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處理器/DSP  

基於多核心媒體處理器的HD視訊轉碼策略

上網時間: 2009年11月06日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:多核心  媒體處理器,視訊轉碼 

一種選擇是在DSP核心之間進行功能分配,盡可能均勻地在核心之間分配運算負載。例如,如圖1所示,一個核心負責訊框間預測與訊框內預測,另一個核心負責實現變換與量化,而第三個核心則負責執行去區塊效應濾波器與熵編碼工作。實際上,功能劃分存在多種缺陷。負載均衡需要在核心之間實現更高級的通訊與協調。均衡核心之間的運算負載難度更高,因為每個功能區塊都具有很高的複雜性。當影像解析度從CIF提高到HD時,無法採用功能劃分架構實現可擴展性。

能夠克服上述問題的另一種視訊編碼器實施方案,是適用於可擴展多核心元件的多層架構。該方案還適用於多元件架構,其中多個多核心元件透過sRIO、PCIe等高速互連匯流排進行連接。在這種架構中,編碼器的實施分配到多個DSP核心。每個層都分配到一個DSP核心。其中每個核心都提供一些特定功能,如速率控制與訊框內影像處理。事實上,無法預先進行位元預算並分配到各個層,因為不同層可能具有不同的影像複雜性,而在影像分割區塊之間採用差異很大的Qp值會造成合成影像的層邊界出現偽影。在H.264中,層NAL可以包含任意數量的巨集模組,因此與H.263不同,影像分割區塊的形狀無需符合GOB邊界。每個片頭(slice header)均包含層數據中編碼的第一個巨集模組的編號。

在多層架構中(圖2),DSP核心從sRIO介面(連接另一個多核心媒體處理器)接收YUV格式的原始視訊。該媒體處理器可實施H.264解碼器。這種多處理器架構可以充分利用sRIO的靈活性優勢,動態地將一個多核心媒體處理器中已經解碼的層分配給另一個多核心媒體處理器中的DSP核心,因而進行深入處理。

圖2:HD 編碼器多層處理。
圖2:HD 編碼器多層處理。

sRIO是一種點對點技術,可以很靈活地連接多個元件來傳輸數據或處理通用數據集。每個元件都在其它元件的I/O空間自主地進行‘寫’作業。每個sRIO在各個方向都可支援高達10Gbps的吞吐能力。把sRIO與高效DMA通道完美結合,可實現:

* 平行進行視訊處理與數據傳輸

* 協調執行

* 透過共享記憶體(DPS核心位於同一元件的情況下)或透過高速sRIO介面(DSP核心位於不同元件的情況下)實現數據共享。

圖3:高吞吐量、低延遲多核心元件互連示例。
圖3:高吞吐量、低延遲多核心元件互連示例。

圖3說明高速串列I/O在複雜視訊處理任務中的潛在應用。圖中顯示用於擴展多個元件中多核心元件處理能力的連接方案,可實現更複雜的視訊處理運算或支援更多視訊轉碼通道。採用sRIO開關能夠實現更靈活的元件間通訊,不過如果處理串流處於相鄰元件之間,也可以不採用這種開關。與PCIe開關相較,sRIO由於其數據封包開銷較低,因此成本更低、性能更高、且延遲更短。

多核心解碼器架構

視訊解碼器的實現一般需要獨立於編碼器。也就是說,解碼器結構必須通用,以處理不同編碼器方案,如單NAL或多NAL實現方案。H.264解碼器涉及串列作業和平行作業,而且一項重要任務是在多個核心DSP間實現高效分配。高效的多核心架構可分成眾多串列作業。

熵解碼器是一種包含串列作業和局部循環的功能區塊,無法分配給執行在多個核心中的平行任務。即使考慮採用CABAC等先進技術,熵解碼器的複雜性也低於重組區塊。隨著DSP核心功能日益提高,可在單個DSP核心中實現解碼功能。

圖4:H.264解碼器架構圖。
圖4:H.264解碼器架構圖。

圖4為一種多核心架構,其採用單個DSP核心實現熵解碼,且將重組區塊的運算強度更高的任務分配給多個DSP核心。這種數據分配技巧可將任務間通訊保持在指定核心上並實現更有效的快取記憶體性能。此架構的另一個優勢,是具有從SD到HD的可擴展性,同時實現DSP核心間更均勻的負載均衡。可以考慮採用不同實現方案,如:每核心單行或每核心多列。數據分配還有利於整體延遲的最最佳化,因為是採用管線方式實現解碼,所以只要收到來自相鄰巨集模組的數據就能夠執行巨集模組的解碼。

作者: Bahman Barazesh

資深技術總監

George Kustka

資深視訊架構師

Mark Simkins

系統架構師

LSI 公司


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