基于 KeyStone DSP 的多核視頻處理技術(shù)
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多內(nèi)核視頻要求KeyStone 的功能特性能夠充分滿足要求
外部 I/O 接口 - 壓縮的視頻以太網(wǎng)接口兩個(gè) SGMII 1G端口可支持適用于分包壓縮視頻的高比特率以太網(wǎng)接口。正如第二部分所述，典型的 HD 視頻需要高達(dá) 10 Mbps 的速率，以使以太網(wǎng)接口能夠支持多個(gè)壓縮視頻通道。此外，KeyStone DSP 還擁有分組加速器硬件子系統(tǒng)，可支持多個(gè) IP 地址且能為每個(gè)內(nèi)核分擔(dān)分組處理負(fù)載。
外部 I/O 接口 - 原始數(shù)據(jù)接口KeyStone DSP 擁有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的PCI Express通道。假定總線利用率為 60%，每個(gè)通道需要承載 5G 字節(jié)，這足以傳輸 YUV 域中 1080i60 的 4 到 5 個(gè)通道、D1 的 24 個(gè)通道，或 QCIF 30 fps 的超過 300 個(gè)通道。此外，KeyStone DSP 還擁有四個(gè) SRIO 通道，其中每個(gè)通道可傳輸 5G 比特，從而使總線利用率為 60% 時(shí)，其連接性能是之前的四倍。
外部 I/O 接口 - 語音處理兩個(gè)電信串行接口端口 (TSIP) 可提供足夠的帶寬（以每通道 32.768/16.384/8.192 Mbps 的傳輸速率以及最高 1024 DS0 支持 2/4/8 個(gè)通道）來支持與視頻應(yīng)用相關(guān)的語音處理。
處理能力首次發(fā)布的 KeyStone DSP 擁有 8 個(gè)時(shí)鐘頻率為 1.25G 的內(nèi)核，因而可提供 8G 個(gè)周期。8 個(gè)功能部件并行工作，每秒可執(zhí)行 64G 次運(yùn)算（浮點(diǎn)、定點(diǎn)和數(shù)據(jù)移動(dòng)）。此外，這個(gè) KeyStone DSP 的新型 C66x 內(nèi)核還可支持TI C64x+ DSP 內(nèi)核的所有指令、TI C67x core 內(nèi)核的所有指令，以及包含幾個(gè)支持四則運(yùn)算和兩則運(yùn)算的 SIMD 指令的其他指令。適用于操作矢量處理類型的理論操作數(shù)量是 128G 甚或 256G。這些 SIMD 指令可顯著提高采用矢量處理的視頻處理算法（如運(yùn)動(dòng)估算、轉(zhuǎn)換和量化算法等）的效率。
存儲(chǔ)器考慮事項(xiàng) － 片上存儲(chǔ)器
每個(gè)內(nèi)核都擁有 32KB 的 L1 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和 32KB 的 L1 程序存儲(chǔ)器。每個(gè)都可配置為純 RAM 或 L1 高速緩存，抑或二者的結(jié)合。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/166063.htm
每個(gè)內(nèi)核均擁有 512KB 的 L2 專有存儲(chǔ)器，其中多達(dá) 256KB 可被配置為四通道的 L2 高速緩存。另外，KeyStone DSP 還擁有 4MB 的共享 L2 存儲(chǔ)器。
存儲(chǔ)器考慮事項(xiàng) - 外部存儲(chǔ)器支持高達(dá) 8GB 的 DDR3，模式為 1×16、1×32 和 1×64，高達(dá) 1600 MHz 的頻率可提供每秒高達(dá) 12.8GB 原始比特率。
存儲(chǔ)器考慮事項(xiàng) － 多內(nèi)核共享存儲(chǔ)器控制器2×56 比特直接連接至外部存儲(chǔ)器接口 (EMIF) DDR。
2×256 比特直接連接至各個(gè) DSP。
適用于程序和數(shù)據(jù)的多重預(yù)取媒體流。
存儲(chǔ)器考慮事項(xiàng) － DMA
10 個(gè)傳輸控制器和 144 個(gè)增強(qiáng)型直接存儲(chǔ)器接入 (EDMA) 通道使得從外部存儲(chǔ)器讀寫數(shù)據(jù)具有高效的資源利用率。
內(nèi)核之間的同步與全局協(xié)作全硬件支持 64 個(gè)獨(dú)立阻塞和非阻塞信號(hào)標(biāo)，支持直接和間接請(qǐng)求。
內(nèi)核之間的緊密與松散鏈接、數(shù)據(jù)和消息傳輸多內(nèi)核導(dǎo)航器是一個(gè)硬件隊(duì)列管理器，可控制 8,192 個(gè)隊(duì)列且擁有 6 個(gè)可傳輸消息的渠化 DMA 通道。導(dǎo)航器可支持?jǐn)?shù)據(jù)和消息在緊密或松散鏈接的內(nèi)核之間進(jìn)行傳遞。此外，導(dǎo)航器還能有助于提高數(shù)據(jù)從多個(gè)源傳輸至多個(gè)目的地的高效排序。
連接兩個(gè)芯片的快速總線四通道超鏈接總線可提供高達(dá)每通道 12.5Gbps、總計(jì) 50Gbps 的傳輸速率。
附錄A - 解碼器性能相關(guān)性編碼器所采用的工具和算法以及視頻內(nèi)容都會(huì)影響解碼器的性能。下列因素將影響解碼器性能：
