依靠视频预/后处理实现更出众的高清多媒体设计

文章摘要：如今，自动化工具已经可以帮助逻辑设计和软件开发人员针对特定的任务来定制处理器，而不需要专门的处理器设计者参与了。由于增加了新的指令和寄存器以及将多条指令合并成单条指令，优化后的定制处理器实现目标算法的性能比通用处理器和DSP要高得多。因此，开发一个视频专用处理器来加速各种视频预/后处理算法就顺理成章了。有很多方法来实现视频算法，这里提到的办法很简单：用C语言来描述算法，在处理器上编译运行并进行性能分析，接下来就可以看到在不同处理器架构上的性能差异了。 表1列出了采用上述方法针对5种不同的视频算法分别在RISC处理器、DSP处理器、针对算法用自动化工具定制的处理器和设计人员手工定制的处理器上运行

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如今，自动化工具已经可以帮助逻辑设计和软件开发人员针对特定的任务来定制处理器，而不需要专门的处理器设计者参与了。由于增加了新的指令和寄存器以及将多条指令合并成单条指令，优化后的定制处理器实现目标算法的性能比通用处理器和DSP要高得多。因此，开发一个视频专用处理器来加速各种视频预/后处理算法就顺理成章了。有很多方法来实现视频算法，这里提到的办法很简单：用C语言来描述算法，在处理器上编译运行并进行性能分析，接下来就可以看到在不同处理器架构上的性能差异了。

表1列出了采用上述方法针对5种不同的视频算法分别在RISC处理器、DSP处理器、针对算法用自动化工具定制的处理器和设计人员手工定制的处理器上运行的结果。这里的RISC处理器是一款基于Tensilica Xtensa架构的RISC核，DSP处理器同样基于Tensilica Xtensa架构，但是增加了包括4路SIMD MAC和DSP专用ALU等一系列DSP扩展指令，能够执行4路或8路SIMD向量操作，该处理器还支持超长指令字功能，每个时钟周期能够发射3条独立的指令，这套扩展指令集被称作Vectra LX指令集。

表1中所列视频处理算法包括：

* 5x5像素2D滤波器：2维滤波器可用于包括图像锐化，模糊化和增加抖动等操作中。

* 5x5像素门限滤波器：门限滤波用黑白二值来表示图像像素，从而使每个像素只占用1bit。滤波结果中不包括灰度信息，用于噪声检测等算法中

* 中值滤波：中值滤波经常用于减小椒盐噪声和高斯噪声的影响。

* 帧采样：简单的图像缩小功能

* 帧求和：该算法用于衡量视频图像不同部位的光强，在降噪、曝光补偿中都有应用，也用于辅助视频压缩。

经过了SIMD/DSP扩展的Xtensa处理器比未扩展版本快很多，大多数视频处理算法的性能都得到了巨大提升，但增加的面积相对来说很小(在TSMC 65LP制程下大约0.4mm²)。

表1中“XPRES”列所示为采用Tensilica自动化工具XPRES定制的处理器执行5种算法的性能。

XPRES对C源代码进行性能分析并自动生成针对相应代码进行优化的处理器扩展指令。自动生成的处理器比扩展了Vectra LX指令集的处理器面积稍小，但在大多数算法的性能上却可以略胜一筹。

表1最后一列所示为手工定制扩展指令和IO接口来加速特定算法的处理器性能。我们可以看到5x5 2D滤波算法的性能比未定制处理器提高了170倍；5x5门限滤波算法的性能提高了225倍；帧求和算法的性能提高了44倍。

表1：视频算法性能结果：RISC处理器、DSP处理器和Tensilica自动化工具XPRES定制的处理器之间的性能比较。

www.88dzw.com视频后处理算法

从标准视频解码器得到的图像并非完美无缺，视频后处理算法可以大大提高图像的质量，提高最终产品的附加值。视频后处理算法包括：

* 解块/解环路滤波器–在视频压缩和解压缩过程中会把图像分成小块，分别进行编码，解码时再把这些块组合成完整的图像。这种操作是有损的，而解块/去振铃滤波器可以降低其对图像造成的影响。

* 边界检测–边界检测算法用于缩放，解交织以及其他一些视频处理操作。除此之外，在安保，视频监视，交通管理和医学图像处理领域也起着重要作用。

* 图像缩放–从挂在墙上的平板电视到拿在手中的移动电话，视频设备的屏幕大小千差万别，这使得编码后的视频流尺寸和播放设备的屏幕尺寸多有不同。图像缩放算法可以调整视频流的尺寸以适应播放设备的屏幕。

* 解交织–视频交织是为了在电视屏幕上显示设计的，每一幅交织视频图像显示为两个连续的画面，每个画面包括了奇数或偶数条状视频线，这样交替的每个画面包含了对应图像的一半视频线。但是在电脑屏幕或液晶电视上显示时，每个画面都需要显示对应图像的所有视频线，这时交织视频在显示前就必须进行解交织处理。

* 帧率转换–在解码后的各帧图像间插值以提高视频帧率的方法可以增强运动图像的平滑度。这种能力对于高端的120fps视频和24fps电影视频的转换都非常重要。

* 噪声滤波–噪声会使视频图像的质量下降。而各种噪声滤波算法可以改善图像质量。

* 视频覆盖/透明效果–许多视频系统都会在播放视频的同时覆盖显示用户界面。

* 色彩空间转换/亮度/对比度/伽马校正–不同的显示设备有不同的动态范围，对颜色的处理也不相同(不同的颜色传输函数)。如果知道相应的参数，就可以选择适当的视频后处理算法。对于液晶显示来说伽马校正非常重要因为每个液晶面板都有独特的传输函数。

图2是四种后处理算法的示例图像：解块和去振铃、边界检测、图像缩放和解交织。

图2: 四种后处理算法示例：解块和去振铃、边界检测、图像缩放和解交织。

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