面向MPEG4視頻編碼/譯碼器的DSP

---眾所周知，DSP在移動(dòng)電話等便攜機(jī)器領(lǐng)域里已成為實(shí)時(shí)處理語音編碼/譯碼、語音識(shí)別和圖像處理等多媒體應(yīng)用的關(guān)鍵性器件?，F(xiàn)在，市場(chǎng)上有許許多多的高速16位定點(diǎn)的DSP 產(chǎn)品，像μPD7711x/μPD7721x系列等在語音編碼/譯碼領(lǐng)域已獲得廣泛應(yīng)用。

---此外，隨著最近幾年的Internet應(yīng)用普及，人們利用數(shù)碼攝像機(jī)和數(shù)碼照相機(jī)等便攜式視聽（AV）機(jī)器拍攝的活動(dòng)圖像和靜止圖像，可在Internet上自由發(fā)送，欣賞從網(wǎng)上下載的視頻及圖像文件已成為流行時(shí)尚。隨著便攜式AV 機(jī)器的推廣應(yīng)用，愈來愈要求能很容易地向存儲(chǔ)器里記錄那些按照MPEG4壓縮的信息。隨著通信帶寬的拓展，這些AV 機(jī)器的功能也在移動(dòng)電話中有所體現(xiàn)，已成為移動(dòng)通信的業(yè)務(wù)內(nèi)容 。在這種發(fā)展形勢(shì)之下，許多電子器件制造商紛紛發(fā)展各自的DSP 產(chǎn)品。例如，日本NEC公司開發(fā)的μPD7721x系列，其中μPD77214裝備有視頻接口和同步DRAM接口，而且在一個(gè)芯片上同時(shí)實(shí)現(xiàn)視頻和音頻信號(hào)的編碼/譯碼處理。

---本文以μPD77214為例，介紹這種新型DSP產(chǎn)品的體系結(jié)構(gòu)和各個(gè)功能部件。

μPD77214簡(jiǎn)介
---μPD77214型DSP新產(chǎn)品是利用5層布線的CMOS工藝制造的，柵欄條寬為0.13μm，在4.27mm×5.14mm的芯片上集成1300萬個(gè)晶體管。正是由于它是利用先進(jìn)半導(dǎo)體工藝制造的，該DSP產(chǎn)品具有高速和低功耗特點(diǎn)，時(shí)鐘頻率為160MHz，每單位處理性能消耗的電流為0.35mA/MIPS。
---產(chǎn)品性能如下：它在以往的聲音編碼/譯碼接口等基礎(chǔ)上，裝備有REC656格式的數(shù)字化視頻接口，幀存儲(chǔ)器用16位寬度的同步DRAM接口；可執(zhí)行VGA規(guī)模的JPEG靜止圖像捕捉，VGA規(guī)模15幀/秒的MPEG4視頻編碼、譯碼等視頻處理任務(wù)。μPD77214型DSP新產(chǎn)品的規(guī)范如表1所示；有關(guān)它的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

層次化體系結(jié)構(gòu)
---為了提高DSP 新產(chǎn)品的開發(fā)效率，采用由機(jī)芯宏單元構(gòu)成的分層設(shè)計(jì)（參閱μPD77214系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖1）。
---μPD77214型DSP的第1層是面向先行開發(fā)的音頻編碼/譯碼的DSP（μPD77213機(jī)芯）：它是由掌管32位指令總線、16位數(shù)據(jù)總線（X總線，Y總線）、運(yùn)算部件、程序控制部件、數(shù)據(jù)尋址部件等微結(jié)構(gòu)連接而成的處理器機(jī)芯、中斷控制器和各個(gè)接口電路以及指令存儲(chǔ)器宏單元乃致數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器宏單元構(gòu)成的；它的第2層是由視頻接口、幀存儲(chǔ)器接口、仲裁器和行緩存等構(gòu)成的μPD77214特有的視頻接口部件。

