嵌入式处理器中多媒体加速单元的研究

• 作 者: 刘晓东
• 机 构: 浙江大学
• 出 处: 浙江大学
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 多媒体加速单元 复杂媒体运算 SIMD技术 乱序执行 去隔行 运动检测 维纳滤波 运动自适应

在嵌入式移动设备中应用多媒体技术,需要同时考虑性能、成本、功耗以及灵活性等诸多方面的因素,带有媒体扩展单元的嵌入式处理器作为其中一种较为平衡的解决方案,得到了广泛的关注与研究。本论文以此为背景,在研究多种媒体运算以及典型扩展指令集的基础上,对嵌入式处理器中的媒体加速单元进行设计并实现一种新型去隔行算法,现将本论文的主要研究工作与创新点归纳如下：1.对多种媒体运算与扩展指令集的研究。论文针对多媒体应用中两大重要的技术——音视频编解码和后处理技术进行展开,分别对MPEG2、MPEG4、H.264和图像缩放、视频去隔行、帧频提升进行算法研究、运算提取以及实验分析,同时借鉴主流的多媒体扩展指令集,结合现有处理器和指令集的特点,根据Amdah1定律等影响处理器性能的因素,对媒体扩展指令集进行设计,本文重点对SIMD加减、乘法及其相关的SAD、乘累加指令进行研究。2.多媒体加速单元的设计。在综合考虑已有处理器机制的基础上,多媒体加速单元整体采用乱序执行和流水线平衡划分的策略。通过采用成熟的乘法器IP,提升了设计的可靠性；通过将高位宽乘法运算分解为并行的低位宽乘法运算,缩短了组合逻辑的延时；通过内部的重排序机制,保证了精确的中断和异常处理；通过门控时钟和操作数隔离的技术,有效控制了功耗。3.去隔行的多媒体应用研究。本文提出了一种新型的基于运动分类的自适应去隔行算法,创新性地引入了运动等级分类、维纳中值滤波以及三重中值滤波,仿真实验表明,算法具有一定的先进性。同时,采用媒体处理器加以实现,将其中复杂的运算与媒体指令集进行映射,并将其处理结果与算法仿真结果进行对比分析。