為了創(chuàng )造一個(gè)成功的數字視頻產(chǎn)品，你需要選擇合適的處理器。聽(tīng)起來(lái)簡(jiǎn)單，當然，實(shí)際上并不簡(jiǎn)單。其中的一個(gè)大問(wèn)題是，有太多的處理器款式供你選擇：通用CPU，FPGA，DSP，可配置處理器，固定功能芯片以及其它類(lèi)型的處理器等。令問(wèn)題更加復雜的是，數字視頻是一個(gè)迅速發(fā)展的領(lǐng)域，標準不斷發(fā)展和變化。因此，在數字視頻領(lǐng)域，處理器適應變化的能力比在其它應用中顯得更加重要，但是，這種靈活性通常是以降低效率為代價(jià)的。 

   選擇處理器的時(shí)候，難免要作一些折衷，但關(guān)鍵是要知道，如何選擇處理器，才不至于使產(chǎn)品的成功打折扣。沒(méi)有萬(wàn)金油數字視頻技術(shù)被用于從手機到個(gè)人錄像機(PVR)的各種產(chǎn)品之中。雖然許多視頻產(chǎn)品具有一些共同的功能，例如，多數使用視頻壓縮算法、對視頻進(jìn)行壓縮和解壓縮，但它們之間還是有一些顯著(zhù)的區別。便攜產(chǎn)品最重視的是能耗；而電線(xiàn)驅動(dòng)的產(chǎn)品一般不關(guān)心這個(gè)問(wèn)題。為起居室設計的產(chǎn)品通常比為手持設備設計的產(chǎn)品具有更高的視頻分辨率�？傊�，一個(gè)處理器不能滿(mǎn)足所有各方面的需求。甚至某一類(lèi)處理器也不能滿(mǎn)足所有的需求。能否成功地選擇合適的處理器，關(guān)鍵在于了解有哪些處理器可用，并了解各類(lèi)處理器的優(yōu)缺點(diǎn)。各取所需由于有這么多的處理器供你選擇，實(shí)際上不可能挨個(gè)都看一遍——甚至無(wú)法詳細了解各個(gè)主要大類(lèi)，可以采用分級方法：利用對你來(lái)說(shuō)最重要的篩選標準先排除不適合的候選者。

進(jìn)行初選時(shí)普遍采用的標準包括：

* 速度。數字視頻任務(wù)，像許多其它類(lèi)型的信號處理任務(wù)一樣，都要求處理器承擔沉重的計算任務(wù)。針對目標應用，仔細分析處理器是否具有足夠的速度，最好使用BDTI Video Benchmarks等面向視頻的測試基準。

* 價(jià)格。雖然芯片價(jià)格很重要，但每通道成本或者總體系統成本可能更加重要。

* 能源效率。在多數情況下，評估能源效率比功耗更有意義，因為能源使用情況決定著(zhù)電池壽命。

* 靈活性。有些種類(lèi)的處理器比其它種類(lèi)的處理器更加靈活，可以適應未來(lái)產(chǎn)品特點(diǎn)的變化，或者允許現場(chǎng)升級，如增加對新壓縮算法的支持。但是，一般來(lái)說(shuō)，處理器靈活性越高，其成本和能源使用效率越低。

* 開(kāi)發(fā)工具質(zhì)量。處理器是否擁有用于支持信號處理應用(或者更進(jìn)一步，視頻應用)開(kāi)發(fā)的工具，可能對于開(kāi)發(fā)時(shí)間產(chǎn)生重大影響，并進(jìn)而影響產(chǎn)品上市時(shí)間。

* 與早期處理器型號的兼容性。如果你期望重復使用早期產(chǎn)品所用的軟件，這點(diǎn)通常很重要。

* 供應商路線(xiàn)圖。供應商的產(chǎn)品路線(xiàn)圖，是否非常符合你的后續產(chǎn)品開(kāi)發(fā)計劃？在你的產(chǎn)品壽命期內，處理器能否得到支持或者升級？

* 以芯片或者可授權內核形式銷(xiāo)售。有些處理器是作為封裝好的現成芯片出售的；有些是作為可授權知識產(chǎn)權出售的――通常被稱(chēng)為可授權內核，用于制造定制芯片。

