引言
最近几年，多媒体处理，特别是 视频 和 音频 编解码以及数码照相机已经成为 手机 的常见功能。然而，正当手机对功能需求日益增长的时候，手机生产厂商和OEM设备制造商却面临着不断减少器件数量和降低物料(BOM)成本同时满足严格低功耗要求的压力。他们必须解决这些问题，同时支持在多种网络上运行的各种通信标准。
传统手机芯片组是以DBB(数字基带)芯片为中心，通常包含微控制器(MCU)和数字信号处理器(DSP)。在多媒体功能应用在手机之前，MCU的基本作用是完成以下两个主要功能：一个是运行通信协议物理层的控制码(也称为第1层)；另一个是控制通信协议栈的上层软件(第2或第3层)，包括表示层或人机界面(MMI)。DSP的基本作用是完成物理层大量的数学计算功能，包括信道均衡、信道编解码以及电话语音编解码。
&nbs p; 随着多媒体功能的日益增加，增加手机功能的方法之一是提高DBB中的集成度。新一代基带处理器是一种高度复杂的系统芯片(SoC)，它不仅支持几种通信标准，而且提供多媒体功能以及用于多媒体显示器、图像传感器和音频设备相关的接口。
完全可编程的软件定义无线电(SDR)对手机设计工程师来说非常有吸引力。SDR的最终目标是使无线手机能够支持多种手持设备功能(例如，电话、个人数字助理、智能手机和许多其他设备)，并且实时改变个性化无线电通信，同时确保服务质量(QoS)。有人认为大范围推广软件无线电所面临的所有因素对于手机都很关键：多功能(相同设备上增加其他服务)、全球移动性、小封装和低功耗、容易生产以及容易升级。
新一代手机对SDR的需求更加明显，要求支持三套不同的标准：无线标准、多媒体标准和连接标准。例如，GSM和GPRS通信模块必须与FDD WCDMA调制解调模块共存在一部多模手机上，手机还也必须能够实现 MPEG 4视频编解码和MP3编解码，还要支持IEEE 802.11无线局域网和蓝牙标准。AD6900 DBB是一种支持未来SDR多标准和多媒体手机终端的平台，可满足新一代手机对各种功能的要求。
AD6900系统结构
AD6900是低功耗无线数字基带芯片，高级电源管理系统满足了GSM、GPRS和EDGE终端的严格要求，还支持对计算量要求很大的多媒体功能。AD6900集成了Blackfin DSP处理器、ARM926EJ-S处理器、片内大容量RAM，以及外设扩展接口。AD6900包含支持专用数码相机、USB OTG、多媒体卡(MMC)、SD卡、IrDA红外端口、拇指轮、彩色显示器以及串行接口设备(例如蓝牙、WiLAN和A-GPS模块)的集成接口，结构框图如图1所示。
图1 AD6900结构框图
图1中的右上方是Blackfin处理器子系统，它由Blackfin处理器内核、L1代码存储器和数据存储器(可配置为高速缓存或SRAM)、统一的L2存储器、DSPDMA作为Blackfin DMA控制器，以及用于采集和处理GSM数据的DSP外设。Blackfin处理器子系统与系统总线接口单元(SBIU)交叉开关相连接。
图1右下方是ARM926-S微控制器子系统，它由ARM微控制器内核、高速缓存和紧密耦合内存(TCM)组成。系统中第三片片内内存称为系统RAM(L3存储器)，Blackfin处理器和ARM微控制器都可访问它。连接外部设备的通用外设部分称为外设总线(PBUS)，它主要用于控制大多数外部设备，模拟基带(ABB)处理器和RF收发系统。
多媒体连接功能，即用于显示器和捕获设备的接口，由专用APBUS子系统支持。它由并行外围接口(PPI)控制器(支持10bit数码相机传感器或视频输入接口(包括ITU-656和ITU-601数字视频))和专用外部总线接口(支持并行液晶显示器，称为EBUS2)组成，消除了主要外部存储器接口中的噪声和负载。多媒体接口设备的数据搬移由称作APPDMA的多通道DMA控制器支持，它支持包括YUV4:2:2、YUV4:2:0和RGB565等其他格式的视频格式。
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AD6900是基于分级存储器系统。从Blackfin处理器角度来看，L1缓存器提供有限容量的快速零等待存储能力。由于Blackfin处理器的时钟频率很高，所以L1存储器也十分昂贵，采用小容量的快速存储器才是经济上切实可行的方案。较低级别的存储器可提供较大的储存容量，但需要更长的访问时间。对ARM处理器来说也是一样，在处理器中具有容量相当小的快速L1高速缓存存储器。
