高性能與多核處理器
摘要
隨著越來越多的移動(dòng)手持終端支持視頻功能，對于流媒體內(nèi)容及實(shí)時(shí)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(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)行的升級并不能滿足視頻成為主流應(yīng)用的需求。

為了使可擴(kuò)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(qiáng)型視頻處理功能，同時(shí)還能充分滿足運(yùn)營商在可擴(kuò)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(shí)現(xiàn)高密度視頻處理能力，此外，本文還闡述了擴(kuò)展實(shí)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(jì)的考慮事項(xiàng) ……………………………………………………………………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(jìn)行視頻通信……………………………………………………………………3
圖 2 KeyStone DSP 方框圖 ……………………………………………………………………8

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

1 介紹
1 介紹
3G 與 4G 移動(dòng)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(diǎn)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(dòng)數(shù)據(jù)普及的另一推動(dòng)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(shí)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(biāo)準(zhǔn)，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(dòng)手機(jī)用戶駕車高速駛過某個(gè)區(qū)域時(shí)，讓網(wǎng)絡(luò)去適應(yīng)由當(dāng)時(shí)瞬時(shí)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(fèi)。

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(yùn)營成本提供可擴(kuò)展的解決方案，從而全面解決運(yùn)營商重點(diǎn)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(shí)現(xiàn)帶可擴(kuò)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(xiàng)如何提高多內(nèi)核運(yùn)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(gè)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(jìn)行解碼，然后再使用不同的標(biāo)準(zhǔn)（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(xiàng)的任意組合重新進(jìn)行編碼。從高質(zhì)量的高清專業(yè)相機(jī)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(biāo)準(zhǔn)，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(shí)時(shí)游戲應(yīng)用對延遲的要求非常嚴(yán)格，不能超過 100 毫秒；視頻點(diǎn)播應(yīng)用則可以接受中等延遲（可達(dá)幾秒鐘），而且存儲等非實(shí)時(shí)應(yīng)用的處理能夠允許更長時(shí)間的延遲。