基于 KeyStone DSP 的多核視頻處理技術(shù)

高性能與多核處理器
摘要
隨著越來越多的移動手持終端支持視頻功能，對于流媒體內(nèi)容及實時通信的網(wǎng)絡(luò)支持需求也在顯著上升。雖然對已部署的 3G 媒體網(wǎng)關(guān)進行升級可以支持較低的分辨率和幀速率，但這種由于自身的有限處理能力而進行的升級并不能滿足視頻成為主流應(yīng)用的需求。

為了使可擴展視頻應(yīng)用能夠支持高密度 (HD)，需要顯著提高視頻處理能力，而多核數(shù)字信號處理器 (DSP) 不但擁有能滿足此類需求的增強型視頻處理功能，同時還能充分滿足運營商在可擴展性和低功耗方面的需求。

本文旨在介紹一種全新的多內(nèi)核平臺，其能夠通過優(yōu)化內(nèi)核通信、任務(wù)管理及存儲器接入實現(xiàn)高密度視頻處理能力，此外，本文還闡述了擴展實施的結(jié)果如何支持多通道和多內(nèi)核 HD 視頻應(yīng)用的高密度視頻處理。

目錄
1 介紹 ……………………………………………………………………………………………2
2 基礎(chǔ)局端 HD 視頻面臨的挑戰(zhàn) ………………………………………………………………2
2.1 外部 I/O 接口 ………………………………………………………………………………4
2.2 處理性能 ……………………………………………………………………………………5
2.3 存儲器設(shè)計的考慮事項 ……………………………………………………………………6
2.4 多內(nèi)核協(xié)作與同步 …………………………………………………………………………7
2.5 多芯片系統(tǒng) ……………………………………………………………………………………7
3. KeyStone DSP - TI 最新多內(nèi)核處理器 ……………………………………………………8
表目錄
表 1 KeyStone DSP與視頻要求 …………………………………………………………………8

圖目錄
圖 1 通過網(wǎng)絡(luò)進行視頻通信……………………………………………………………………3
圖 2 KeyStone DSP 方框圖 ……………………………………………………………………8

商標 C64x+ 與 C67x 均為德州儀器公司的商標。
所有其他商標均是其各自所有者的財產(chǎn)。

1 介紹
1 介紹
3G 與 4G 移動網(wǎng)絡(luò)在全球范圍內(nèi)的廣泛部署以及無線創(chuàng)新熱點的不斷涌現(xiàn)，催生了手持終端用戶所需的關(guān)鍵數(shù)據(jù)帶寬。除了 web/數(shù)據(jù)應(yīng)用以外，視頻已成為移動數(shù)據(jù)普及的另一推動力。

隨著越來越多的用戶轉(zhuǎn)而使用視頻應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)局端需要實現(xiàn)顯著的性能提升才能支持視頻內(nèi)容，這從最近蘋果公司 Facetime 視頻呼叫應(yīng)用及類似應(yīng)用的流行上可見一斑。
手持終端能夠以更高的分辨率和幀速率支持視頻捕獲與播放。傳統(tǒng)部署的 3G 媒體網(wǎng)關(guān)專用于支持低分辯率視頻應(yīng)用中的高密度多語音通道，但通常不能滿足用戶對于高質(zhì)量的預(yù)期。

此外，由于手持終端因電池使用壽命和存儲器大小等技術(shù)局限性，通常僅能以有限的參數(shù)集支持幾種標準，因而媒體網(wǎng)關(guān)需要支持更多的編解碼器和轉(zhuǎn)碼模式，如轉(zhuǎn)碼、傳輸量以及傳輸速率等。例如，當(dāng)移動手機用戶駕車高速駛過某個區(qū)域時，讓網(wǎng)絡(luò)去適應(yīng)由當(dāng)時瞬時鏈接條件提供的帶寬并提供相應(yīng)的壓縮、分辨率及比特率更具高效性，這樣視頻鏈不致中斷，而且手持終端也不會因支持縮放或剪輯造成帶寬或電池電量的浪費。

為了充分滿足這些需求，我們需要顯著提高高密度媒體網(wǎng)關(guān)的視頻處理能力。多內(nèi)核 DSP 能夠以較低運營成本提供可擴展的解決方案，從而全面解決運營商重點關(guān)注的功耗與空間占用問題。

本文的組織結(jié)構(gòu)如下：
首先，闡述了處理高分辨率視頻面臨的挑戰(zhàn)和資源需求，以及如何有效地實現(xiàn)帶可擴展實施功能的視頻編碼算法，以便同時支持低分辨率和高分辨率通道。

其次，還對軟硬件選項如何提高多內(nèi)核運行的效率展開了討論。

最后，本文回顧性介紹了多內(nèi)核 DSP 領(lǐng)域前沿技術(shù)的發(fā)展歷程，并探討了開發(fā)人員可資利用的平臺。

2 基礎(chǔ)局端 HD 視頻面臨的挑戰(zhàn)

圖 1 描述了基于基礎(chǔ)局端網(wǎng)絡(luò)的視頻通信系統(tǒng)。一個典型的系統(tǒng)應(yīng)支持多種功能，其中包括：
• 高密度媒體的碼制轉(zhuǎn)換與速率適應(yīng)
• 與視頻轉(zhuǎn)碼相關(guān)的音頻轉(zhuǎn)碼
• 大型多方視頻會議
• 諸如語音等其他媒體形式的處理



圖 1 基于網(wǎng)路的視頻通信

轉(zhuǎn)碼是一種典型的通信基礎(chǔ)局端視頻應(yīng)用，我們可在其中通過已壓縮的輸入流對 YUV 域視頻流進行解碼，然后再使用不同的標準（轉(zhuǎn)碼）、不同的比特率（碼流速率）、分辨率（傳輸大小）或上述各項的任意組合重新進行編碼。從高質(zhì)量的高清專業(yè)相機到低分辨率的智能電話錄制，視頻內(nèi)容來源廣泛；而視頻內(nèi)容接收器也是種類繁多，從大型的高清電視屏幕到低分辨率的手持終端，無所不包。視頻基礎(chǔ)局端必須全方位滿足各種需求，其中包括：
• 多重編碼和解碼標準，如 DV、MPEG2/4、H.264 以及未來的 H.265 等。
• 多種分辨率和幀速率，從 128×96 像素的次 1/4 公用中分辨率格式 (SQCIF) 乃至更低分辨率，到高清 (1920x1080) 甚至是超高清 (4320P, 8K)，從每秒 10 幀到每秒 60 幀不等。
• 各種編碼的輸入/輸出 (I/O) 比特率，如從低分辨率低質(zhì)量手持終端視頻流的 48 Kbps 到專業(yè)質(zhì)量的 50 Mbps（H.264 級 4.2）甚至更高。YUV域視頻流的帶寬要求非常高，例如，采用 4:2:0 配色方案的 YUV 1080p60 視頻流需要 1.5 Gbps 左右的帶寬。

延遲要求因應(yīng)用而異：視頻會議和實時游戲應(yīng)用對延遲的要求非常嚴格，不能超過 100 毫秒；視頻點播應(yīng)用則可以接受中等延遲（可達幾秒鐘），而且存儲等非實時應(yīng)用的處理能夠允許更長時間的延遲。