如何搭建一種架構(gòu)，能夠高效地處理各種多媒體數(shù)據(jù)，并且專(zhuān)門(mén)針對(duì)音頻、視頻進(jìn)行優(yōu)化？

產(chǎn)品定義與芯片選型――搭建基于網(wǎng)絡(luò)的多媒體平臺(tái)，但排除ASIC、X86和通用DSP編程方式。

網(wǎng)絡(luò)向我們提供日益豐富的內(nèi)容(包括：文本、圖像、視頻和音頻)，這些內(nèi)容的表現(xiàn)形式多種多樣，僅視頻和音頻就有幾十種格式。傳統(tǒng)的ASIC芯片最大缺點(diǎn)是缺乏靈活性和通用性，例如DVD解碼芯片通常只支持MPEG-2，MPGE-4和MP3標(biāo)準(zhǔn)，如果要處理更多的格式還需要設(shè)計(jì)新的芯片，因此ASIC類(lèi)的芯片不適合網(wǎng)絡(luò)功能的消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品應(yīng)用。X86架構(gòu)是針對(duì)數(shù)據(jù)處理而設(shè)計(jì)，可以高效的處理32位或64位整型數(shù)字流，但視頻數(shù)據(jù)流的變長(zhǎng)數(shù)據(jù)（不是32位或64位對(duì)齊的整型數(shù)據(jù)）處理和位運(yùn)算量很大，由此，X86架構(gòu)不能高效地處理各種媒體應(yīng)用，而且成本也不適合消費(fèi)電子產(chǎn)品。


像ADI的Blackfin處理器和TI的DaVinci技術(shù)(采用ARM+通用DSP架構(gòu))都采用可編程DSP SoC芯片，因?yàn)橥ㄓ肈SP的體系結(jié)構(gòu)加入長(zhǎng)指令，針對(duì)乘法累加等運(yùn)算優(yōu)化，其效率比X86提高很多。通用DSP架構(gòu)針對(duì)所有數(shù)字信號(hào)處理，強(qiáng)調(diào)通用性，應(yīng)用范圍包括醫(yī)療、勘測(cè)和音/視頻。但這種架構(gòu)并沒(méi)有專(zhuān)門(mén)針對(duì)音頻、視頻進(jìn)行優(yōu)化，這導(dǎo)致用于音視頻處理的DSP主頻通常很高，價(jià)格也較貴。那么，是否有一種架構(gòu)，能夠處理所有數(shù)字多媒體數(shù)據(jù)，并且專(zhuān)門(mén)針對(duì)視頻和音頻進(jìn)行優(yōu)化？專(zhuān)注于通信(Communication)與消費(fèi)(Consumer)融合的北京希圖視鼎科技有限公司(C2 Microsytems)向我們介紹了一種低成本、高性能的可編程平臺(tái)CC1100，它可滿足“網(wǎng)絡(luò)化娛樂(lè)”的要求。該平臺(tái)從形態(tài)上講是DSP類(lèi)型的可編程SoC，它是一個(gè)完整的編解碼器，完全軟件可編程性使它適合處理一切音、視頻數(shù)據(jù)。目前C2自己開(kāi)發(fā)了基于CC1100平臺(tái)的MPEG-2、MPEG-4、H.264、Real Media、Flash和AAC、MP3、AC-3等的編解碼算法。

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1個(gè)CPU作主控，3個(gè)DSP分別為三類(lèi)關(guān)鍵運(yùn)算優(yōu)化

CC1100平臺(tái)采用C2公司自主設(shè)計(jì)的1個(gè)CPU＋3個(gè)DSP架構(gòu)，其中CPU是精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)（RSIC）CPU，3個(gè)DSP分別針對(duì)三類(lèi)計(jì)算進(jìn)行優(yōu)化。這三類(lèi)計(jì)算分別是：1，運(yùn)動(dòng)估計(jì)，這是視頻處理中最耗費(fèi)時(shí)間的一類(lèi)計(jì)算，塊匹配和運(yùn)動(dòng)向量搜索都有專(zhuān)有的指令做運(yùn)算加速；2，熵編碼，這也是圖像處理中使用頻率很高的計(jì)算；3，向量處理，圖像是二維數(shù)據(jù)，對(duì)于8×8的圖像塊，一行像素或者一列像素都視作一個(gè)向量進(jìn)行處理，向量之間的運(yùn)算在圖像處理中也非常常用，另外，這部分也可以兼作音頻數(shù)據(jù)的處理。除了CPU本身固化的加減乘除等指令外，C2公司將上述三類(lèi)運(yùn)算量最大的計(jì)算抽出來(lái)固化為指令庫(kù)，通過(guò)CPU調(diào)用這些指令庫(kù)中的指令，可大大提高運(yùn)算效率。

