Tensilica 推出四款影像處理器引擎支援H.264
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2006-12-11 00:00
前言:
Tensilica公司推出四款Diamond Standard VDO (ViDeO) 處理器引擎,該處理器引擎針對支援多重標準、多重影像解析度的系統單晶片(SoC)進行客制化設計。這些影音子系統鎖定各種可攜式手持裝置以及可攜式媒體播放裝置(PMP),由於具備完全可編程的特性,故能支援所有熱門的VGA與標準解析度(SD,亦稱為D1)影像編解碼器,解析度可達720x480 (NTSC) 與720x576 (PAL),包括H.264 Main Profile、VC-1 Main Profile、MPEG-4 Advanced Simple Profile (ASP)、以及MPEG-2 Main Profile,都包含在Tensilica此一解決方案內。此外,該處理器引擎還支援較低的解析度,像是QCIF、QVGA、CIF、以及VGA等。
Diamond Standard VDO 引擎可透過在OS核心上執行的軟體,執行所有重要的影像處理功能 – 包括網路抽象層、圖像層、單元層、位元串流分析、以及熵解碼與編碼。這些功能牽涉到H.264 Main profile解碼器中耗費大量運算資源的 CABAC (內容調適二位元演算編解碼) 解碼作業,這也是大多數其他解決方案忽略掉的功能。其它方案的CABAC運算大多被建置在獨立且複雜的無法編程硬體模塊,或者採用700MHz的通用型CPU,致使耗電量大幅提高。透過將CABAC建置在延伸指令集的作法,Tensilica能以不到一般CABAC硬體模塊一半的空間,開發出低MHz與低功耗版本的CABAC加速引擎(指令)。
Diamond VDO 系列提供Baseline 與Main profile 解決方案– 其中Main profile 提供更優異的資料壓縮率與影片品質,是先進手持式裝置與可攜式媒體播放器在支援D1與更高解析度影片的首選編解碼器。大多數其他影音解決方案的SoC設計僅建置Baseline profile的規格。
Tensilica目前已推出四款Diamond Standard VDO 引擎來因應市場的各種需求,其中包括:
- Diamond 381VDO – 針對Baseline與Simple profiles提供解碼功能,適合應用在主流手機、可攜式媒體播放器、以及其他行動娛樂裝置。該款產品提供:
o H.264 架構– Baseline Profile @ D1解析度,5 mbps, 30fps
o MPEG-4 解碼–Simple Profile @ D1解析度, 6 mbps, 30fps
o VC-1/WMV9 解碼– Simple Profile @ D1解析度,6 mbps, 30fps
o MPEG-2 解碼– Main Profile @ D1解析度,6 mbps, 30fps
- Diamond 383VDO – 針對Baseline與Simple profiles提供解碼與編碼功能。這款產品等同於在Diamond 381VDO上加上支援MPEG-4編碼元件 –Simple Profile @ D1解析度,6 mbps,30fps.
- Diamond 385VDO – 針對 Main與ASP profiles提供解碼功能,適合應用在手持式裝置與可攜式媒體播放器。 Diamond Standard 385VDO 能支援:
o H.264 解碼– Main Profile @ D1解析度,5 mbps,30fps
o MPEG-4 解碼– Advanced Simple Profile @ D1解析度,6 mbps,30fps
o VC-1/WMV9 解碼– Main Profile @ D1解析度,6 mbps,30fps
o MPEG-2 解碼– Main Profile @ D1解析度,8 mbps, 30fps
- Diamond 388VDO – 具有與385VDO相同的Main profile解碼機制,並增加MPEG-4編碼功能 – Advanced Simple Profile @ D1解析度、6 mbps、30 fps 。
Tensilica公司總裁暨執行長Chris Rowen表示:「我們已準備好向半導體元件製造商與系統OEM廠商推出這些完全通過測試且立即可用的解決方案,以協助業者開發支援高品質影片的新產品。我們期望能這款解決方案能和我們之前推出的HiFi2音效引擎一樣成功,Tensilica的HiFi2引擎可支援數十種手持式裝置,大量運用在手機產品中,例如摩托羅拉的KRZR與RIZR手機。」
運用Xtensa處理器技術的架構
為開發新款Diamond Standard VDO 系列元件,Tensilica運用其 Xtensa® 可配置與可延伸的處理器技術,設計一個雙處理器子系統模塊,加上整合式DMA引擎,能在極低的時脈速度下(完全H.264 Main profile解碼僅須172 MHz,MPEG-4 ASP解碼僅需156 MHz),提供完整的D1 Main profile解碼與ASP解碼功能。