   本文所討論的多數處理器種類(lèi)都既包括封裝式芯片，也包括可授權內核。 我們下面將會(huì )介紹，每種處理器都在上述各方面進(jìn)行著(zhù)不同的折衷。各類(lèi)處理器的優(yōu)勢與劣勢 本文重點(diǎn)介紹數字視頻所普遍采用的六類(lèi)處理器：固定功能引擎，專(zhuān)用標準產(chǎn)品(ASSP)，媒體處理器，DSP，嵌入式RISC處理器和FPGA。這些范圍覆蓋了最專(zhuān)業(yè)的和最靈活的產(chǎn)品，我們將討論各類(lèi)處理器的優(yōu)劣，并對每類(lèi)中的一個(gè)具體產(chǎn)品進(jìn)行分析。

   首先談?wù)劰潭üδ芤�擎。它采用硬布線(xiàn)處理器結構，以獲得最大效率；它們不使用指令流，不可以編程。硬布線(xiàn)邏輯犧牲了靈活性，以換取非凡的處理速度、能源效率，而且經(jīng)常能夠取得成本效益。 采用固定功能引擎可以簡(jiǎn)化系統設計和測試。由于固定功能引擎不可編程，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員就不必學(xué)習編程工具，也不必集成多個(gè)軟件模塊。而且他們不需要考慮，處理器所執行的多個(gè)任務(wù)是否可能以其不希望的方式相互影響，是否會(huì )干擾系統的實(shí)時(shí)特點(diǎn)等問(wèn)題。 固定功能引擎一般以可授權知識產(chǎn)權(IP)的方式提供，以便于集成到定制芯片之中。采用這種形式，固定功能引擎最適合于手機等大批量應用。固定功能引擎有時(shí)也可以芯片的形式提供。固定功能視頻芯片，如MPEG-2解碼器芯片，能夠以較低的成本給現有產(chǎn)品增加功能，特別是當產(chǎn)品具有能夠處理需求控制和用戶(hù)接口功能的主機處理器的時(shí)候。 比如Hantro公司的5150 MPEG-4視頻解碼器，這是以IP形式出售的固定功能引擎的例子。該引擎準備用作協(xié)處理器，附屬于一個(gè)通用處理器，后者處理一些MPEG-4解碼所需要的要求不太高的子任務(wù)。 固定功能硬件的主要缺點(diǎn)是缺乏靈活性。由于它不可編程，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員就不能很容易地修改固定功能硬件，使其支持新標準或者不同的功能。這點(diǎn)很令人關(guān)切，因為許多視頻應用目前來(lái)看仍然不夠成熟，標準和功能變化很快。 因此，固定功能引擎經(jīng)常被用作專(zhuān)用標準產(chǎn)品的一部分，下面就說(shuō)一說(shuō)ASSP。 

   專(zhuān)用標準產(chǎn)品(ASSP)是集成度很高的專(zhuān)用芯片�？梢耘c專(zhuān)用集成電路(ASIC)作一番比較。ASIC是由系統公司設計的，并用于它們自己的產(chǎn)品之中。而ASSP是由芯片公司設計的，作為現成的芯片提供給多家系統開(kāi)發(fā)商。由于開(kāi)發(fā)一種復雜芯片又費錢(qián)又耗時(shí)，ASSP通常用于已達到大批量的已定型產(chǎn)品，或者預計會(huì )有較高的批量的產(chǎn)品。 比如卓然公司的Vaddis 5R，是面向DVD錄像機中音頻和視頻處理的高度專(zhuān)業(yè)化的芯片。所需要的關(guān)鍵算法都已確定：最突出的是MPEG-2視頻壓縮與解壓縮。 雖然Vaddis 5R包含兩個(gè)RISC處理器，但它在執行計算量最大的任務(wù)時(shí)使用固定功能硬件加速器，如MPEG-2視頻解碼和彩色空間轉換。出于上述原因，Vaddis 5R (和其它類(lèi)似的ASSP)也具有固定功能引擎的優(yōu)缺點(diǎn)：擁有良好的性能和能源效率，但靈活性有限。 靈活性有限，意味著(zhù)系統設計人員在設計產(chǎn)品時(shí)，使其產(chǎn)品與采用同樣ASSP的其它產(chǎn)品容易雷同。它還意味著(zhù)，系統設計人員高度依賴(lài)芯片供應商的路線(xiàn)圖，因為需要新款芯片支持顯著(zhù)不同的功能。 

