多媒体技术基础及应用-第2讲-XX清华大学出版社.ppt

多媒体技术基础及应用多媒体技术基础及应用15.1 DVI5.1 DVI系统系统 5.2 5.2 将多媒体和通讯功能集成将多媒体和通讯功能集成到到CPUCPU芯片中芯片中第五章第五章 多媒体计算机硬件及软多媒体计算机硬件及软件系统结构件系统结构2DVI系统获得系统获得Comdex 91最佳展示奖最佳展示奖最佳多媒体产品奖最佳多媒体产品奖 DVI系统如何解决计算机系统如何解决计算机综合处理声、文、图信息？综合处理声、文、图信息？一、一、DVI系统概述和总体结构系统概述和总体结构3 DVI系统解决计算机综合处理声、系统解决计算机综合处理声、文、图信息：文、图信息：采用采用PLV(Product Level Video)视频压视频压缩编码算法缩编码算法设计了二个专用芯片设计了二个专用芯片 82750PB (PA)像素处理器像素处理器 82750DB (DA)显示处理器显示处理器482750LH 82750LH 主机接口门阵主机接口门阵82750LV VRAM/SCSI/Capture82750LV VRAM/SCSI/Capture 接口门阵接口门阵82750LA 82750LA 音频子系统接口门阵音频子系统接口门阵设计制造了三块门阵电路设计制造了三块门阵电路5AVE Audio video EngineAVSS and AVK AVSS-Audio Video Sub-System(DOS)AVK-Audio Video Kernel(Windows)6nDVI视频板视频板nDVI音响板音响板nDVI多功能板多功能板DVIDVI系统由以下三部分组成系统由以下三部分组成（1 1型型3 3块板）块板）7二、二、DVI系统中的视频音频引擎系统中的视频音频引擎(AVE)AVE-Audio video EngineAction Media 750 Action Media 750 8与与I I型型DVIDVI系统相比，它有如下几系统相比，它有如下几点改进：点改进：1.1.性能指标高性能指标高82750 PA 82750PB82750 PA 82750PB82750 DA 82750DB82750 DA 82750DB92.使用了专门的门阵电路使用了专门的门阵电路82750LH 主机接口门阵主机接口门阵82750LV VRAM/SCSI/Capture 接口门阵接口门阵82750LA 音频子系统接口门阵音频子系统接口门阵103.3.将多块处理板变成一块处理将多块处理板变成一块处理板。占用一个板。占用一个PCPC插槽插槽11视频音频引擎视频音频引擎(AVE)视频子系统视频子系统 音频子系统音频子系统 视频音频总线视频音频总线1213一一.视频子系统视频子系统n功能功能n组成组成n工作原理工作原理n核心核心14视频子系统视频子系统功能：功能：视频信号的压缩编码和解码视频信号的压缩编码和解码视频信号处理视频信号处理视频信号的显示视频信号的显示15视频子系统视频子系统组成：组成：82750 PB 像素处理器像素处理器(视频信号视频信号处理处理)82750 DB 显示处理器显示处理器(视频信号视频信号的显示的显示)VRAM(压缩编码和解码压缩编码和解码)16工作原理：工作原理：视频视频-PLV-PLV压缩算法压缩算法（由像素处理器执行）（由像素处理器执行）-VRAMVRAM里存放微程序。里存放微程序。17PLV压缩算法压缩算法Product Level Video从从CE公司购买的公司购买的 18一一.视频子系统视频子系统n功能功能n组成组成n工作原理工作原理n核心核心19核心：核心：VRAM像素处理器像素处理器82750PB显示处理器显示处理器82750DB20视频音频引擎视频音频引擎(AVE)视频子系统视频子系统 音频子系统音频子系统 视频音频总线视频音频总线21二二.音频子系统音频子系统n功能功能n组成组成n工作原理工作原理n核心部件核心部件22二二.音频子系统音频子系统功能：功能：音频信号编码的压缩和解压缩音频信号编码的压缩和解压缩 音频信号的处理音频信号的处理(数字信号到模数字信号到模拟信号的转换、最后送到音频放大拟信号的转换、最后送到音频放大器和音响系统进行播放等器和音响系统进行播放等)音频特技等音频特技等 23 二二.