• CABAC 或 CAVLC 熵解碼器的選擇
• 跳幀的數(shù)量
• 幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式的復(fù)雜性
• 預(yù)測(cè)類型—運(yùn)動(dòng)估算或幀內(nèi)預(yù)測(cè)。（運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償需要消耗的解碼周期數(shù)不同于幀內(nèi)預(yù)測(cè)補(bǔ)償。采用運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償還是幀內(nèi)預(yù)測(cè)取決于編碼器。）
• 不同的運(yùn)動(dòng)估算工具（每個(gè)宏模塊一個(gè)運(yùn)動(dòng)矢量，每個(gè)宏模塊 4個(gè)運(yùn)動(dòng)矢量，或每個(gè)宏模塊 8 個(gè)運(yùn)動(dòng)矢量）能改變解碼器的復(fù)雜度和周期數(shù)。
• B 幀宏模塊的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償涉及兩個(gè)參考宏模塊，并消耗更多周期。
• 媒體流中的運(yùn)動(dòng)量不僅會(huì)更改跳過宏模塊的數(shù)目，同時(shí)還會(huì)改變解碼器的處理要求。
• 比特流在運(yùn)動(dòng)矢量、模塊值、標(biāo)記等各個(gè)不同值等之間的分配取決于媒體流的內(nèi)容和編碼器算法。不同的分配會(huì)相應(yīng)改變熵解碼器的周期數(shù)。
附錄B — 運(yùn)動(dòng)估算和速率控制
運(yùn)動(dòng)估算是 H.264 編碼中很大一部分內(nèi)容。H.264 編碼器的質(zhì)量取決于運(yùn)動(dòng)估算算法的質(zhì)量。運(yùn)動(dòng)估算所需的周期數(shù)取決于運(yùn)動(dòng)估算算法的功能特性及特征。以下是幾個(gè)影響運(yùn)動(dòng)估算周期消耗的主要因素：
• I 幀、P 幀和 B 幀的頻率
• L0（對(duì)于 P 幀和 B 幀）和 L1（對(duì)于 B 幀）中的參考幀數(shù)目
• 搜索區(qū)域的數(shù)目
• 搜索區(qū)的大小
• 搜索算法
良好的運(yùn)動(dòng)估算算法可能消耗總編碼周期的 40-50%，乃至更多。
速率控制算法是影響編碼質(zhì)量的主要因素。為了最大限度地提高視頻的感知質(zhì)量，智能速率控制算法可在宏模塊和幀之間分配可用的比特。
部分系統(tǒng)可執(zhí)行多重處理通道，以便在宏模塊之間更好的分配可用比特。多條通道雖然能提高感知質(zhì)量，但卻要求更密集的處理。
附錄C － 外部存儲(chǔ)器帶寬
由于運(yùn)動(dòng)估算算法的原因，編碼器通常比解碼器需要更高的內(nèi)部帶寬。編碼器的要求分兩種情況計(jì)算：低比特率 QCIF 和高比特率的 1080p。
• 第一種情況 -- QCIF 264 BP 編碼器：
兩個(gè)完整的 QCIF 幀能駐留在高速緩存或 L2 乒乓緩沖器中。每個(gè)幀需要的容量不到 40 KB。采用一個(gè)參考幀對(duì)某一幀進(jìn)行編碼時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)為每次 QCIF 處理傳輸 80KB 的數(shù)據(jù)，并輸出少量數(shù)據(jù)。200 個(gè)15 fps 的 QCIF 通道所需的總內(nèi)部帶寬為：
80KB * 15 (fps) * 200（通道數(shù)）+ 200（通道數(shù)）* 256/8 KB（QCIF 通道的輸出比特率）= 240MB + 6.4MB = 250MB/s
• 第二種情況 -- 1080p 60 H.264 HP：
假定采用最差情況中的算法來執(zhí)行運(yùn)動(dòng)參考幀的運(yùn)動(dòng)估算，該參考幀可能需要從外部存儲(chǔ)器移至內(nèi)部存儲(chǔ)器多達(dá)三次。此外，也可假定采用多達(dá)四個(gè)參考幀的高級(jí)算法。因此，單個(gè) 1080p60 通道的運(yùn)動(dòng)估算是：
3（復(fù)制 3 次）* 1920*1080*1（在運(yùn)動(dòng)估算中，每像素僅 1 個(gè)字節(jié)）*60 (fps) * 4（參考通道） = 1492.992 MBps
是否移動(dòng)可進(jìn)行處理和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)漠?dāng)前幀由以下情況來確定：
2（當(dāng)前幀和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償）* 1920 * 1080 * 1.5（字節(jié)/像素）* 60 = 373.248 MBps
綜上所述，以上兩個(gè)匯總結(jié)果規(guī)定了輸出比特流。一個(gè)通道的總和為1866.24 MBps，即兩個(gè) H.264 HP 1080p60 編碼器為 3732.48 MBps，這意味著約占用外部存儲(chǔ)器原始數(shù)據(jù)帶寬的 30%。
評(píng)論