   還有一種是主要依賴(lài)可編程處理器執行繁重視頻任務(wù)的ASSP，為獲得靈活性而犧牲了能源效率和成本效率。這類(lèi)ASSP通常與視頻解碼器和硬件驅動(dòng)器等關(guān)鍵軟件相捆綁，使系統開(kāi)發(fā)人員不必從事許多低級軟件的開(kāi)發(fā)工作。但是，與采用基于固定功能硬件的ASSP相比，仍可能需要在軟件開(kāi)發(fā)和集成方面花費很大的精力。 媒體處理器在專(zhuān)業(yè)化/靈活性方面處于A(yíng)SSP與數字信號處理器(DSP)之間。媒體處理器針對與音頻和視頻處理相關(guān)的任務(wù)進(jìn)行了優(yōu)化，不象DSP那樣面向廣泛的信號處理任務(wù)進(jìn)行優(yōu)化。媒體處理器通常要采用多個(gè)處理器，包括一個(gè)類(lèi)似于DSP的主處理引擎、兩個(gè)或三個(gè)專(zhuān)用協(xié)處理器，以及音頻與視頻專(zhuān)用外設。 

   飛利浦的PNX1500就是一款媒體處理器。像典型的媒體處理器一樣，PNX1500基于一個(gè)功能強大的、高度并行的處理器內核，該內核在執行視頻處理任務(wù)時(shí)具有較高的效率。PNX1500還包含幾個(gè)固定功能硬件加速器和專(zhuān)用外設器件，這也是典型的媒體處理器的特點(diǎn)。主處理器內核處理壓縮等復雜的視頻任務(wù)，系統設計人員可以對該內核進(jìn)行編程。 與卓然公司的Vaddis 5R類(lèi)似， PNX1500非常適合于MPEG-2解碼。但與卓然的ASSP不同的是，PNX1500具有足夠的靈活性，可以與H.264等其它視頻壓縮標準一同使用。當然，這種靈活性也是有代價(jià)的：與固定功能硬件相比，軟件視頻解碼器的能源與成本效率通常較低。由于媒體處理器采用多個(gè)不同的處理器，與其它可編程處理器相比，給軟件開(kāi)發(fā)造成極大的困難。例如，為了執行一項特定的視頻任務(wù)，一般必須給兩個(gè)或更多的處理單元編程，并對它們加以協(xié)調。為了幫助彌補這個(gè)缺點(diǎn)，媒體處理器供應商經(jīng)常提供優(yōu)化的軟件構件庫。 媒體處理器供應商通常強調在開(kāi)發(fā)軟件時(shí)使用C或C++，不推薦或支持匯編語(yǔ)言。之所以強調用高級語(yǔ)言開(kāi)發(fā)軟件，是為了使程序員不需面對處理器架構方面的許多復雜問(wèn)題。但不足之處是，程序員必須依賴(lài)編譯器來(lái)生成有效代碼，而這不總是現實(shí)的。開(kāi)發(fā)人員可能需要投入很大的精力，手工調整其高級語(yǔ)言代碼，以獲得最佳性能。

   數字信號處理器(DSP)是為一系列信號處理應用所設計。與媒體處理器相比，DSP所采用的規格不太偏重于視頻處理，而且并行性較低。為了彌補并行性較低的弱點(diǎn)，在給定的應用中，DSP的指令執行速度通常必須高于媒體處理器。較高的指令速度可能導致系統設計復雜化，并增加能耗。另一方面，與嵌入RISC處理器(下面將會(huì )說(shuō)到)相比，DSP在處理視頻任務(wù)時(shí)需要的時(shí)鐘速度較低。DSP的關(guān)鍵優(yōu)勢在于其靈活性和強大的應用開(kāi)發(fā)工具。德州儀器(Texas Instruments)的TMS320DM642就是一款專(zhuān)門(mén)面向視頻應用的DSP。 從歷史上看，DSP一直不適合于利用編譯器編譯，而且DSP編譯器效率不高。但最近幾年形成了一種趨勢，廠(chǎng)商開(kāi)始開(kāi)發(fā)更適合編譯器的DSP。另外，有些DSP供應商和獨立工具供應商在開(kāi)發(fā)編譯器方面投入巨資。因此，DSP編譯器質(zhì)量大幅提高。但是，要獲得最佳性能，經(jīng)常需要手工優(yōu)化匯編程序。好消息是，DSP供應商通常會(huì )提供良好的匯編語(yǔ)言編程工具。但架構本身有時(shí)比較復雜，使匯編語(yǔ)言編程工作具有挑戰性。由于視頻應用是DSP的重要目標，所以DSP開(kāi)發(fā)工具通常提供輔助視頻應用開(kāi)發(fā)商的特點(diǎn)。例如，數據可視化能力在調試視頻處理軟件時(shí)非常有用。 

