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網(wǎng)絡(luò)多媒體設(shè)計的成功取決于精心選擇恰當(dāng)?shù)腄SP

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作者:美國模擬器件公司 David Katz和Rick Gentile 時間:2007-04-23 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏

  為網(wǎng)絡(luò)多媒體應(yīng)用選擇一個恰當(dāng)數(shù)字信號處理器()是一項很復(fù)雜的工作。首先,必須在當(dāng)前和近期業(yè)界接口的需求環(huán)境下對處理器的內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)和外圍設(shè)備配置進行透徹的分析。其次,為了防止出現(xiàn)帶寬瓶頸問題,了解多媒體數(shù)據(jù)(例如,視頻、圖象、音頻和分組數(shù)據(jù))如何流過一個基于的系統(tǒng)是至關(guān)重要的。另外,了解造成最低標(biāo)準(zhǔn)臨界實現(xiàn)和魯棒性解決方案之間的差別的各種系統(tǒng)屬性(包括DMA和存儲器訪問)也是很有幫助的。

  為網(wǎng)絡(luò)多媒體應(yīng)用選擇處理器取決于系統(tǒng)設(shè)計對性能和連通性要求。許多應(yīng)用同時采用微控制器(MCU)和數(shù)字信號處理器(),MCU為系統(tǒng)提供控制功能,而DSP完成密集的數(shù)字計算。如今,這兩種不同的作用已經(jīng)被合并到一個處理器中,正如(Analog Devices, Inc. 簡稱ADI)的Blackfin 處理器系列。這類器件在單一體系結(jié)構(gòu)中提供控制代碼和大量的信號處理,同時還提供多種適合多媒體連通性的外圍設(shè)備。

  系統(tǒng)設(shè)計工程師選擇DSP時要考察的許多指標(biāo)有:DSP每秒鐘執(zhí)行的指令數(shù)目,每一處理器時鐘周期完成的運算次數(shù)以及計算單元的效率。對上述每項指標(biāo)的測試可通過在待測DSP上運行一組有代表性的基準(zhǔn)測試程序(例如,視頻和音頻壓縮算法)來確定。測試結(jié)果將表明系統(tǒng)的實時處理要求是否超過DSP的處理能力,而且同樣很重要的是,該DSP是否有足夠的處理能力裕量滿足新的或系統(tǒng)升級的要求。許多標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)測試程序都假定待處理的數(shù)據(jù)已經(jīng)駐存于內(nèi)部存儲器,只要設(shè)計工程師分別調(diào)整好相應(yīng)的輸入輸出(I/O)配置,這種方法允許對不同供應(yīng)商的DSP產(chǎn)品之間進行比較直接地比較。

  恰當(dāng)?shù)耐鈬O(shè)備組合可以節(jié)省時間和成本,因為它省去了支持所需的接口的外圍電路。網(wǎng)絡(luò)多媒體設(shè)備(NMD)提供一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)外圍設(shè)備。當(dāng)然,這其中最重要的是與網(wǎng)絡(luò)接口的連接能力。在有線應(yīng)用中,以太網(wǎng)(IEEE 802.3)是構(gòu)建局域網(wǎng)(LAN)最流行的選擇,而IEEE 802.11a/b/g正成為無線LAN的首選?,F(xiàn)在許多以太網(wǎng)解決方案都直接利用DSP來實現(xiàn)。另外,對于能支持MCU功能的DSP來說,它同樣也能很好地管理TCP/IP協(xié)議棧。

  同步和異步串行端口也是將DSP連接到多媒體系統(tǒng)環(huán)境所必須的。在NMD系統(tǒng)中,音頻編解碼器數(shù)據(jù)通常由8~32 bit的同步串行端口傳送,而音頻和視頻編解碼器控制通道則通過一個較慢的串行接口(例如SPI或者2線接口)來管理。另外,通用異步收發(fā)器(UART)可以支持RS-32調(diào)制解調(diào)器,以及用于近距離紅外線傳送的IrDATM功能。

  許多DSP都具有通用接口,例如外設(shè)控制器接口(PCI)或者通用串行總線(USB)接口,因為這些接口通過外部芯片就可以連接到多種不同類型的設(shè)備(例如,從PCI到IDE,從USB到802.11b,等等)。PCI具有特別的優(yōu)勢,就是能提供獨立的內(nèi)部總線,允許PCI總線主控器從DSP的內(nèi)存中發(fā)送或者接收數(shù)據(jù),不會加重DSP內(nèi)核或者其它外圍設(shè)備的負(fù)擔(dān)。另外,適合NMD市場的DSP應(yīng)包括一個外部存儲器接口,它能提供異步和SDRAM存儲器控制器。異步存儲器接口便于連接到閃存、電可擦除只讀存儲器(EEPROM)和外設(shè)橋接芯片,而SDRAM為需大量計算的操作提供了必要的存儲能力,例如對大容量數(shù)據(jù)幀的運算。

  出現(xiàn)在Blackfin DSP上的一種新的端口是并行外設(shè)接口(PPI)。該端口可自如地解碼ITU-R-656視頻數(shù)據(jù),還可以作為一個通用的8~16 bit的I/O端口,用于高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)或ITU-R-601視頻流。它還能與液晶平板顯示器直接相連。DSP還有其它功能,同樣可以降低系統(tǒng)成本并提高系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)流量。例如,PPI可以連接到視頻解碼器而且自動忽略除有效視頻以外的所有數(shù)據(jù),從而有效地將NTSC制式的輸入視頻流速率從27 MB/s降低到20 MB/s,而且明顯減少了處理視頻信息所需要的片外存儲器容量。

系統(tǒng)數(shù)據(jù)流

  在為NMD設(shè)計選擇DSP最終確定之前,必須了解系統(tǒng)級的數(shù)據(jù)流以及這些數(shù)據(jù)流在DSP上是如何實現(xiàn)的。具體地說,數(shù)據(jù)進出該處理器的操作能否跟得上數(shù)據(jù)和信號的處理速度?是否一直有數(shù)據(jù)供處理器處理?在任意給定的處理時段上,是否在需要時就能訪問數(shù)據(jù)?這些問題對多媒體和以網(wǎng)絡(luò)為中心的系統(tǒng)來說至關(guān)重要,在這種系統(tǒng)中僅能有效運行算法是不夠的,DSP還必須處理完全雙向的系統(tǒng)數(shù)據(jù)流。

  請考慮一個安全系統(tǒng)的情況:一臺NTSC制式的照相機以大約20 MBps的速率將音頻、視頻信號傳送給DSP進行壓縮,然后,DSP通過100 Mbps的以太網(wǎng)將壓縮信息送至遠(yuǎn)程硬盤進行存儲和歸檔。除此之外,還要將未壓縮的源視頻信息從DSP送至本地液晶屏或顯示器上顯示。因為對視頻存儲器的需求遠(yuǎn)大于DSP片內(nèi)存儲器的容量,所以視頻數(shù)據(jù)一定要經(jīng)過大容量片外存儲器進行暫存和處理,例如SDRAM。

  由于許多視頻壓縮算法一次只處理一個數(shù)據(jù)塊,例如16



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