原创 C2采用1个CPU+3个DSP架构实现网络化多媒体平台

作者：张轶群，EDN China技术编辑  发表时间：2007-07-05

        网络向我们提供日益丰富的内容(包括：文本、图像、视频和音频)，这些内容的表现形式多种多样，仅视频和音频就有几十种格式。传统的ASIC芯片最大缺点是缺乏灵活性和通用性，例如DVD解码芯片通常只支持MPEG-2，MPGE-4和MP3标准，如果要处理更多的格式还需要设计新的芯片，因此ASIC类的芯片不适合网络功能的消费类电子产品应用。X86架构是针对数据处理而设计，可以高效的处理32位或64位整型数字流，但视频数据流的变长数据（不是32位或64位对齐的整型数据）处理和位运算量很大，由此，X86架构不能高效地处理各种媒体应用，而且成本也不适合消费电子产品。

　　像ADI的Blackfin处理器和TI的DaVinci技术(采用ARM+通用DSP架构)都采用可编程DSP SoC芯片，因为通用DSP的体系结构加入长指令，针对乘法累加等运算优化，其效率比X86提高很多。通用DSP架构针对所有数字信号处理，强调  
通用性，应用范围包括医疗、勘测和音/视频。但这种架构并没有专门针对音频、视频进行优化，这导致用于音视频处理的DSP主频通常很高，价格也较贵。那么，是否有一种架构，能够处理所有数字多媒体数据，并且专门针对视频和音频进行优化？专注于通信(Communication)与消费(Consumer)融合的北京希图视鼎科技有限公司(C2 Microsytems)向我们介绍了一种低成本、高性能的可编程平台CC1100，它可满足“网络化娱乐”的要求。该平台从形态上讲是DSP类型的可编程SoC，它是一个完整的编解码器，完全软件可编程性使它适合处理一切音、视频数据。目前C2自己开发了基于CC1100平台的MPEG-2、MPEG-4、H.264、Real Media、Flash和AAC、MP3、AC-3等的编解码算法。

　　结构特点：1个CPU作主控，3个DSP分别为三类关键运算优化

　　CC1100平台(见图1)采用C2公司自主设计的1个CPU＋3个DSP架构，其中CPU是精简指令集计算机（RSIC）CPU，3个DSP分别针对三类计算进行优化。这三类计算分别是：1，运动估计，这是视频处理中最耗费时间的一类计算，块匹配和运动向量搜索都有专有的指令做运算加速；2，熵编码，这也是图像处理中使用频率很高的计算；3，向量处理，图像是二维数据，对于8×8的图像块，一行像素或者一列像素都视作一个向量进行处理，向量之间的运算在图像处理中也非常常用，另外，这部分也可以兼作音频数据的处理。除了CPU本身固化的加减乘除等指令外，C2公司将上述三类运算量最大的计算抽出来固化为指令库，通过CPU调用这些指令库中的指令，可大大提高运算效率。

　　需要特别指出的是，在音频数据处理方面一般采用24位整数DSP处理(例如Blackfin)，而CC1100平台集成了256位的向量处理器，支持浮点处理，可以支持7.1声道解码和添加复杂的音效处理。该平台架构对视频流码率并不敏感：已验证过15Mbps MPEG-2码流和8Mbps MPEG-4码流。CC1100单芯片支持网络接口和USB，SATA等存储接口，适用于公共场所网络监控设备、流媒体电视、时移电视、硬盘媒体播放机、IPTV等数字家庭娱乐设备以及个人娱乐(例如PMP)和汽车娱乐。关于CC1100是否能应用到手机上，C2公司总裁兼执行官刘锦湘指出，虽然手机也可以处理多媒体的需求，但手机和数字家庭娱乐设备对芯片的规格要求还是有差异的，比如手机芯片多集成基带处理器，功耗要求更低。手机应用不是CC1100的设计目标市场。C2的下一代平台CC1200将采用90nm设计，能够支持所有视频格式的高清解码，并且能够支持WinCE和Linux双系统，可以应用在更广泛的行业市场。CC1100芯片目前采用0.15mm工艺设计，在台积电(TSMC)制造流片。

　　经验借鉴：找准软件和硬件实现的结合点

　　CC1100平台最大的特点是实现了一种全新的处理架构，很好地平衡了硬件加速和软件可编程的灵活性。芯片运行在350MHz，视频编解码的性能可以超过700MHz的通用DSP SoC。软件可编程性的优点是使产品保持高度的灵活性、可重用和新产品面世时间短。硬件实现的优点是高性能、低功耗和小尺寸，其中的关键在于采用何种层次的实现，从而达到性能和灵活度的最佳结合。C2公司市场经理刘明璋分析了下一代平台的发展方向：除了降低功耗之外，CC1200平台一个主要的改进是增加一颗ARM CPU，以支持Window CE操作系统，这样原有CPU的处理负担可以减轻很多；另外，CC1200采用90nm工艺制造，而且适于处理高清1080p分辨率的视频应用。