音频子系统音频子系统组成：组成：DSP音频信号处理器、音频信号处理器、数字到模拟转换硬件数字到模拟转换硬件模拟滤波器等模拟滤波器等2425二二.音频子系统音频子系统n功能功能n组成组成n工作原理工作原理n核心部件核心部件26音频子系统音频子系统工作原理：工作原理：音频压缩编码用音频压缩编码用ADPCM 4E缺点：不符合国标缺点：不符合国标(G.711/721/728/729)27二二.音频子系统音频子系统n功能功能n组成组成n工作原理工作原理n核心部件核心部件28核心部件：核心部件：AD(Analog Device)公司生公司生产的产的AD-210529视频音频引擎视频音频引擎(AVE)视频子系统视频子系统 音频子系统音频子系统 视频音频总线视频音频总线30 为了支持视频和音频子系统大量为了支持视频和音频子系统大量的基本数据必须在的基本数据必须在DVI的的VRAM及及DVI的其余设备之间传递的其余设备之间传递.其余设备包其余设备包括：外设，主机以及获取子系统。括：外设，主机以及获取子系统。三三.DVI总线、视频音频总线总线、视频音频总线3132 三个门阵三个门阵 VRAM 82750 像素处理器像素处理器从图中可以看到，挂在总线上的有从图中可以看到，挂在总线上的有33三、三、DVI硬件系统的关键技术硬件系统的关键技术 i750像素处理器和显示处理器像素处理器和显示处理器 DIV系统硬件系统结构的关键系统硬件系统结构的关键技术是视频和显示引擎。视频和显技术是视频和显示引擎。视频和显示引擎主要是由示引擎主要是由82750DB像素处理像素处理器，器，82750DB显示处理器以及视频显示处理器以及视频RAM组成。组成。34一）一）82750PB像素处理器像素处理器 82750PB像素处理器芯片面积为像素处理器芯片面积为 7.85*6.62mm2,共有共有31万个晶体管，万个晶体管，采用采用132条腿扁平封装；可执行条腿扁平封装；可执行25M单周单周期指令；最大传输速度每期指令；最大传输速度每50MB/s，它支，它支持全屏幕持全屏幕30帧帧/s图像压缩和解压缩；同图像压缩和解压缩；同时还提供视频信号处理功能、纹理映射时还提供视频信号处理功能、纹理映射和屏幕变换效果。和屏幕变换效果。35总总体体结结构构36二）二）82750DB显示处理器显示处理器和其他公司生产的和其他公司生产的CRTC有很多相似之处。有很多相似之处。功能组成：功能组成：像素数据通道像素数据通道色差插值器色差插值器YUV到到RGB彩色变换矩阵彩色变换矩阵VBUS控制器控制器像素均衡器像素均衡器三个三个8位位D/A转换器转换器37四、四、AVSS 和和 AVK DVI软件系统中的音频视频子系软件系统中的音频视频子系统统-AVSS AVK-Audio Video Kernel38395.1 DVI5.1 DVI系统系统 5.2 5.2 将多媒体和通讯功能将多媒体和通讯功能 集成到集成到CPUCPU芯片中芯片中第五章第五章 多媒体计算机硬件及多媒体计算机硬件及软件系统结构软件系统结构40一、集成设计原则一、集成设计原则 在这里集成的含义是指：在原有计算在这里集成的含义是指：在原有计算机体系结构中，如何增加下述新的功能机体系结构中，如何增加下述新的功能。多媒体数据的获取多媒体数据的获取多媒体数据的压缩和解压缩多媒体数据的压缩和解压缩多媒体数据的实时处理和特技多媒体数据的实时处理和特技多媒体数据的输出和多媒体通信多媒体数据的输出和多媒体通信 41一）采用国际标准的设计原一）采用国际标准的设计原则则 标准化是产业成功的前提，为了标准化是产业成功的前提，为了使新型的计算机增加多媒体数据的使新型的计算机增加多媒体数据的获取、压缩和解压缩、实时处理和获取、压缩和解压缩、实时处理和特技、输出和通信等功能，设计时特技、输出和通信等功能，设计时必须采用国际标准。必须采用国际标准。42二）多媒体和通信功能的单独二）多媒体和通信功能的单独解决变成集中解决解决变成集中解决43三）体系结构设计和算法相结合三）体系结构设计和算法相结合要求处理器具有如下特点：要求处理器具有如下特点：快速灵活的算术运算能力快速灵活的算术运算能力扩展的动态范围扩展的动态范围多操作数的同周期提取多操作数的同周期提取硬件的循环缓冲硬件的循环缓冲多个二维查找表（多个二维查找表（TD-LUT）无额外开销的循环和分支控制无额外开销的循环和分支控制44四）把多媒体和通信技术作到四）把多媒体和通信技术作到CPU芯片中芯片中 将多媒体和通信功能融合到将多媒体和通信功能融合到CPU芯片中。