多媒體系統(tǒng)芯片的應用與技術(shù)架構(gòu)─以MPEG-4為例
多媒體系統(tǒng)在信息傳播與記錄上的應用已日趨普遍,且成為信息傳播的主流。在多媒體的傳輸當中,視頻占了很大的比重。由于視頻數(shù)據(jù)量十分龐大,在實際的儲存與傳輸上都有困難,因此已有許多壓縮標準被制訂出來。如：應用在VCD的產(chǎn)業(yè)上,成為VCD標準的MPEG-1;應用在DVD和HDTV上,現(xiàn)有的DVD也已經(jīng)成功應用的MPEG-2;應用在ISDN上的H.261;與應用在GSTN上的H.263和H.263+等等。其中,國際標準組織(ISO)于1998年底完成制訂了一個新的視頻壓縮標準,也就是MPEG-4。在這個標準之下,包含了許多新的功能,目的就是為了支持在新的傳輸環(huán)境下,有更好的視頻影像傳輸效果及更加生動的功能,而相對的,MPEG-4的復雜度也較以往的其它標準為高。因此,我們就以MPEG-4為例,介紹一個多媒體系統(tǒng)芯片的應用以及技術(shù)架構(gòu)。
運算量分析
在過去,許多視頻標準在各種軟件與硬件的平臺上能夠有效的實現(xiàn),是基于運算資源能否有效利用與整合分配。因此,需要對MPEG-4算法做詳盡完整的運算特性與復雜度分析。基于這些分析,才能對運算資源做有效規(guī)劃,以取得最佳的設計取舍,并決定后續(xù)實現(xiàn)的方式。
表1及表2為現(xiàn)有對MPEG-4 Core Profile Level 2這樣的規(guī)格之下,MPEG-4所需要的運算資源,這些運算資源包含有數(shù)據(jù)處理運算(Data Processing)與內(nèi)存存取量(Data Transfer)。首先,可看出MPEG-4編碼的運算遠遠大于解碼的運算,且在實時的應用下,以現(xiàn)今常見的高階運算處理器也很難提供如此巨額的運算需求。此外,在編碼算法中,最主要的運算就是全搜尋法移動估計運算(Full Search MotionEstimation, ME)以及二元形狀編碼法運算(Shape Coding),占去整個視頻編碼運算約百分之九十的運算負載。其中二元形狀編碼是在MPEG-4中特有的運算。而其它的部份如以MB為基本單位的移動補償(Motion Compensation, MC)、以Block為基本單位的離散余弦轉(zhuǎn)換(Discrete Cosine Transform, DCT)、以Bit為基本單位不定長度編碼(Variable Length Coding, VLC)等,所占的運算量都不大。表
