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基于ARM9嵌入式视频播放的设计与实现.doc
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基于ARM9嵌入式视频播放的设计与实现.doc
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目 录
摘要................................................................I
ABSTRACT...........................................................II
1 绪论..............................................................1
1.1 论文研究的背景.................................................1
1.2 国内外动态.....................................................3
1.3 研究的主要内容.................................................4
2 嵌入式系统介绍...................................................5
2.1 Linux 的特点: ................................................5
2.2 ARM9 的简介 ....................................................6
2.3 MPEG-4 基本介简介 ..............................................7
2.4 MPEG-4 视频编码核心思想及关键技术 ..............................9
2.5 MPEG-4 解码器的软件实现 .......................................11
3 系统总体结构.....................................................12
3.1 总体结构综述 .................................................12
3.2 Linux 系统 ...................................................12
3.3 MPlayer 简介 .................................................13
3.4 ARM9 开发板介绍 ...............................................14
4 系统具体实现.....................................................16
4.1 编译环境......................................................16
4.2 下载安装 MPLAYER ..............................................19
4.3 测试与运行....................................................22
4.4 设计心得......................................................23
5 总结.............................................................24
参考文献...........................................................25
致谢...............................................................26
附录...............................................................27
摘 要
在详细研究 MPEG-4 SP 视频解码的算法原理和标准的基础上,分析总结出未
经优化的软件在 ARM9 处理器上的性能瓶颈和优化思路;然后结合 ARM9 系列处理
器架构的特点,对程序的整体结构及各个功能模块展开优化,尽可能地提高处理
器效率;最后在实际的硬件平台 MINI2440 上实现了一个简单的 MPEG-4 视频回放
系统。尽管实验使用的 ARM 平台性能较低,但经过视频解码核和播放系统的全面
优化实现后,基于 ARM 的 MPEG-4 视频播放系统仍然达到了较高的系统性能和播
放速度,具有一定的应用价值,为嵌入式 MPEG-4 媒体播放器的产品开发奠定了
基础。
关键词:MPEG-4;视频解码播放系统;MINI2440;ARM
ABSTRACT
On the basis of understanding the theories and standards of MPEG-4
VideoSimple Profile, this thesis analyses the bottleneck on the non-optimized
decodersoftware on ARM9 platform and summarizes the aspects that need optimizing.
Thencombined with the architechture of ARM processor, MPEG-4 video decoder
softwareis optimized to improve the efficiency of the CPU. The optimization work
focus onthe overall structure and various functional modues. In the last part,
theimplementation of a simple MPEG-4 video real-time playback system on
MINI2440 platform is discussed. The test results show that the QCIFs with various
