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(zhù)越來(lái)越多的移動(dòng)手持終端支持視頻功能，對于流媒體內容及實(shí)時(shí)通信的網(wǎng)絡(luò )支持需求也在顯著(zhù)上升。雖然對已部署的 3G 媒體網(wǎng)關(guān)進(jìn)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(jìn)行的升級并不能滿(mǎn)足視頻成為主流應用的需求。

為了使可擴展視頻應用能夠支持高密度 (HD)，需要顯著(zhù)提高視頻處理能力，而多核數字信號處理器 (DSP) 不但擁有能滿(mǎn)足此類(lèi)需求的增強型視頻處理功能，同時(shí)還能充分滿(mǎn)足運營(yíng)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核平臺，其能夠通過(guò)優(yōu)化內核通信、任務(wù)管理及存儲器接入實(shí)現高密度視頻處理能力，此外，本文還闡述了擴展實(shí)施的結果如何支持多通道和多內核 HD 視頻應用的高密度視頻處理。

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

圖目錄
圖 1 通過(guò)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)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(dòng)網(wǎng)絡(luò )在全球范圍內的廣泛部署以及無(wú)線(xiàn)創(chuàng )新熱點(diǎn)的不斷涌現，催生了手持終端用戶(hù)所需的關(guān)鍵數據帶寬。除了 web/數據應用以外，視頻已成為移動(dòng)數據普及的另一推動(dòng)力。

隨著(zhù)越來(lái)越多的用戶(hù)轉而使用視頻應用，網(wǎng)絡(luò )基礎局端需要實(shí)現顯著(zhù)的性能提升才能支持視頻內容，這從最近蘋(píng)果公司 Facetime 視頻呼叫應用及類(lèi)似應用的流行上可見(jiàn)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。傳統部署的 3G 媒體網(wǎng)關(guān)專(zhuān)用于支持低分辯率視頻應用中的高密度多語(yǔ)音通道，但通常不能滿(mǎn)足用戶(hù)對于高質(zhì)量的預期。

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碼模式，如轉碼、傳輸量以及傳輸速率等。例如，當移動(dòng)手機用戶(hù)駕車(chē)高速駛過(guò)某個(gè)區域時(shí)，讓網(wǎng)絡(luò )去適應由當時(shí)瞬時(shí)鏈接條件提供的帶寬并提供相應的壓縮、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(huì )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(mǎn)足這些需求，我們需要顯著(zhù)提高高密度媒體網(wǎng)關(guān)的視頻處理能力。多內核 DSP 能夠以較低運營(yíng)成本提供可擴展的解決方案，從而全面解決運營(yíng)商重點(diǎn)關(guān)注的功耗與空間占用問(wèn)題。

本文的組織結構如下：
首先，闡述了處理高分辨率視頻面臨的挑戰和資源需求，以及如何有效地實(shí)現帶可擴展實(shí)施功能的視頻編碼算法，以便同時(shí)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核運行的效率展開(kāi)了討論。

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

2 基礎局端 HD 視頻面臨的挑戰

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



圖 1 基于網(wǎng)路的視頻通信

轉碼是一種典型的通信基礎局端視頻應用，我們可在其中通過(guò)已壓縮的輸入流對 YUV 域視頻流進(jìn)行解碼，然后再使用不同的標準（轉碼）、不同的比特率（碼流速率）、分辨率（傳輸大?。┗蛏鲜龈黜椀娜我饨M合重新進(jìn)行編碼。從高質(zhì)量的高清專(zhuān)業(yè)相機到低分辨率的智能電話(huà)錄制，視頻內容來(lái)源廣泛；而視頻內容接收器也是種類(lèi)繁多，從大型的高清電視屏幕到低分辨率的手持終端，無(wú)所不包。視頻基礎局端必須全方位滿(mǎn)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(lái)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(zhuān)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。

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