用定制DSP設計MPEG-4無(wú)線(xiàn)視頻產(chǎn)品

　　MPEG-4是一種新興的視頻標準，其彈性糾錯能力和可支持小屏幕的特性使之在移動(dòng)通信市場(chǎng)上受到廣泛關(guān)注，幾乎所有移動(dòng)電話(huà)生產(chǎn)商和PDA開(kāi)發(fā)商都對其表示出極大的興趣。然而這種視頻標準對處理器的要求卻非常高。在整個(gè)移動(dòng)通信結構中，僅MPEG-4處理器這一部分就會(huì )毫不客氣地吞掉大量的資源。因而要想真正實(shí)現無(wú)線(xiàn)視頻應用這一夢(mèng)想，首先就必須解決MPEG-4信號處理問(wèn)題。

　　工程師們已經(jīng)嘗試過(guò)采用固定編碼邏輯和通用型DSP來(lái)完成這一龐然大物般的MPEG-4處理，但結果均不理想。固定編碼邏輯雖然能夠提供較高的性能，但設計和實(shí)現所需的時(shí)間太長(cháng)，而且得到的設計結果不夠靈活，無(wú)法滿(mǎn)足將來(lái)修改的需要。而通用可編程數字信號處理器(DSP)盡管很適合有限沖擊響應(FIR)濾波和其他一些MAC密集的應用，但對于可變長(cháng)度解碼和離散余弦變換等視頻編解碼中固有的算法卻又無(wú)法有效實(shí)現。

　　那么怎樣才能設計出滿(mǎn)足要求的處理器呢？本文給出了一種方案：采用定制DSP。工程師們可以利用數字DSP IP核并結合一些新的設計方法，設計一種用戶(hù)化的引擎來(lái)完成所需的MPEG-4功能，從而將無(wú)線(xiàn)視頻應用變?yōu)楝F實(shí)。

　　本方案的第一步，要開(kāi)發(fā)一種應用軟件來(lái)執行MPEG-4視頻標準，然后對該軟件進(jìn)行優(yōu)化和校驗，以保證其滿(mǎn)足MPEG-4視頻標準的要求。第二步，在這個(gè)應用軟件得到優(yōu)化之后，將其編譯至一個(gè)通用型DSP引擎，仔細分析它在應用中可能出現的性能瓶頸。通過(guò)分析，構造一組由設計者定義的計算單元(DDCU)，有針對性地解決應用中的計算瓶頸問(wèn)題。這組DDCU構成一個(gè)庫，利用這個(gè)庫，設計者可以為不同的產(chǎn)品和產(chǎn)品域創(chuàng )建不同的用戶(hù)應用DSP引擎。例如，在一個(gè)支持QCIF(四分之一普通接口格式)和CIF幀格式的PDA中，可以通過(guò)簡(jiǎn)單等級(SP)和高級簡(jiǎn)單等級(ASP)創(chuàng )建一個(gè)簡(jiǎn)單的定制 DSP來(lái)實(shí)現低速編解碼。

　　此外，通過(guò)恰當的設計規劃，設計者還可以使引擎的性能剛好滿(mǎn)足目標產(chǎn)品的要求——例如針對CIF格式設計出幀處理速度為每秒15幀的 DSP引擎——這樣就能降低對時(shí)鐘速率、指令長(cháng)度和存儲映像的要求，從而實(shí)現低功率和低成本。但是若想支持更大尺寸的幀并支持高級分析，就需要創(chuàng )建一種性能更高的DSP引擎。這種DSP引擎內部并行度更高，可用資源量更大，因而運行速度也更快。

　　最后一步，將定制DSP融入多處理器內核，通過(guò)兩者的共同作用來(lái)達到進(jìn)一步規劃高端應用性能的目的。在當今的通信行業(yè)中，產(chǎn)品推向市場(chǎng)的速度越來(lái)越快，以上談到的方法和工具恰好為快速分析和創(chuàng )建定制DSP從而加快產(chǎn)品設計提供了一種較好的方案。

　　下面讓我們看看定制DSP是如何創(chuàng )建的。

　　可定制的VLIW(超長(cháng)指令字)引擎

　　引擎指一組資源的集合，通過(guò)對這種資源編程，可以使之以某種給定的順序實(shí)現一系列操作。通常，設計中最主要的處理工作是由數據通道資源-即我們所說(shuō)的計算單元-來(lái)完成的。

　　計算單元可以對其輸入進(jìn)行一系列操作，并輸出一個(gè)或多個(gè)計算結果。RISC(精簡(jiǎn)指令集計算機)和DSP是兩種由計算單元組成的處理器。其中，RISC處理器每次(每時(shí)鐘周期)只能執行一個(gè)操作，而典型的多媒體和DSP應用卻可以在每個(gè)時(shí)鐘周期內執行多項操作。這是因為大部分這種高級DSP 的結構都具有某種形式的指令級并行處理能力。

　　本文給出的方案中，針對MPEG-4應用而設計的DSP引擎能夠達到固定編碼邏輯和通用型DSP都無(wú)法達到的性能。該引擎之所以如此成功，主要原因之一就是采用了VLIW結構。VLIW是一種非常適合多媒體應用的結構。它支持指令級并行性，這就使得采用它的DSP引擎可以在單時(shí)鐘周期內執行多項操作。不但如此，它還支持應用程序編譯過(guò)程中的并行性，這又避免了為龐大的視頻處理耗費過(guò)長(cháng)的運行時(shí)間或增加過(guò)大的晶片體積。與VLIW類(lèi)似的超標量體系結構也具備這一特性。