   典型DSP與典型嵌入RISC處理器之間的一個(gè)重要區別是，對于操作系統的支持。DSP一般支持少量實(shí)時(shí)操作系統，但不支持Windows CE之類(lèi)的“完整功能版”操作系統。因此，許多系統設計利用DSP來(lái)負責視頻處理，利用嵌入RISC處理器來(lái)運行操作系統和處理其它非視頻任務(wù)。但是最近，有些DSP供應商已使其處理器能夠運行Linux等高級操作系統。 歷史上，DSP供應商沒(méi)有重視各代產(chǎn)品之間的兼容性問(wèn)題。因此，當產(chǎn)品更新?lián)Q代的時(shí)候，難以重復使用應用軟件。但這種情況正在改變，一些新款DSP開(kāi)始具有一定的與早期產(chǎn)品兼容的能力。例如，TMS320C64x與它的早期型號TMS320C62x可以二進(jìn)制兼容。 

   嵌入RISC處理器被廣泛用于嵌入應用。歷史上，它們一直是通用處理器，擁有很少的或者沒(méi)有專(zhuān)用特點(diǎn)。RISC處理器經(jīng)常在視頻產(chǎn)品中扮演主機處理器的角色，一般與專(zhuān)用視頻處理器一起工作。 直到最近，RISC處理器的速度才提高到能夠處理非常低端視頻處理任務(wù)的水平。但是目前，時(shí)鐘速度越來(lái)越快，正在使嵌入RISC處理器能夠勝任要求更嚴格的數字視頻任務(wù)。此外，嵌入RISC處理器的并行性越來(lái)越高，而且增加了專(zhuān)用視頻特點(diǎn)。雖然像高分辨率視頻壓縮之類(lèi)的艱巨任務(wù)仍然超出了嵌入RISC處理器的能力范圍，但這些處理器越來(lái)越多地介入要求不太高的視頻任務(wù)。英特爾的XScale PXA27x就是一款嵌入RISC處理器的例子。 PXA27x基于英特爾的Xscale內核，而該內核本身則基于流行的ARM v5TE指令集。PXA27x通過(guò)將Wireless MMX擴展在A(yíng)RM指令集中增加了DSP功能。它的最高時(shí)鐘速度是624 MHz，對于嵌入RISC處理器來(lái)說(shuō)是相對較高的速度。與其DSP增強性能相結合，這樣高的時(shí)鐘速度使PXA27x可以勝任許多視頻處理任務(wù)。 雖然與其它類(lèi)型的處理器相比，嵌入RISC處理器在處理視頻任務(wù)時(shí)通常效率較低，但它在應用軟件開(kāi)發(fā)方面具有許多優(yōu)點(diǎn)。例如，嵌入RISC處理器通常得到完備的軟件開(kāi)發(fā)基礎設施的支持，以及大量程序員的青睞。而且嵌入RISC處理器一般比本文討論的其它處理器更容易編程。不足之處是，嵌入RISC處理器的工具軟件和軟件開(kāi)發(fā)基礎設施，對于視頻處理軟件開(kāi)發(fā)的支持較弱，不如本文所介紹的許多其它處理器。 

