摘要 通过程序结构的调整，编码结构的优化及代码的汇编级优化，完成编码器的DSP高效实现。实验结果表明，优化后的编码器降低了运算复杂度，提高了CCSDS图像压缩算法的实时性。
关键词 CCSDS；Blackfin533；编码器；优化

空间数据咨询会(CCSDS)于2005年11月提出的针对空间应用的CCSDS图像压缩算法，具有良好的图像压缩性能和抗误码能力，同时算法复杂度较低。但在具体硬件实现时，仍不能够满足实时高效的要求，因此，必须对该算法的硬件实现进行改进和优化。文中针对这一问题，提出编码优化方案，提高算法的实时性。采用ADI公司的Blackfin533芯片以及Visual DSP++5．0仿真平台，是实现CCSDS编码器的有效途径。

1 编码优化
文中采用CCSDS图像压缩算法编、解码的C程序源代码。通过以下几个方面实现优化：调整程序结构；编码结构的优化；代码的汇编级优化。
1．1 程序结构调整
选用的源代码是符合CCSDS图像压缩算法标准流程的编、解码器源代码，代码容量约为326 kB，对于实时图像压缩，其中含有大量的冗余代码，而所用芯片的64 kB指令存储器是远远满足不了要求的，因此，要将CCSDS源代码移植到DSP上，就必须调整程序结构，去掉冗余代码，降低程序所占内存。
(1)删除与编码无关的代码。(2)删除冗余判断。(3)删除不必要的中间变量。(4)改写编码主函数。
经过以上优化，代码容量降低为56 kB，这样，所选用的Blackfin533芯片的L1指令存储器就足以容纳，而无需利用高速Cache和DMA进行指令的传输，提高了编码效率。
1．2 主要函数和数据的优化
在以上优化的基础上，采用Blackfin533芯片对Lena图像进行压缩，压缩比率为8：1，时间为3425 ms，远达不到实时性的要求。因此，还需对编码结构和算法进行改进，以提高编码速度。
(1)编码选项的选取。
在CCSDS图像压缩算法中有多种编码供选取，增大了算法的灵活性，但也增加了算法硬件实现的复杂度，并且这些编码选项在实现时存在大量判断语句。一般情况下，判断分支会打断DSP指令运行的流水线，从而影响编码运行时间。所以在进行DSP移植时应进行编码选项。
1)编码段大小S的选取：如图l所示，S>64时，重建图像的客观质量增加趋于平缓，所以在实现时选择S大小为64，这样一个编码段所需的编码原数据存储量为8kB，从而可以保证对编码段的编码过程在数据存储器L1中完成，而无需Cache和DMA在各级存储器之间转移数据，提高了编码效率。


2)DC系数编码选项k的选取：标准中提供了最优化和启发式两种k值选择方式，文中选择复杂度较低的启发式选取方案。
(2)程序级优化。
1)Blackfin533是16位定点DSP处理器，而在源代码中使用的是浮点DWT，移植在定点DSP中运行需要大量时间。测试结果表明：对512× 512的图像进行浮点DWI变换耗时3000 ms以上，影响了CCSDS图像压缩算法的编码效率。因此在实现过程中，采用定点化的方法实现浮点DWT，并最终汇编化，使对图像进行浮点DWT处理的时间降低到12 ms以下。
2)源代码中有大量数组类型的指针变量，其缓冲区是通过malloc和calloc等函数进行动态分配的，这样会占用大量的编码时间和可能会导致内存泄露以及导致DMA数组传输错误等问题，所以在实现过程中，由于所需编码的图像信息是可以事先得知的，于是可用静态数组来代替动态申请的数组，这样不仅指定了分配的位置，便于DMA传输，还缩短了编码时间。
3)编码块的数据格式选取：源代码中是将一个编码块按照二维数组的格式进行存储的，即8×8的格式。在实现过程中发现，DC系数编码及AC系数字的映射过程对二维数组的索引取值耗时很长，因此可以将编码块改成一维数组，即1×64的组织形式，这样在实现过程中可以减少编码时间。
4)用查表法代替大量的判断分支：AC系数熵编码函数RiceCoding中有大量的分支判断语句，占据大量的编码时间，用查表法替换这里的分支判断语句，可以使函数的编码时间减少80％以上。此外，CCSDS编码器代码中的大量分支判断语句和RiceCoding函数一样，也可用查表法实现。这正是以空间换时间的典型应用。