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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 

電信產業界真正有趣的玩笑很少,不過有一條讓人聽後不禁莞爾:關於標準最大的好處,就是有如此多的標準可供人們選擇。這句話不僅適用於通訊、傳輸系統以及技術介面,在視訊領域內亦是如此。

從目前來看,有多少種需要傳輸的視訊就有多少種視訊格式化和傳輸標準。視訊最初存在於廣播或有線電視領域,但現在它以適合一系列廣泛設備的各種格式逐步進入網際網路。其挑戰是為各種設備與平台提供所有內容並使其得以播放,這並非易事。一部份解決方案源於市場中能夠處理上述繁雜功能的多種成功的作業系統。雖然靈活性與功能非常出色,但是這些作業系統實現上述目的需要付出高功率和低密度的代價。

多媒體是目前的熱門,而隨著支援網際網路接取、遊戲、視訊以及電視的寬頻手機問世,形勢已然發生了改變。其它應用對網路以及連網設備的需求同樣巨大,如用戶產生的內容以及社交網路等。為此,在電信領域大獲成功的半導體公司針對這種需求開發了支援各種視訊解析度(如QCIF、CIF以及HD)以及具有支援各種標準靈活性的視訊處理架構。

為了成功處理高解析度視訊,設計人員必須將功耗作為一項關鍵設計要素。視訊是功耗需求最高的應用之一,因為滿足QoS及觀眾期望的輸出需要進行大量處理工作。實現最高功率性能需要採用低功耗技術,視訊應用可透過採用具有高效管線設計多核心媒體處理器來滿足可編程性以及低功耗的需求。

可編程多核心媒體處理器

隨著多種音視訊格式的出現,支援它們及其應用的設備也在變得日益複雜,因而催生了成本更高且更為複雜的半導體設計方案。視訊屬於要求極高的應用,所呈現的高品質訊號需要進行特別處理,因此在部署視訊專用產品時必須考慮一系列功能。可編程多核心解決方案不但靈活,而且功耗較低。

視訊編碼過程中一大部份即時週期實際上是用於控制和進行數據處理。例如,理想方案是在單次運算中同時處理用於轉換和過濾的控制感應型數據。透過增強控制和修改流程指令,如高效硬體迴路、平行條件運算以及高效預加載,可以獲得更佳的解決方案。

另外,還應盡可能採用效率最高的方式處理解析、運動向量預測、內插、運動補償、上下文自適應二進制算術編碼(CABAC)運算及其它運算強度高的任務。事件處理或管理中的每個元素所要求的運算形式都有少許不同。此類考量決定了系統的整體架構。所有任務都採用單一處理器核心會導致整體架構效率低下。例如,如果需要更高時脈頻率或更多核心,則需要更昂貴、耗電更高的元件。透過讓每種處理採用專用可編程核心,可以最佳化運算任務並提高整體系統效率。提供多個核心、高級處理和高數據吞吐量的媒體處理器,能夠實現具有滿足目前與未來多媒體需求所需性能與靈活性組合的解決方案。

媒體格式豐富的應用,要求能夠跨越多個通道的高密度DSP功能,值得慶幸的是,滿足該種應用的多核心多媒體處理器已經問世。在為新一代媒體應用挑選多核心媒體處理器時應當考量一系列重要特性。表1列出了這些特性。

表1:多媒體專用多核心DSP重要特性。
表1:多媒體專用多核心DSP重要特性。

多層編碼器架構

典型視訊轉碼器實施方案需要HD解碼器(SD、720p或1080p),有可能要調整影像尺寸、將YUV輸出分配到其它核心或元件,並以CIF、SD、720p或1080p解析度進行視訊編碼。這部份主要介紹完整的解/編碼轉碼技術,相同工作原理也適用於高效轉碼器,其解碼器參數(如:運動向量)等常被用於編碼器來降低編碼器複雜性。

高解析視訊編碼,即1080p(1920x1080)與720p(1280x720)解析度的任務非常苛刻,需要多個媒體處理核心,以便即時實現30FPS∼60FPS。該任務甚至可以跨越多個多核心DSP元件。本文主要針對H.264展開討論,不過相同原理同樣適用於H.263與MPEG4編碼器。可以採用兩種方式實現DSP核心之間的任務劃分。

圖1:H.264 編碼器架構圖。
圖1:H.264 編碼器架構圖。


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