具體功能部件
1 存儲(chǔ)器
---作為μPD77213機(jī)芯內(nèi)置的存儲(chǔ)器，它裝備有存放程序用的15.5KB×32bit的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM，32KB×32bit×2頁的只讀存儲(chǔ)器ROM，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)用的18KB×16bit的RAM ，32KB×16bit的ROM共有2頁（X頁面和Y頁面）；總計(jì)備有1Mb的靜態(tài)RAM和3Mb的ROM。由于具備這樣豐富的存儲(chǔ)器資源，可以裝備JPEG靜止圖像編碼/譯碼、MPEG4活動(dòng)圖像編碼/譯碼等視頻壓縮 、解壓縮信號(hào)處理，AMR音頻編碼/譯碼、AAC音頻編碼/譯碼等的音頻壓縮、解壓縮信號(hào)處理的程序，根據(jù)這些軟件程序可靈活支持各種格式。
2 外圍電路
---作為μPD77213機(jī)芯外圍電路，它內(nèi)置有外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器接口（包括執(zhí)行內(nèi)置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和各接口間的數(shù)據(jù)傳送的8ch DMA電路和適合于圖像處理的二維尋址功能）、附加音頻用時(shí)間槽賦值TSA（Time Slot Assignment）功能的TSA串行接口、處理立體聲信號(hào)的音頻串行接口、16位主機(jī)接口、16位定時(shí)器、4位通用端口、中斷控制器和支持在芯片ice功能的JTAG測(cè)試接口、音頻串行接口以及可以處理64位（L/R分別32位）的串行數(shù)據(jù)；由于利用MP-3（MPEG1 Audio Layer3）、AAC(MPEG2 Advanced Audio Coding)等中間軟件程序庫，可以很容易地實(shí)現(xiàn)便攜式音頻譯碼。
3 視頻接口部件
---在μPD77214里，對(duì)于上述的μPD77213機(jī)芯的外部存儲(chǔ)器接口，附加實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)處理的視頻接口部件。關(guān)于視頻接口部件的結(jié)構(gòu)框圖，詳見圖2所示。這個(gè)視頻接口部件是由視頻輸入接口、視頻輸出接口、總線仲裁器和幀存儲(chǔ)器接口構(gòu)成的。
4 視頻輸入接口部件
---作為外部視頻輸入，具有REC656格式的數(shù)字視頻接口。與視頻時(shí)鐘信號(hào)同步，輸入8位寬度的像素?cái)?shù)據(jù)，分離亮度信號(hào)和色差信號(hào)，存放到行緩存（Line Buffer）。
---對(duì)于水平方向、垂直方向，具備縮小采樣功能，通過行緩存，把圖像捕捉到幀存儲(chǔ)器。此外，行緩存裝備有2套分別用于亮度信號(hào)和色差信號(hào)的8位寬度的368字節(jié)的雙端口RAM，可支持最大VGA規(guī)模的圖像捕捉。
5 視頻輸出接口部件
---與輸入側(cè)同樣，關(guān)于外部視頻輸出也具備REC656格式的數(shù)字化視頻接口。作為行緩存，裝備有2套分別用亮度信號(hào)和色差信號(hào)的16位寬度的368字節(jié)的雙端口RAM。從行緩存一面下載亮度信號(hào)和色差信號(hào)，隨著視頻時(shí)鐘信號(hào)同步，輸出8位寬的像素?cái)?shù)據(jù)。
---對(duì)于水平方向、垂直方向具有擴(kuò)大采樣（Up Sample）功能，通過行緩存，一面擴(kuò)大幀存儲(chǔ)器上的源像素便可實(shí)現(xiàn)輸出。
6 總線仲裁器
---總線仲裁器對(duì)幀存儲(chǔ)器的存取訪問進(jìn)行調(diào)停。向幀存儲(chǔ)器的存取訪問請(qǐng)求如下：包括由行緩存發(fā)出的亮度信號(hào)存儲(chǔ)請(qǐng)求和色差信號(hào)存儲(chǔ)請(qǐng)求，由輸出行緩存發(fā)出的裝載（Load）亮度信號(hào)請(qǐng)求、裝載色差信號(hào)請(qǐng)求，由用于視頻信號(hào)處理的DSP 發(fā)出裝載請(qǐng)求、存儲(chǔ)請(qǐng)求。仲載器設(shè)定對(duì)每一通道的傳送字節(jié)組長(zhǎng)度，利用查詢進(jìn)進(jìn)調(diào)停。然而，來自DSP的存取訪問，由于使用μPD77213機(jī)芯的DMA存取訪問功能，隱藏了調(diào)停開銷，可在DSP內(nèi)部存儲(chǔ)器的幀存儲(chǔ)器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。
7 幀存儲(chǔ)器接口
---μPD77214型DSP器件具有連接外部存儲(chǔ)器的幀存儲(chǔ)器接口，它所連接的外部存儲(chǔ)器是用于存儲(chǔ)捕捉的視頻數(shù)據(jù)或顯示的視頻數(shù)據(jù)。幀存儲(chǔ)器接口支持16bit×1MW的存儲(chǔ)器空間，可以連接靜態(tài)RAM 或者是同步DRAM。同步DRAM 的訪問是通過全頁面字符組讀出模式和單獨(dú)寫入模式實(shí)現(xiàn)的。
---本同步DRAM接口電路具備如下諸多特點(diǎn)：（1） 利用停止時(shí)鐘的保留存取訪問實(shí)現(xiàn)低成本的無緩存結(jié)構(gòu)；（2）傳送效率高的可變長(zhǎng)度字符組存取訪問；（3）隨機(jī)訪問時(shí)的無空的（dummy）存取訪問；與此同時(shí)，由于控制時(shí)鐘啟動(dòng)信號(hào)，利用時(shí)鐘屏蔽試圖縮減非訪問時(shí)的消耗電力。

結(jié)束語
---在移動(dòng)通信日益繁榮的今天，DSP確實(shí)在以移動(dòng)電話為首的便攜機(jī)器領(lǐng)域里已成為關(guān)鍵性器件。顯然，今后將急需大批量的高性能、低功耗和低成本的DSP器件。特別是對(duì)DSP高性能化的需求，迫使人們開發(fā)具備System LSI集成度的DSP新產(chǎn)品。