motioncomplexities can be displayed smoothly after the decoder core and the
playbacksystem being fully optimized. Although the hardware performance of
theexperimental ARM platform is limited, ARM-based MPEG-4 Video Player
Systempresents reasonably high system performance and playing speed after
fulloptimization of both video decoding core and player system, which is a
solidfoundation for further product implementation of Embedded MPEG-4 Media
Player.
Key Words: MPEG-4;Video Decoding;MINI2440;ARM
1 绪论
1.1 论文研究的背景
1.1.1 MPEG-4
人类社会的发展使人们对视频信息的需求日益增长,尤其是在视频通信、消
费类娱乐电子和互联网视频领域。同时,电子技术、通信和互联网技术、尤其是
视频压缩等信号处理技术的持续进步使实时或非实时地制作、传播和播放高质量
的视频信息日益成为现实。
MPEG 组织制订的一系列标准为此做出了巨大贡献(MPEG 标准不仅包括视频
标准,还包括音频、系统等标准。但本文只涉及视频标准,而且码流中绝大部分
是视频信息,故本论文所称 MPEG 标准仅指其视频标准,除非另有说明)。MPEG-1
已应用于成千上万的 VCD,让大众第一次体验到了数字影音的优越性。它是码率
大约为 1.5Mbps 的中等质量视频的标准,一部电影一般需要 2 张 700MB 的 CD 光
盘。MPEG-2 更是造就了一个新兴而繁荣的 DVD 产业,并使高清晰度数字电视成
为可能。MPEG-2 的视频质量远远高于 MPEG-1,其码率可达 lOMbps,它是一个高
质量高码率的视频标准。一部电影一般需要 1 张 4.7GB 的 DVD 光盘。
然而,对于互联网视频(播放或下载)和移动无线多媒体等新兴多媒体应用
而言,上述标准的码率还是太高,视频文件还是太大。新一代 MPEG-4 视频标准
为此提供了可能。MPEG 于 1999 年初发表了 MPEG 第一版本,并于 2001 年发表了
第二版本,2003 年又加入了第三版本和 AVC 标准。MPEG-4 至今还在不断发展中,
不时还有新的技术加入。
MPEG-4 视频的特点是低码率和可交互性,在提出基于内容的视频对象和 VLBV
(Very LowBit-rate Video,甚低比特率视频)核的基础上,MPEG-4 引入大量的
新技术,从而具有比 MPEG-1/2 明显优越的压缩性能,并且第一次具备了对具体
的视频对象进行交互式访问和操作的能力,同时具有更强的抗错能力。
新兴多媒体应用领域的发展,要求新的视频压缩技术能在保证高质量的同时
具有更低的码率。近年来 MPEG-4 以其低码率、基于对象的交互性等优点在多媒
体领域表现出巨大的应用潜力。其中,基于简单框架(Simple Profile, SP)
的 MPEG-4 视频标准兼顾了码率与视频质量的要求,能在低码率、高压缩比的情
况下获得较高的图像质量,并且其计算复杂度较其他框架低,因此己经成为 MPEG
一应用的主流。
2001 年,一种称为“DivX”的视频压缩技术的兴起引起了业界的轰动。使
用 DivX 技术压缩的电影其图像质量只比 DVD 逊色一点甚至接近,远远好于 VCD,
然而其文件大小只有 DVD 的十分之一,VCD 的二分之一,只需要一张 CD 光盘就
可以存放,甚至码率可低至 384~128 Kbps,这意味着一张 CD 光盘可存放 3~6 小
时的中等质量视频节目(包含视频和音频)。DivX 的出现使互联网下载或播放高
质量电影大量涌现(就像 MP3 技术使音乐下载或播放大量涌现一样),而且一张 CD
光盘竟能存放接近 DVD 质量的视频。DivX 由此被称为“视频 MP3 "(甚至被称为
“DVD 杀手”)。而 DivX 的实质就是 MPEG-4 SP 视频技术,它已经成为新一代视频
压缩技术的事实标准,也充分展示了 MPEG-4 标准的优越性。
MPEG-4 的应用是当今视频领域的研究热点之一。国际标准制定出来后,应
用(实现)就是关键,是竞争的场地,也是难点。日前 MPEG-4 的主要应用模式
是“MPEG-4 SP 视频+MP3 音频”。MPEG-4 的广泛应用和市场推广,很大程度上依
赖于 MPEG-4 播放器的大量推广和普及。虽然 PC 平台的 MPEG-4 播放软件已有不
少,但是嵌入式产品的 MPEG-4 播放器仍处于起步阶段。由于大量的 MPEG 一电影
以 CD 光盘方式存贮,因此播放 CD 光盘上的 MPEG-4 视频具有很大的市场需求,
也可以作为 VCD/DVD 播放机的一个新增功能和利润点。
1.1.2 ARM
ARM(Advanced RISC Machines)是微处理器行业的一家知名企业,设
计了大量高性能、廉价、耗能低的 RISC 处理器、相关技术及软件。技术具
有性能高、成本低和能耗省的特点。适用于多种领域,比如嵌入控制、消
费/教育类多媒体、DSP 和移动式应用等。
ARM 将其技术授权给世界上许多著名的半导体、软件和 OEM 厂商,每个
厂商得到的都是一套独一无二的 ARM 相关技术及服务。利用这种合伙关系,
ARM 很快成为许多全球性 RISC 标准的缔造者。
ARM 处理器的三大特点是:耗电少功能强、16 位/32 位双指令集和众多
合作伙伴。
ARM 商品模式的强大之处在于它在世界范围有超过 100 个的合作伙伴
(Partners)。ARM 是设计公司,本身不生产芯片。采用转让许可证制度,
由合作伙伴生产芯片。
当前 ARM 体系结构的扩充包括:
·Thumb 16 位指令集,为了改善代码密度;
·DSP DSP 应用的算术运算指令集;
·Jazeller 允许直接执行 Java 字节码。
ARM 处理器系列提供的解决方案有:
·无线、消费类电子和图像应用的开放平台;
·存储、自动化、工业和网络应用的嵌入式实时系统;
·智能卡和 SIM 卡的安全应用。
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oligaga
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