為了創造一個成功的數字視頻產品，你需要選擇合適的處理器。聽起來簡單，當然，實際上并不簡單。其中的一個大問題是，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型的處理器等。令問題更加復雜的是，數字視頻是一個迅速發展的領域，標準不斷發展和變化。因此，在數字視頻領域，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的。 

   選擇處理器的時候，難免要作一些折衷，但關鍵是要知道，如何選擇處理器，才不至于使產品的成功打折扣。沒有萬金油數字視頻技術被用于從手機到個人錄像機(PVR)的各種產品之中。雖然許多視頻產品具有一些共同的功能，例如，多數使用視頻壓縮算法、對視頻進行壓縮和解壓縮，但它們之間還是有一些顯著的區別。便攜產品最重視的是能耗；而電線驅動的產品一般不關心這個問題。為起居室設計的產品通常比為手持設備設計的產品具有更高的視頻分辨率。總之，一個處理器不能滿足所有各方面的需求。甚至某一類處理器也不能滿足所有的需求。能否成功地選擇合適的處理器，關鍵在于了解有哪些處理器可用，并了解各類處理器的優缺點。各取所需由于有這么多的處理器供你選擇，實際上不可能挨個都看一遍——甚至無法詳細了解各個主要大類，可以采用分級方法：利用對你來說最重要的篩選標準先排除不適合的候選者。

進行初選時普遍采用的標準包括：

* 速度。數字視頻任務，像許多其它類型的信號處理任務一樣，都要求處理器承擔沉重的計算任務。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。

* 價格。雖然芯片價格很重要，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電池壽命。

* 靈活性。有些種類的處理器比其它種類的處理器更加靈活，可以適應未來產品特點的變化，或者允許現場升級，如增加對新壓縮算法的支持。但是，一般來說，處理器靈活性越高，其成本和能源使用效率越低。

* 開發工具質量。處理器是否擁有用于支持信號處理應用(或者更進一步，視頻應用)開發的工具，可能對于開發時間產生重大影響，并進而影響產品上市時間。

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

* 供應商路線圖。供應商的產品路線圖，是否非常符合你的后續產品開發計劃？在你的產品壽命期內，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權出售的――通常被稱為可授權內核，用于制造定制芯片。

   本文所討論的多數處理器種類都既包括封裝式芯片，也包括可授權內核。 我們下面將會介紹，每種處理器都在上述各方面進行著不同的折衷。各類處理器的優勢與劣勢 本文重點介紹數字視頻所普遍采用的六類處理器：固定功能引擎，專用標準產品(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業的和最靈活的產品，我們將討論各類處理器的優劣，并對每類中的一個具體產品進行分析。

   首先談談固定功能引擎。它采用硬布線處理器結構，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，而且經常能夠取得成本效益。 采用固定功能引擎可以簡化系統設計和測試。由于固定功能引擎不可編程，產品開發人員就不必學習編程工具，也不必集成多個軟件模塊。而且他們不需要考慮，處理器所執行的多個任務是否可能以其不希望的方式相互影響，是否會干擾系統的實時特點等問題。 固定功能引擎一般以可授權知識產權(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品增加功能，特別是當產品具有能夠處理需求控制和用戶接口功能的主機處理器的時候。 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。該引擎準備用作協處理器，附屬于一個通用處理器，后者處理一些MPEG-4解碼所需要的要求不太高的子任務。 固定功能硬件的主要缺點是缺乏靈活性。由于它不可編程，產品開發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。這點很令人關切，因為許多視頻應用目前來看仍然不夠成熟，標準和功能變化很快。 因此，固定功能引擎經常被用作專用標準產品的一部分，下面就說一說ASSP。 

   專用標準產品(ASSP)是集成度很高的專用芯片。可以與專用集成電路(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發商。由于開發一種復雜芯片又費錢又耗時，ASSP通常用于已達到大批量的已定型產品，或者預計會有較高的批量的產品。 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業化的芯片。所需要的關鍵算法都已確定：最突出的是MPEG-2視頻壓縮與解壓縮。 雖然Vaddis 5R包含兩個RISC處理器，但它在執行計算量最大的任務時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 (和其它類似的ASSP)也具有固定功能引擎的優缺點：擁有良好的性能和能源效率，但靈活性有限。 靈活性有限，意味著系統設計人員在設計產品時，使其產品與采用同樣ASSP的其它產品容易雷同。它還意味著，系統設計人員高度依賴芯片供應商的路線圖，因為需要新款芯片支持顯著不同的功能。 

   還有一種是主要依賴可編程處理器執行繁重視頻任務的ASSP，為獲得靈活性而犧牲了能源效率和成本效率。這類ASSP通常與視頻解碼器和硬件驅動器等關鍵軟件相捆綁，使系統開發人員不必從事許多低級軟件的開發工作。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發和集成方面花費很大的精力。 媒體處理器在專業化/靈活性方面處于ASSP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的任務進行了優化，不象DSP那樣面向廣泛的信號處理任務進行優化。媒體處理器通常要采用多個處理器，包括一個類似于DSP的主處理引擎、兩個或三個專用協處理器，以及音頻與視頻專用外設。 

