提高嵌入式系统的性能并同时降低系统能耗已经成为各个应用领域中的研究热点问题,对于数据密集型的多媒体应用显得尤为重要,因此专门针对多媒体应用的数字信号处理器(DSP)被越来越多应用于嵌入式系统中。为了缩小嵌入式系统的计算速度与数据存取速度的差异,采用片上的便签式存储器(ScratchPad Memory,SPM),并对SPM中的数据进行布局优化,可以达到提高嵌入式系统性能,同时降低能耗的目的。在保证视频质量和实时性的前提下,结合流计算的思想,提出了一个针对运动补偿过程的数据布局优化方案。在SPM中设置一个乒乓缓冲的存储结构,将运动补偿所需的数据通过预取的方式存放到这个缓冲区内。采用边计算边存取的流计算思想,在对宏块进行运动补偿的同时,用后续运动补偿所需的数据去替换掉乒乓缓冲中不再需要的数据,提高片上数据的复用率,减少访存次数。同时,通过数据索引算法来存取进行运动补偿所需的数据。整个方案通过提高数据处理与数据存取的并行性来提高性能,并同时降低能耗。基于TI公司的TMS320DM642平台,以MPEG-4视频解码器为研究对象,在进行了运动补偿数据布局优化后,分别对CIF格式的不同标准序列进行测试。实验结果表明,优化后MPEG-4视频解码器的解码性能平均提高了6.7%,整个解码过程中DM642的片上二级缓存的能耗平均降低了18.5%。另外,二级cache的实际缺失率下降了1.94%,相对优化前缺失率下降了31.8%。由此可见,对运动补偿过程进行数据优化确实可以提高性能并降低能耗。本研究得到国家自然科学基金项目:嵌入式多媒体流计算的自适应机制与跨层优化(编号:60873029)和华中科技大学自主创新研究基金(编号:2010MS014)的支持。