芯片中。融合方案分成两类：融合方案分成两类：一类是多媒体和通信功能为主，融合一类是多媒体和通信功能为主，融合CPU芯片原有的计算功能；芯片原有的计算功能；另一类是以通用另一类是以通用CPU计算功能为主计算功能为主,融融合多媒体和通信功能。合多媒体和通信功能。45二、二、多媒体处理器多媒体处理器 Mpact和和Trimedia 1996年世界上很多厂商推出了多年世界上很多厂商推出了多媒体处理器媒体处理器,其中佼佼者是其中佼佼者是Chromatic Research公司的公司的Mpact,Philips 公司公司的的Trimedia,Micro Unity的的Media Processor以及以及 Nvidia NVI 高度集成高度集成的多媒体加速器。的多媒体加速器。46一）一）Mpact 多媒体处理器及多媒体处理器及 PCI总线评价卡总线评价卡(EVB-101)1.Mpact芯片的功能和工作原理芯片的功能和工作原理47Mpact Mpact 多媒体处理器功能图多媒体处理器功能图48MpactMpactMpactMpact结结构构原原理理图图49Mpact芯片内部结构由以下部件组成芯片内部结构由以下部件组成五个接口控制器五个接口控制器一个多通道一个多通道SRAMCPU50 五个接口控制器五个接口控制器存储器接口存储器接口PCIPCI总线接口总线接口视频接口视频接口显示接口显示接口外设接口外设接口51一个多通道一个多通道SRAMSRAM4KB4KB的的SRAMSRAMSRAMSRAM上有上有8 8个通道个通道4 4个为写通道个为写通道4 4个为读通道个为读通道52 Mpact的的CPU由四个由四个ALU、一个运动估计单元（匹配和、一个运动估计单元（匹配和搜索算法）和指令解码控制器搜索算法）和指令解码控制器组成组成532.Mpact PCI总线评价卡总线评价卡EVB-101EVB-101工作原理图工作原理图54Rambus DRAM芯片结构芯片结构RDRAMRDRAM比比比比 VRAMVRAM快快快快3-53-5倍倍倍倍DRAMDRAM快快快快5-155-15倍倍倍倍553.Mpact的支撑软件的支撑软件 Mediaware模模块块结结构构MRK56二）二）Trimedia芯片、参考板及芯片、参考板及其软件开发环境其软件开发环境1.Trimedia 处理器处理器57TM-TM-10001000功功能能模模块块图图58 TM-1000是是Philips公司于公司于1996年底推出年底推出的新一代媒体处理芯片（的新一代媒体处理芯片（Media Processor）。它是一款针对实时处理音频、）。它是一款针对实时处理音频、视频、图象和通讯数据流的通用微处理器，视频、图象和通讯数据流的通用微处理器，内部集成了一个极高性能的内部集成了一个极高性能的CPU，一些周，一些周边的边的I/O单元和协处理单元。综合运用内单元和协处理单元。综合运用内嵌嵌DSP（Digital Signal Processing）的方）的方案和通用案和通用CPU的高度可编程特性，使它以的高度可编程特性，使它以极高的性价比实现了高性能的多媒体功能。极高的性价比实现了高性能的多媒体功能。592.Trimedia 设计参考板设计参考板框框图图60 这块这块PCI多媒体板卡以多媒体板卡以Trimedia处处理器为核心，配合以相应的输入输出芯理器为核心，配合以相应的输入输出芯片，组成了一个实时、高效的多媒体系片，组成了一个实时、高效的多媒体系统。它具有统。它具有NTSC/PAL制视频输入端，制视频输入端，与与CCIR601兼容的视频输出，通常两路兼容的视频输出，通常两路的立体声输入和输出，的立体声输入和输出，AC-3 6路中高品路中高品质立体声输出，调制解调器模块以及标质立体声输出，调制解调器模块以及标准的准的PCI接口；另外配合相应的软件，接口；另外配合相应的软件，它还可以完成各种复杂的视频和音频的它还可以完成各种复杂的视频和音频的压缩和解压缩。压缩和解压缩。61三、三、Phenix芯片和芯片和MMX技术技术 将多媒体和通信功能融合到将多媒体和通信功能融合到CPUCPU芯芯片中，融合方案分成两类：片中，融合方案分成两类：一类一类 是多媒体和通信功能为主，是多媒体和通信功能为主，融合融合CPUCPU芯片原有的计算功能；芯片原有的计算功能；另一类另一类 是以通用是以通用CPUCPU计算功能为计算功能为主主,融合多媒体和通信功能。