   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時具有較高的效率。PNX1500還包含幾個固定功能硬件加速器和專用外設器件，這也是典型的媒體處理器的特點。主處理器內核處理壓縮等復雜的視頻任務，系統設計人員可以對該內核進行編程。 與卓然公司的Vaddis 5R類似， 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不同的處理器，與其它可編程處理器相比，給軟件開發造成極大的困難。例如，為了執行一項特定的視頻任務，一般必須給兩個或更多的處理單元編程，并對它們加以協調。為了幫助彌補這個缺點，媒體處理器供應商經常提供優化的軟件構件庫。 媒體處理器供應商通常強調在開發軟件時使用C或C++，不推薦或支持匯編語言。之所以強調用高級語言開發軟件，是為了使程序員不需面對處理器架構方面的許多復雜問題。但不足之處是，程序員必須依賴編譯器來生成有效代碼，而這不總是現實的。開發人員可能需要投入很大的精力，手工調整其高級語言代碼，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，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(下面將會說到)相比，DSP在處理視頻任務時需要的時鐘速度較低。DSP的關鍵優勢在于其靈活性和強大的應用開發工具。德州儀器(Texas Instruments)的TMS320DM642就是一款專門面向視頻應用的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，廠商開始開發更適合編譯器的DSP。另外，有些DSP供應商和獨立工具供應商在開發編譯器方面投入巨資。因此，DSP編譯器質量大幅提高。但是，要獲得最佳性能，經常需要手工優化匯編程序。好消息是，DSP供應商通常會提供良好的匯編語言編程工具。但架構本身有時比較復雜，使匯編語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開發工具通常提供輔助視頻應用開發商的特點。例如，數據可視化能力在調試視頻處理軟件時非常有用。 

   典型DSP與典型嵌入RISC處理器之間的一個重要區別是，對于操作系統的支持。DSP一般支持少量實時操作系統，但不支持Windows CE之類的“完整功能版”操作系統。因此，許多系統設計利用DSP來負責視頻處理，利用嵌入RISC處理器來運行操作系統和處理其它非視頻任務。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供應商沒有重視各代產品之間的兼容性問題。因此，當產品更新換代的時候，難以重復使用應用軟件。但這種情況正在改變，一些新款DSP開始具有一定的與早期產品兼容的能力。例如，TMS320C64x與它的早期型號TMS320C62x可以二進制兼容。 

   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，擁有很少的或者沒有專用特點。RISC處理器經常在視頻產品中扮演主機處理器的角色，一般與專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的水平。但是目前，時鐘速度越來越快，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。此外，嵌入RISC處理器的并行性越來越高，而且增加了專用視頻特點。雖然像高分辨率視頻壓縮之類的艱巨任務仍然超出了嵌入RISC處理器的能力范圍，但這些處理器越來越多地介入要求不太高的視頻任務。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通過將Wireless MMX擴展在ARM指令集中增加了DSP功能。它的最高時鐘速度是624 MHz，對于嵌入RISC處理器來說是相對較高的速度。與其DSP增強性能相結合，這樣高的時鐘速度使PXA27x可以勝任許多視頻處理任務。 雖然與其它類型的處理器相比，嵌入RISC處理器在處理視頻任務時通常效率較低，但它在應用軟件開發方面具有許多優點。例如，嵌入RISC處理器通常得到完備的軟件開發基礎設施的支持，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發基礎設施，對于視頻處理軟件開發的支持較弱，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品的系統開發商來說，簡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點是多供應商支持，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之類的先進特點往往被一家供應商所獨有。 現場可編程門陣列(FPGA)，在考慮視頻處理器的時候人們可能不會首先想到它，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)專用固定功能模塊。 FPGA經過配置后可以滿足某項應用的需求，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是一個高端FPGA系列，包含專用固定功能模塊，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型，基于FPGA的設計可以輕易升級，以執行新功能或者滿足新標準。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的。例如，FPGA的能源效率通常低于ASIC和ASSP，而且FPGA的價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生吸引力。 FPGA的另外一個弱點是，應用開發工作要比可編程處理器軟件開發困難，而且精于FPGA設計的工程師比軟件開發方面的工程師更少。 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執行操作系統之類的軟件。因此，FPGA往往與一個或多個可編程處理器一同使用。但是，隨著可以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)專門為視頻處理所設計的特點。供應商經常重復利用較舊的、面向PC的架構，增加更多的片上集成來創造專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繁重的視頻處理，所以它們經常與一個專用“視頻”處理器配合使用，后者負責核心的視頻處理任務。

* 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以前進行；一旦投產，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似，但它們能夠在芯片造出來以后根據不同的任務重新配置，因此在運行時可以選擇不同的配置。

* 專用指令處理器(ASIP)。這是為手邊的應用專門設計的處理器。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建自己的ASIP。 

   由于數字視頻是非常熱門的市場，所以未來幾年可能會有更多種類的處理器出現。這些產品可能集中上述處理器的特點。 顯然，沒有一個單獨的處理器或者處理器類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越受歡迎，但固定功能硬件也有一席之地。這是一個如何為自己的賭注采取保險措施的問題，而且你必須考慮所有的解決方案。