基于C66AK多核处理器的H.264到HEVC

摘要

随着科学技术的快速发展，多媒体信息不断的融入到我们的生活当中，其中视频数据是多媒体信息的重要组成部分。由于人们对视频分辨率和质量的要求越来越高，视频数据的存储和传输面临着巨大的挑战。新一代的 HEVC视频编码标准在压缩效率方面比其前一代H.264标准提高50％左右，可以节省下大量的视频码流存储空间和网络带宽。但是现有的数字视频资源绝大部分还是以H.264压缩格式存在，并且由于产品价格及更新周期等因素，HEVC编码设备还不能立即代替H.264编码设备，所以将现有H.264压缩的数字视频资源转换成HEVC压缩，可以有效地降低存储空间和减少网络传输带宽，具有十分重要的应用价值。
　　本文设计并实现了一种基于C66AK多核处理器的H.264到HEVC视频转码软件，主要内容如下：
　　（1）介绍 H.264和 HEVC编码的关键技术和视频转码技术的研究现状；采用C66AK多核处理器作为硬件平台，对整体转码软件框架进行总体设计，并完成软件开发环境搭建：包括在 Linux平台上搭建交叉编译环境和CCS集成开发环境，通过CCS将U-Boot烧写到Nandflash中，然后启动U-Boot并采用TFTP协议将内核和文件系统烧写到 Nandflash中，以便于 ARM核的软件开发；在Windows平台上搭建CCS集成开发环境以便于DSP核的软件开发。
　　（2）采用FFmpeg软件框架作为H.264解码软件设计的基础，在PC上的Visual Studio环境下进行H.264解码软件封装设计和功能仿真，并将H.264解码软件从PC上移植到C66AK处理器的ARM核上，并进行代码优化，以提高解码性能。
　　（3）采用x265软件框架作为HEVC编码软件设计的基础，在PC上的Visual Studio环境下进行HEVC编码软件封装设计和功能仿真，并将HEVC编码软件从PC上移植到C66AK处理器的单个DSP核上，当在单个DSP核进行正确的HEVC编码之后，进一步将输入图像划分为4个条带，以在每个DSP核编码一个条带，实现HEVC多核并行编码，进一步提高编码效率。
　　（4）通过核间IPC通信机制实现C66AK处理器的ARM核与DSP核之间的消息和数据交互。当ARM核解码一帧H.264码流并将解码帧保存在DDR输入缓冲区中后，通过MessageQ消息机制向DSP核发送消息，使其读取DDR中的解码帧进行HEVC编码；当DSP核编码得到一帧HEVC视频流并保存到DDR输出缓冲区中后，向ARM核发送消息使其读取HEVC码流发送给客户端，从而实现从H.264到HEVC的视频转码。
　　（5）在ARM核上实现视频转码应用模块设计，包括设计应用模块与转码客户端之间的交互协议，通过UDP协议接收转码客户端发送的H.264码流作为视频转码软件的输入数据，在转码完成之后，通过UDP协议将转码后的HEVC码流发送给转码客户端。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

1.4 本文结构安排

第2章 软件总体设计

2.1 需求分析

2.2 软件系统框架设计

2.3 硬件平台概述

2.4 本章小结

第3章 基于ARM核的H.264解码器设计

3.1 PC平台解码软件仿真

3.2 H.264解码软件设计

3.3 ARM核H.264解码性能测试

3.4 本章小结

第4章 基于DSP核的HEVC编码器设计

4.1 PC平台编码软件仿真

4.2 HEVC编码软件的移植

4.3 SYS/BIOS配置及JTAG烧写

4.4 HEVC并行编码设计

4.5 DSP核HEVC编码性能测试

4.6 本章小结

第5章 ARM核与DSP核通讯设计

5.1 ARM核与DSP核的通讯机制

5.2 ARM核与DSP核的视频图像交互

5.3 DSP核与ARM核的视频码流交互

5.4 本章小结

第6章 视频转码软件应用模块设计

6.1 接收码流

6.2 发送码流

6.3 整体性能测试

6.4 本章小结

第7章 总结与展望

7.1 研究工作总结

7.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果