利用可配置處理器來創(chuàng)建多標(biāo)準(zhǔn)多分辨率視頻引擎

　隨著消費(fèi)類電子產(chǎn)品，尤其是手機(jī)、PDA和便攜式媒體播放器（PMP）的急劇發(fā)展，其對于終端硅供應(yīng)商的要求也大大提高。對這些供應(yīng)商來說，設(shè)計(jì)僅僅能夠適用于一到兩個(gè)多媒體編解碼器或無線標(biāo)準(zhǔn)的IC已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。消費(fèi)者希望他們的設(shè)備能夠播放各種采用不同的編碼標(biāo)準(zhǔn)和無線下載標(biāo)準(zhǔn)的媒體。因此，必須采取一個(gè)新的更具靈活性的途徑來更好地適配新的媒體標(biāo)準(zhǔn)。在本文中，我們主要談一談視頻解碼器和編碼器引擎所面對的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。

　　基于RTL的傳統(tǒng)視頻引擎設(shè)計(jì)方法

　　上一代視頻ASIC設(shè)計(jì)的目的是為了解碼和編碼MPEG－2，因?yàn)檫@是DVD所使用的標(biāo)準(zhǔn)。其中也有些支持MPEG－1，可以播放VCD。大多數(shù)情況下，這種單個(gè)應(yīng)用的邏輯實(shí)現(xiàn)策略就是：利用RTL（寄存器轉(zhuǎn)換層，寄存器轉(zhuǎn)換邏輯）來設(shè)計(jì)定制化MPEG-2解碼器和編碼器。下圖1是一個(gè)典型的MPEG-2視頻ASIC結(jié)構(gòu)，展示了由視頻子系統(tǒng)、主控制器和片上存儲器組成的RTL功能塊。

　　圖1：典型的MPEG-2視頻ASIC結(jié)構(gòu)

　　隨著市場形勢的改變，現(xiàn)在的視頻ASIC必須能夠支持多種視頻標(biāo)準(zhǔn)，并具有多個(gè)分辨率。由于下列原因，傳統(tǒng)的RTL方法已經(jīng)不再有效：

　　·隨著標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量的增加，RTL功能塊的數(shù)量和復(fù)雜性也增加；

　　·無論是執(zhí)行一個(gè)新的視頻標(biāo)準(zhǔn)，還是升級現(xiàn)有的已執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)，或者修改bug，都需要進(jìn)行硅芯片重制；

　　·在第一代硅執(zhí)行之后的這4－5年內(nèi)，視頻編解碼器，尤其是編碼器在性能上（比特率、性能）有很大的改進(jìn)。要執(zhí)行這些改進(jìn)的成果，也必須在所有的RTL方法中進(jìn)行硅芯片重制。

　　在視頻引擎中使用處理器，而不是固定的RTL

　　那么，有沒有其它辦法呢？使用一個(gè)可編程處理器是最佳方案，因?yàn)樗梢越鉀Q上面提到的所有問題：（1）處理器和編解碼器之間很容易建立連接端口；（不論是采用新的視頻標(biāo)準(zhǔn)，還是升級現(xiàn)有的編解碼器或者修改bug，都可以很容易地在軟件中進(jìn)行）；（3）通過軟件升級，可以很容易地應(yīng)用視頻編解碼器執(zhí)行中的改進(jìn)。

　　但是，由于其性能瓶頸，傳統(tǒng)的處理器只能用于一般的編碼，而不能用于視頻引擎。嵌入式DSP也不是專為視頻而設(shè)計(jì)的，但擁有通用DSP應(yīng)用所需的硬件功能單元、指令和接口。因此，要在傳統(tǒng)的RISC和DSP處理器上執(zhí)行視頻編解碼，就意味著這些處理器必須以非常高的速度運(yùn)行（MHz），而且還需要大量內(nèi)存并消耗大量功率，但是在便攜式設(shè)備中，這顯然是行不通的。

　　只要我們對某個(gè)視頻內(nèi)核中所需的計(jì)算次數(shù)作一個(gè)簡單分析，就很容易得出這一點(diǎn)。絕對誤差和是大多數(shù)視頻解碼運(yùn)算的動作估計(jì)中所進(jìn)行的一個(gè)重要計(jì)算步驟。SAD運(yùn)算的目的在于發(fā)現(xiàn)兩個(gè)連續(xù)視頻幀之間的宏模塊的運(yùn)動。它是通過計(jì)算這兩個(gè)宏模塊中每套相應(yīng)的象素值之間的絕對誤差之和來實(shí)現(xiàn)這一目的的。

　　下面的C代碼展示了SAD運(yùn)算的一次簡單執(zhí)行：

　　圖2展示了SAD運(yùn)算中的基本計(jì)算步驟。如圖所示，其中主要進(jìn)行的計(jì)算有減、算絕對值和結(jié)果累計(jì)。

　　圖2：絕對誤差和（SAD）內(nèi)核中進(jìn)行的主要計(jì)算

　　計(jì)算一個(gè)RISC上的兩個(gè)16x16宏模塊的SAD需要進(jìn)行256次減法、256次求絕對值和256次相加DD總共進(jìn)行了768次計(jì)算，還不包括傳輸數(shù)據(jù)所需的負(fù)載與內(nèi)存。由于每一幀當(dāng)中所有的宏模塊都必須進(jìn)行這一運(yùn)算，很顯然這在計(jì)算上成本是很昂貴的，而且會隨著視頻幀分辨率的增加而越來越難。

　　實(shí)際上，在一個(gè)帶有一些如相乘和乘法累加等指令的中等范圍通用型RISC處理器上，如果要以CIF的分辨率進(jìn)行H。26？Baseline解碼，需要250MHz的速率，而如果進(jìn)行H。26？Baseline編碼，所需速率更是超過1GHz。這意味著光是處理器內(nèi)核就要消耗將近500mW的功率，更不用提內(nèi)存和視頻片上系統(tǒng)中其它部分消耗的功率了。很顯然這種處理器不能作為嵌入式多媒體處理器用于便攜式設(shè)備中。