融合多媒体和通信功能。62 多媒体和通信功能集成多媒体和通信功能集成CPUCPU芯芯片内的另一类，是以通用片内的另一类，是以通用CPUCPU计算计算功能为主，融合多媒体和通信功能。功能为主，融合多媒体和通信功能。它们的设计目标是与现有计算它们的设计目标是与现有计算机系列兼容，融合多媒体和通信功机系列兼容，融合多媒体和通信功能，主要用在多媒体计算机中。能，主要用在多媒体计算机中。63两种方案两种方案11 一种方案是采用标量处理器一种方案是采用标量处理器（Scalar Engine）和向量处理器）和向量处理器（Vector Engine）或称阵列处理器）或称阵列处理器（Array Processor）或者是）或者是CPU和和DSP（数字信号处理器（数字信号处理器)相结合的相结合的方法，设计全新结构的方法，设计全新结构的CPU。64两种方案两种方案11 它们的典型产品是它们的典型产品是Motorola公司公司的的Phenix芯片。它是把芯片。它是把Power PC的扩充核（标量处理器的扩充核（标量处理器-Scalar Engine）和向量处理器（）和向量处理器（Vector Engine），集成在一个芯片中称为），集成在一个芯片中称为向量通讯处理器（向量通讯处理器（VECOMP701）。）。65两种方案两种方案22 另另一一种种方方案案是是在在原原有有CPUCPU基基础础上上扩扩充充多多媒媒体体和和通通讯讯的的功功能能，它它们的代表产品：们的代表产品：Sun公司的公司的Ultra SPARC-/Cyrix Multimedia 586 HP公司的公司的MAX-2 Intel公司的公司的MMX技术技术66一一.Motorola公司公司Phenix芯片芯片 Phenix芯片把可扩展的芯片把可扩展的Power PC 的的核作为标量处理器和阵列处理器融合在核作为标量处理器和阵列处理器融合在一起一起,第一代的产品称为向量通信处理器第一代的产品称为向量通信处理器VEComP701。67 VEComP 701由两种类型的由两种类型的微处理器组成：一类是单片微处理器组成：一类是单片32位位RISC标量处理；另一类是标量处理；另一类是32个个16位单指令多数据流（位单指令多数据流（SIMD）并行操作的向量处理器。并行操作的向量处理器。68VEComP701结构框图结构框图69标量引擎标量引擎向量引擎向量引擎外设和系外设和系统接口统接口70VE ComPVE ComP701701详详细细的的原原理理方方框框图图71二二.Intel公司的公司的MMX技术技术 1996年年3月月5日日Intel 公司首公司首先对外公布了先对外公布了MMX技术。技术。721.MMX技术的设计思想技术的设计思想 MMX技术的开发者分析了大量多技术的开发者分析了大量多媒体和通信技术的应用软件，发现虽媒体和通信技术的应用软件，发现虽然它们是不同的应用领域，但在数据然它们是不同的应用领域，但在数据类型和计算方法方面有共性，它们只类型和计算方法方面有共性，它们只有简单的数据类型，定点的矩阵向量有简单的数据类型，定点的矩阵向量运算、局部的循环以及高度的并行性。运算、局部的循环以及高度的并行性。因此采用了因此采用了 SIMD（单指令多数据流）（单指令多数据流）技术来加速。技术来加速。73 另一个设计思想是使另一个设计思想是使MMX技术与技术与现有现有Intel PC机的操作系统和软件全兼机的操作系统和软件全兼容，因此，对容，因此，对MMX的设计不得不加上的设计不得不加上许多限制，所以设计者便用浮点寄存许多限制，所以设计者便用浮点寄存器作为器作为MMX的寄存器组。的寄存器组。742.Intel MMX的核心技术的核心技术特点如下：特点如下：增加了新的数据类型；增加了新的数据类型；扩充了饱和型运算方式；扩充了饱和型运算方式；扩充了扩充了57条新指令；条新指令；与与IA结构的全兼容性。结构的全兼容性。75成组数据类型成组数据类型76此课件下载可自行编辑修改，此课件供参考！此课件下载可自行编辑修改，此课件供参考！部分内容来源于网络，如有侵权请与我联系删除！部分内容来源于网络，如有侵权请与我联系删除！