Diamond VDO 雙核心架構內含兩個Xtensa處理器,一個設定成串流處理器,另一個核心可設定成像素處理器。串流處理器指令針對影像資料(熵解碼、動態向量預測等)的序列處理作業進行最佳化。串流處理器需要32K位元組的區域資料記憶體,以及40K位元組的區域指令記憶體。指令寬度調校成32位元。像素處理器指令集則針對使用SIMD(單一指令多重資料)技術的像素資料平行式處理作業進行最佳化。像素處理器需要40K位元組的區域資料記憶體,以及24K位元組的區域指令記憶體。處理器內部通訊是透過128位元介面,影像引擎外部介面則採用兩個32位元匯流排。
Tensilica 在Diamond VDO系列元件中規劃超過400個影像指令,讓處理效能大幅超越通用型DSP或通用型32位元微處理器。這些指令針對影像處理中各種效能密集演算法進行最佳化調校,其中包括: CABAC--在處理H.264 Main profile影像資料時能達到更高的壓縮率; CAVLC (內容調適可變長度編碼)--當應用在H.264 baseline與Main profile時能降低壓縮演算法的複雜度; 馬賽克柔化--能減輕高壓縮比串流影片中的格狀圖塊瑕疵; 轉換--執行類似JPEG的空間壓縮; 動態補償與動態預測--這類演算法用來在更低的位元率下達到更高的影像品質。
Tensilica 提供內含解碼器與編碼器的完整軟體套件
Tensilica 針對新型Diamond VDO引擎開發編碼器與解碼器,讓客戶能直接由Tensilica獲得包括硬體與軟體在內的完整解決方案,而SoC研發業者也不需依賴其他方程式協力供應商。Tensilica同時還提供一套完全匹配的軟體開發工具鏈,包括一個以ECLIPSE架構為基礎的先進整合式開發環境; 領先業界的編譯器; 週期精準的System-C相容指令模擬器; 以及業界標準的GNU工具鏈。此外,Tensilica在全球的眾多夥伴廠商也提供作業系統、除錯偵測工具、ICE解決方案、以及其他支援,以協助業者快速開發搭載Tensilica處理器的產品 。
以處理器為基礎影像解碼方案的彈性
這些新款Diamond VDO引擎,遠勝過以往使用純硬體影像加速器並搭配傳統CPU的模式。首先,Diamond VDO核心能分擔所有影像解碼的作業 – 包括所有位元串流分析 – 讓系統主CPU不需耗費任何資源進行這類作業。傳統的硬體加速僅能分擔像素處理功能,像是動態預測,並留下很多運算作業(通常超過100 MHz的主CPU負荷)給系統控制器。
第二,傳統解決方案採用一個CPU以及一個硬體加速,當資料在CPU與加速器之間來回傳遞時,會浪費非常多的電力-其他IP廠商在計算/提供耗電量數據時並不會提到這一塊。
第三,當Diamond VDO引擎沒有被用來執行影像處理作業時,通用型CPU會空出超過500 Dhrystone MIPS的運算資源,可用來執行其他系統作業- 不會再使用專屬影像硬體模塊。
第四,Diamond VDEO引擎具備可編程功能,因此,能支援未來數年陸續推出的影像標準。
最後,Diamond VDO引擎在小巧的尺寸下提供上述所有優點,在使用130奈米製程下,僅佔用 8 mm2 (包括處理器邏輯與區域記憶體)的空間
針對SoC設計提供小尺寸、低耗電的解決方案
Diamond Standard VDO 系列元件針對各種行動應用進行最佳化,佔用空間與耗電量都低於其他廠商的解決方案。藉由Xtensa處理器架構的微調時脈控制閘之特色; 以及整合各種耗電率管理指令,提供可編程的彈性,在各種不同的影像處理負載下調節耗電量; 讓主動模式的耗電率能進一步降低。透過在串流與像素處理器中建置DMA引擎與介面,降低對外部記憶體頻寬的需求,進一步降低元件的功耗。以Diamond 383VDO為例,包括記憶體元件在內,僅佔用10 mm2的空間。功能完備的 Diamond 388VDO 提供完整的Main profile H.264解碼功能,以及D1解析度的MPEG-4 ASP編碼,包括記憶體在內僅佔用12 mm2的空間,採用臺積電0.13G製程技術,達到200 MHz的時脈速度。Diamond 388VDO在進行“Foreman” H.264 Main Profile影像串流解碼作業時,耗電量僅有 24.5 mW ,再加上記憶體的9.7 mW,總耗電量只有 34.2 mW,元件採用臺積電的0.90G佈局前製程以及線負載預測值。
價格與供貨
所有Diamond Standard VDO 處理器子系統都整合成單一的 Verilog RTL原代碼。軟體方案內含一個XTMP (XTensa Modeling Protocol) C-level 模型、API 原始碼、以及全套軟體工具。Diamond Standard VDO 系列元件,單一使用者的Diamond 381 VDO授權費為30萬美元起。解碼器與編碼器可分開購買,MPEG-2解碼器售價從66000美元起。Diamond 388VDO硬體與所有軟體,將於2007年3月底開始供應。這些產品可直接向Tensilica與經銷商夥伴採購,其中包括Fujitsu Microelectronics America、Global Unichip (創意電子)、以及NEC Electronics America。