   嵌入RISC架構的路線(xiàn)圖通常比本文提及的其它處理器清晰，對于需要規劃多代產(chǎn)品的系統開(kāi)發(fā)商來(lái)說(shuō)，簡(jiǎn)化了它們的計劃工作。此外，這些處理器幾乎總是保留后向兼容能力。許多RISC處理器架構的另一項優(yōu)點(diǎn)是多供應商支持，也即多家供應商提供基于同樣內核架構的芯片。不幸的是，Wireless MMX之類(lèi)的先進(jìn)特點(diǎn)往往被一家供應商所獨有。 現場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)，在考慮視頻處理器的時(shí)候人們可能不會(huì )首先想到它，但它們的靈活性和高并行性(因此，可能具有高速度)可能非常適合于艱巨的視頻處理應用。 FPGA包含一批可重新配置的邏輯模塊、可編程互連資源、I/O模塊和(在某些情況下)專(zhuān)用固定功能模塊。 FPGA經(jīng)過(guò)配置后可以滿(mǎn)足某項應用的需求，而且可以提供強大的計算能力和內存帶寬，如Altera公司的Stratix-II。Stratix-II是一個(gè)高端FPGA系列，包含專(zhuān)用固定功能模塊，如乘法器、PLL和內存模塊——這些都能夠增強其在視頻處理算法方面的性能。 FPGA是靈活性最高的處理器類(lèi)型，基于FPGA的設計可以輕易升級，以執行新功能或者滿(mǎn)足新標準。但不幸的是，這種靈活性是以犧牲能源效率和成本效率為代價(jià)的。例如，FPGA的能源效率通常低于A(yíng)SIC和ASSP，而且FPGA的價(jià)格可能高達數百甚至數千美元。但是，FPGA供應商最近推出了成本效益更高的器件，使其對于更多的應用產(chǎn)生吸引力。 FPGA的另外一個(gè)弱點(diǎn)是，應用開(kāi)發(fā)工作要比可編程處理器軟件開(kāi)發(fā)困難，而且精于FPGA設計的工程師比軟件開(kāi)發(fā)方面的工程師更少。 雖然FPGA可能很適合視頻算法，但通常仍然需要采用可編程處理器來(lái)執行操作系統之類(lèi)的軟件。因此，FPGA往往與一個(gè)或多個(gè)可編程處理器一同使用。但是，隨著(zhù)可以FPGA內部使用的“軟”處理器內核的出現，如Altera公司的Nios II和賽靈思的MicroBlaze (都是32位RISC處理器內核)，現在可以把指令集處理器集成到FPGA之中。

   其它類(lèi)處理器除了上述介紹的六種處理器以外，至少還有四種處理器可能適用于一些數字視頻應用。包括：

* 嵌入式PC處理器通用處理器，只擁有很少(如果有的話(huà))專(zhuān)門(mén)為視頻處理所設計的特點(diǎn)。供應商經(jīng)常重復利用較舊的、面向PC的架構，增加更多的片上集成來(lái)創(chuàng )造專(zhuān)為嵌入應用所設計的處理器。這些嵌入PC處理器一般不適合于任務(wù)繁重的視頻處理，所以它們經(jīng)常與一個(gè)專(zhuān)用“視頻”處理器配合使用，后者負責核心的視頻處理任務(wù)。

* 可配置處理器。是一種可授權的處理器內核，得到授權者可以對其改造，用于定制芯片之中。定制化工作在芯片投產(chǎn)以前進(jìn)行；一旦投產(chǎn)，處理器硬件就定型了。

* 可重新配置處理器與可配置處理器類(lèi)似，但它們能夠在芯片造出來(lái)以后根據不同的任務(wù)重新配置，因此在運行時(shí)可以選擇不同的配置。

* 專(zhuān)用指令處理器(ASIP)。這是為手邊的應用專(zhuān)門(mén)設計的處理器。ASIP不是以封裝式處理器或者可授權處理器內核的形式出售，而是供應商提供工具，使芯片設計人員能夠創(chuàng )建自己的ASIP。 

   由于數字視頻是非常熱門(mén)的市場(chǎng)，所以未來(lái)幾年可能會(huì )有更多種類(lèi)的處理器出現。這些產(chǎn)品可能集中上述處理器的特點(diǎn)。 顯然，沒(méi)有一個(gè)單獨的處理器或者處理器類(lèi)型最適合于所有的數字視頻應用。具有一定靈活性的處理器越來(lái)越受歡迎，但固定功能硬件也有一席之地。這是一個(gè)如何為自己的賭注采取保險措施的問(wèn)題，而且你必須考慮所有的解決方案。