存储器系统由以下几部分组成。 L1 DSP存储器：DSP内核工作在260MHz频率时的高速缓存和SRAM，包括80KB指令存储器和32KB数据存储器。 L1 ARM存储器：ARM内核工作在260MHz频率时的高速缓存和SRAM，包括20KB指令存储器和16KB数据存储器。 L2 存储器：以一半的DSP内核频率(1 30MHz)工作的64KB流水线SRAM，主要用来存储DSP数据和指令。 L3存储器：以几分之一DSP内核频率工作的256KB存储器，也称作系统RAM。 L4存储器：大容量片外存储器，包括SRAM、PSRAM(蜂窝RAM)、SDRAM、NOR以及NAND闪存。
AD6900的 视频 编解码
AD6900系统的对称性允许DSP和ARM内核都能够访问外围设备和存储器，在实现视频、 音频 和语音编解码时具有很大的灵活性。 手机 制造商可能只选择其中一个内核来实现编解码，这取决于系统的不同要求，例如指令执行性能、代码可用性和负载平衡。通常，由于DSP优化了数据路径并且具有数字计算能力，所以用DSP实现视频和音频编解码比用ARM内核实现具有更好的性能。在某些情况下，系统设计工程师可能希望使用ARM内核完成这项工作，这时代码在ARM内核中运行，或是在要求平衡DSP和ARM工作负载的计算中使用ARM内核。
为了将多媒体系统和通信模块集成在同一DBB中，多媒体系统必须具有另一个功能，即从L1指令和数据高速缓存中执行程序。视频和音频编解码占用尽可能少的DMA和系统资源是非常重要的，这样可以避免引起对通信模块的意外影响。与以前基于DMA的旧方法相比，现代DBB中的软件对高速缓存使用进行了扩展。
衡量视频编解码的复杂性
在无线DBB上支持视频编解码，会大大增加处理模块的计算量。调制解调、语音和视频模块都是基于数据流的算法，也就是说它们处理输入数据流并且产生输出数据流。然而，通常视频编解码所处理的数据量(相对数据的计算量)要比语音编解码或典型调制解调模块的数据量大许多倍。
以典型的电话语音编码器为例，其处理160个16bit的采样帧，产生80～130个输出bit。通常，优化的AMR编码器处理一帧的时间是250 000个处理器时钟周期(用Blackfin处理器来度量)。因此，每个输入语音采样大约需要1500个DSP处理器时钟周期，或者每个输入数据字节需要750个时钟周期。用类似的方法，EDGE均衡器的主要组件可输入122个16bit的采样帧，通常用大约100 000个DSP时钟周期完成数据处理，或者每个输入字节400个时钟周期。
相反，以QCIF分辨率尺寸的视频解码器为例，其每帧具有25 344个像素，通常每帧执行1 000 000个DSP时钟周期。这相当于每个输出字节需要26个时钟周期(假设采用YUV4:2:0视频格式，每像素1.5字节编码)，这种视频解码器要求输入的数据是EDGE数据均衡器的15倍多，并且几乎是比语音编解码器多6倍的数据。这意味着实现视频编解码器的主要难题与系统中需要输入的大量数据的数量有关。每个数据的计算量比手机中任何其他算法低很多。
为了支持这种大量数据移动的要求，AD6900具有专用子系统APBUS，以及用于PSRAM和SDRAM的快速外部存储器接口。视频编解码器不仅需要非常宽的数据带宽，而且还需要大容量的存储器来存储大量的图像数据结构，这称为帧缓存。在AD6900中，帧缓存可配置在外部的PSRAM或SDRAM存储器中。
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系统划分
AD6900具有处理完成QVGA图像格式 视频 解码和编码能力。由于视频编解码需要相当大容量的存储空间，所以将所有的存储对象放在最佳的物理存储器中对于编解码器的性能是非常重要的，因为必须使数据流量要求与系统接口和总线之间的可用带宽保持平衡。在很大程度上，视频编解码器的时钟性能是由传输像素数据接口的速度决定的。如图1所示，可用的物理存储器是L1(DSP和ARM)、L2(DSP)、L3(系统RAM)和L4(片外存储器，包括SRAM、PSRAM、SFDRAM和只读存储器)存储器。AD6900最重要的系统接口是外部总线接口，也称为EBUS。这是一个支持所有外部存储器设备的接口。液晶显示器是由称为EBUS2的单独外部接口支持，摄像头是由专用的PPI接口支持，这 两个接口都属于APPBUS。
视频编解码器需要的存储器可以划分为以下几个分区:帧缓存器区、堆区、程序区、常量区和堆栈区。到目前为之，帧缓存器是最大的内存对象区，它能存储编码器和解码器所需要的帧。视频编解码器基于以下两个原则：帧内冗余和帧间冗余。帧间冗余仅使用帧N的不同部分像素来压缩帧N。帧间冗余使用每帧内的像素而不是帧N中的部分像素来压缩帧N，由于这个原因，视频编解码器需要过去(在某些情况下需要未来)帧的拷贝。 MPEG 4-SP简单类解码器在1/4VGA(QVGA)分辨率时需要两个帧缓存器，每个帧缓存器容量为110KB，总共为220KB。堆区包含多种类型的临时存储器，容量为80KB，程序区大约是150KB，常量区是另外30KB，堆栈区大小是2KB。