需要特別指出的是，在音頻數(shù)據(jù)處理方面一般采用24位整數(shù)DSP處理(例如Blackfin)，而CC1100平臺(tái)集成了256位的向量處理器，支持浮點(diǎn)處理，可以支持7.1聲道解碼和添加復(fù)雜的音效處理。該平臺(tái)架構(gòu)對(duì)視頻流碼率并不敏感：已驗(yàn)證過(guò)15Mbps MPEG-2碼流和8Mbps MPEG-4碼流。CC1100單芯片支持網(wǎng)絡(luò)接口和USB，SATA等存儲(chǔ)接口，適用于公共場(chǎng)所網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備、流媒體電視、時(shí)移電視、硬盤(pán)媒體播放機(jī)、IPTV等數(shù)字家庭娛樂(lè)設(shè)備以及個(gè)人娛樂(lè)(例如PMP)和汽車(chē)娛樂(lè)。關(guān)于CC1100是否能應(yīng)用到手機(jī)上，C2公司總裁兼執(zhí)行官劉錦湘指出，雖然手機(jī)也可以處理多媒體的需求，但手機(jī)和數(shù)字家庭娛樂(lè)設(shè)備對(duì)芯片的規(guī)格要求還是有差異的，比如手機(jī)芯片多集成基帶處理器，功耗要求更低。手機(jī)應(yīng)用不是CC1100的設(shè)計(jì)目標(biāo)市場(chǎng)。C2的下一代平臺(tái)CC1200將采用90nm設(shè)計(jì)，能夠支持所有視頻格式的高清解碼，并且能夠支持WinCE和Linux雙系統(tǒng)，可以應(yīng)用在更廣泛的行業(yè)市場(chǎng)。CC1100芯片目前采用0.15mm工藝設(shè)計(jì)，在臺(tái)積電(TSMC)制造流片。

經(jīng)驗(yàn)借鑒：找準(zhǔn)軟件和硬件實(shí)現(xiàn)的結(jié)合點(diǎn)

CC1100平臺(tái)最大的特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了一種全新的處理架構(gòu)，很好地平衡了硬件加速和軟件可編程的靈活性。芯片運(yùn)行在350MHz，視頻編解碼的性能可以超過(guò)700MHz的通用DSP SoC。軟件可編程性的優(yōu)點(diǎn)是使產(chǎn)品保持高度的靈活性、可重用和新產(chǎn)品面世時(shí)間短。硬件實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)是高性能、低功耗和小尺寸，其中的關(guān)鍵在于采用何種層次的實(shí)現(xiàn)，從而達(dá)到性能和靈活度的最佳結(jié)合。C2公司市場(chǎng)經(jīng)理劉明璋分析了下一代平臺(tái)的發(fā)展方向：除了降低功耗之外，CC1200平臺(tái)一個(gè)主要的改進(jìn)是增加一顆ARM CPU，以支持Window CE操作系統(tǒng)，這樣原有CPU的處理負(fù)擔(dān)可以減輕很多；另外，CC1200采用90nm工藝制造，而且適于處理高清1080p分辨率的視頻應(yīng)用。

附文：C2 Micro的DSP SoC核心架構(gòu)，多處理器設(shè)計(jì)，能夠并行運(yùn)行Linux應(yīng)用程序和音、視頻處理算法。其中：ME Engine是一個(gè)可編程子處理器，其體系架構(gòu)可以高效率地執(zhí)行視頻壓縮運(yùn)算中的塊搜索和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法；Entropy Engine也是完全可編程的變長(zhǎng)位運(yùn)算處理器，其架構(gòu)可以高效地解析處理MPEG-2, MPEG-4, H.264, VC-1和JPEG等位串碼流數(shù)據(jù)中的語(yǔ)法元素，它還可以高效地運(yùn)行CABAC/CAVLC等熵編碼的壓縮和解壓縮算法；Vector子處理器支持專(zhuān)為音、視頻處理而優(yōu)化SIMD指令集，它內(nèi)置64個(gè)256位的超寬向量寄存器，支持整點(diǎn)和浮點(diǎn)運(yùn)算；RISC主處理器是一個(gè)超級(jí)標(biāo)量處理器，支持硬件雙線程技術(shù)，一個(gè)指令周期最多運(yùn)行4條指令，可以運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)；片內(nèi)集成指令和數(shù)據(jù)cache；HUBS/DMA控制器可以在子處理器和DDR內(nèi)存之間建立高速數(shù)據(jù)交換的直接通道，不需要主處理器的干預(yù)和占用其它系統(tǒng)資源。

審核編輯黃宇