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消费类电子产品的飞速发展,对嵌入式终端的性能、功耗、灵活性、集成度和成本等同时提出了苛刻的要求。以通用处理器(GPP)为基础的软件解决方案灵活度高但是性能较差,以专用集成电路(ASIC)为代表的硬件解决方案性能足够高,但是研发周期长,灵活性差。可重构技术作为一种新型的时空域上的计算方式,将GPP的可编程性同ASIC的高效性结合起来,填补了通用计算机和专用集成电路之间的空白,逐渐成为学术界和工业界争相研究的热点。
研究证明,可重构技术对典型媒体处理算法具有很好的加速性能。目前对可重构技术的研究都围绕国际标准(如H.264)进行,AVS(Audio Video coding Standard)作为我国自主知识产权的标准,基于可重构技术的实现方案非常少。本论文针对AVS高清视频的实时解码,提出了基于粗粒度可重构多媒体系统Remus(Reconfigumble MultimediaSystem)的创新实现方案。主要内容包括:
1.通过对Remus体系架构的研究和对AVS算法的分析,提出了基于可重构计算系统的AVS解码算法的软硬件划分和并行化方式,并设计了宏块级流水模式。
2.将AVS解码过程中运算密集且规整的算法,IDCT、帧内预测、像素插值和环路滤波等通过一定的方式映射到可重构阵列进行实现,并且在算法映射的过程中对可重构运算阵列的功能和结构进行了必要的调整和修改。
3.系统总流程控制和解码过程中控制密集型的算法由通用处理器ARM7来实现,将GPP的灵活性与可重构处理器的高效性充分结合。
4.对于解码过程中不适于可重构阵列或通用处理器实现的算法熵解码,采用ASIC的方案实现,并合理设计了该模块输出的组织方式。
5.设计了系统的验证方案,通过仿真验证,在200M的工作频率下,实现了1080p的AVS高清视频的实时解码(30帧/秒)。
实践证明,可重构阵列对运算密集且规整的算法尤其是循环运算,具有良好的加速性能。基于可重构处理系统的AVS解码实现方案,比目前市场上存在的ASIC方案具有更好的灵活性,部分算法的加速性能甚至超过ASIC方案。