塊編碼時(shí)使用EDMA節(jié)省的是從片外SDRAM讀取圖像數(shù)據(jù)的開銷，而本節(jié)使用EDMA節(jié)省的是將重建數(shù)據(jù)幀從片內(nèi)L2存儲器寫到片外SDRAM的開銷。

在片內(nèi)RAM中開辟兩個(gè)塊組緩沖區(qū)，同樣采用乒乓方式，用于保存編碼過程中當(dāng)膠編碼宏塊的重建數(shù)據(jù)。之所以開辟塊組大小的緩沖區(qū)，而不是宏塊大小的緩沖區(qū)，是為了防止過多的片內(nèi)與片外數(shù)據(jù)傳輸?shù)腅DMA要求。這一點(diǎn)，圖像宏塊編碼也是一樣的。每當(dāng)乒塊組緩沖區(qū)的宏塊都重建完畢，就通過提交一個(gè)QDMA請求，將該塊組緩沖區(qū)內(nèi)的重建宏塊性復(fù)制到片外的重建幀緩沖區(qū)中，同時(shí)開始下一宏塊的重構(gòu)，并將重構(gòu)宏塊放在乓塊組緩沖區(qū)。

本文提出的幾個(gè)H.263編碼環(huán)節(jié)，自然的做法是CPU參數(shù)與數(shù)據(jù)塊的搬移工作，然后再進(jìn)行下一步的工序。使用EDMA的數(shù)據(jù)訪問策略，可以減少CPU花費(fèi)在數(shù)據(jù)搬移上的開銷。在CPU和EDMA對片內(nèi)存儲器L2進(jìn)行各自獨(dú)立的訪問時(shí)，可能并不是理想的同時(shí)進(jìn)行，有可能產(chǎn)生沖突。但是CPU對存儲器L2的訪問優(yōu)先級高于EDMA對L2的訪問優(yōu)先級，而且即使出現(xiàn)EDMA在數(shù)據(jù)搬移完畢之前，DSP已經(jīng)處理完了上一步工序這樣一種惡劣的情況，DSP也只需再稍微等待片刻即可。因?yàn)橐呀?jīng)有部分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸完畢，所以整個(gè)數(shù)據(jù)搬移上耗費(fèi)的時(shí)間相對于不用EDMA只可能減少。如果設(shè)置合理，這個(gè)時(shí)間通常是零。