本文實現了ffmpeg解碼器到龍芯3B平臺的移植，并針對龍芯3B所支持的向量擴展指令，對ffmpeg解碼器進行了向量化。實驗結果表明：實現向量化的ffmpeg解碼器，其性能比使用GCC向量化編譯得到的ffmpeg解碼器具有更好的性能，而且性能提升的比率比在一些商業平臺上更大。

　　0 引言

　　當今社會已經步入信息時代，傳統的信息載體和通信方式已經無法滿足人們對信息的需求。而實驗表明：相比較語音和抽象數據，人類接受的信息更多是以圖片和視頻方式為載體的。其中視頻信息具有直觀、具體和高效的特點，這也就決定了視頻通信技術將成為信息時代的重要技術之一。

　　由于視頻的數據量巨大，而存儲視頻的資源通常是非常有限的，因而對視頻進行壓縮編碼，以減少存儲資源的消耗，非常必要。然而，通常情況下，使用的壓縮算法的復雜度越高，壓縮比率越高，視頻播放時的解碼速度就會越低。因而在提高編碼壓縮率的同時，也需要對解碼器進行相應的優化，以提高視頻解碼器在目標平臺上的性能。本文就實現了ffmpeg解碼器在龍芯3B上的移植與向量化，提高了該解碼器在龍芯3B上的性能。

　　1 視頻編/解碼與龍芯3B

　　1.1 視頻編/解碼

　　目前，成熟的壓縮編/解碼方法有很多。其中H.261、MPEG-1、MPEG-3和H.263采用了第一代壓縮編碼方法，如預測編碼、變換編碼、熵編碼以及運動補償;而MPEG-4和H.264采用了第二代的壓縮編碼方法，如分段編碼和基于模型或對象的編碼等。

　　視頻壓縮編碼的主要目的是減少存儲視頻所占用的資源，而解碼技術的目標則是提高解碼的速度，從而提高視頻播放的流暢性。常見的基于H.264編碼方法的軟解碼器包括CoreAVC、ffmpeg和JM等。其中JM是H.264官方網站提供的編/解碼器，集合了各種編/解碼算法，而且代碼的結構清晰，很適合應用于對視頻編/解碼技術的研究。而CoreAVC解碼器則主要用于商用，其解碼速率比ffmpeg快50%以上。ffmpeg是開源的解碼器，而且性能相對較好，很多開源項目都直接或間接地使用了ffmpeg，如mplayer播放器等。通過對性能以及開源特性的綜合考慮，本文選擇ffmlpeg作為移植和向量化對象。

　　1.2 龍芯3B體系結構

　　龍芯3B處理器在兼容了MIPS64指令集的同時，實現了針對多媒體應用的向量擴展指令，這對視頻編/解碼應用性能的提升有很大的幫助。

　　龍芯3B提供了256位的向量寄存器并實現包括256位向量訪存在內的向量擴展指令。使用向量指令可以一次完成32個字節寬度數據的操作。而這樣的結構和指令集設計，使得龍芯3B非常適合于實現大規模相同類型數據的相同運算，比如矩陣乘法運算和FFT運算，以及視頻編/解碼運算等。

　　不過由于ffmpeg并未實現對龍芯3B平臺的支持，因而需要完成ffmpeg到龍芯3B的移植工作。本文之前也有一些ffmpeg到其他平臺的移植工作和針對龍芯平臺的移植與優化工作，都取得了不錯效果。

　　2 基于龍芯3B的ffmpeg移植

　　2.1 ffmpeg的移植

　　ffmpeg解碼器提供了對不同目標平臺的支持，而與這些平臺相關的文件都保存在以該目標平臺命名的目錄下。例如，ffmpeg解碼器實現了對arm和sparc平臺，以及x86平臺的支持。

　　對于實現ffmpeg解碼器對龍芯3B的支持，主要完成以下5個步驟：

　　(1)修改configure配置文件，增加與龍芯體系結構相關的配置選項;

　　(2)新建龍芯專用文件夾godson，將龍芯體系結構相關的文件都存放于該文件夾中;

　　(3)將godson文件夾下新增的需要編譯的文件添加到Makefile中;

　　(4)增加與dsputil_init類似的新的初始化函數dsputil_init_godson;

　　(5)在頭文件中添加新增函數的聲明。

　　針對龍芯3B的ffmpeg移植工作相對比較簡單，因而本文重點介紹針對龍芯3B的向量化工作。

　　2.2 移植后的ffmpeg的性能比較

　　本節對移植后的ffmpeg解碼器進行了性能測試，對使用龍芯3B向量擴展指令和不使用龍芯3B擴展指令兩種情況下的性能進行了比較。測試時使用支持龍芯3B擴展指令集的GCC編譯器進行編譯，并且開啟-ftree-vectorize和-march=godson3b編譯選項來支持龍芯 3B擴展指令。使用的測試用例為視頻“walk_vag_640x480_qp26.264”，測試結果如表1所示。

　　使用龍芯3B的向量擴展指令可以提高ffmpeg解碼器在龍芯3B上的性能，用來測試的視頻的解碼時間減少了約466s。盡管如此，由于GCC編譯器本身自動向量化能力的限制，ffmpeg解碼器的性能提升還是比較有限的，因而針對龍芯3B的指令集對移植后的ffmpeg解碼器進行向量化，就成為了進一步提高性能的重要工作。