Procesor TriMedia TM-1300 firmy Philips należy do grupy tzw. programowalnych media procesorów i stanowi rozwinięcie poprzednich układów z rodziny TriMedia: TM-1100 i TM-1000. „Sercem” układu TriMedia TM-1300 jest procesor główny DSPCPU pracujący z częstotliwością 143 MHz. Procesor ten łączy w sobie cechy procesorów sygnałowych DSP i uniwersalnych jednostek centralnych. Co to oznacza w praktyce? W przeciwieństwie do układów multimedialnych realizujących tylko kilka wybranych funkcji (np. kompresję lub dekodowanie wideo w określonym formacie), procesor TriMedia może realizować dowolny algorytm narzucony przez autorów oprogramowania. A zatem zakres jego zastosowań jest ograniczony wyłącznie inwencją programistów, którzy mają teraz do dyspozycji dwa procesory: główny procesor komputera PC i wyspecjalizowany media procesor TM-1300.

Uniwersalność procesora multimedialnego idzie w parze z jego bardzo dużą wydajnością. Jednostka centralna, zbudowana w architekturze VLIW (ang. very long instruction word, bardzo długie słowo rozkazu) może wykonywać nawet 6,5 miliarda operacji na sekundę, co czyni ją idealnym narzędziem do zastosowań wymagających przetwarzania w czasie rzeczywistym sygnałów: audio, wideo, grafiki komputerowej oraz strumieni komunikacyjnych,  np. obsługi analogowych i cyfrowych modemów. Do procesora można przyłączyć pamięć SDRAM o wielkości do 16Mbitów z magistralą pracującą – uwaga! – z maksymalną szybkością 143MHz.  Szybkości takiej nie powstydziłaby się żadna płyta główna komputera PC, jako że dominującą obecnie szybkością jest wciąż 100MHz, a najszybszą osiągalną – 133MHz .

Układ TriMedia TM-1300, oprócz programowalnej jednostki centralnej, zawiera szereg wyspecjalizowanych modułów wspomagających, takich jak wejście i wyjście wideo, audio, interfejs urządzeń peryferyjnych, a także koprocesory graficzne, który wspomagają jednostkę centralną w typowych operacjach, takich jak kopiowanie i skalowanie fragmentów obrazu, czy dekompresja obrazu.

Dzięki swojej architekturze układ TM-1300 stwarza niemal nieograniczone możliwości wszędzie tam, gdzie wymagane jest równoczesne przetwarzanie kilku rodzajów strumieni multimedialnych. Strumieniem takim może być np. sygnał wideo i/lub audio z kamery, magnetowidu lub z odtwarzacza DVD. Strumienie, dzięki olbrzymiej mocy obliczeniowej procesora i wsparciu wyspecjalizowanych modułów, mogą być w czasie rzeczywistym poddane dowolnym procesom, takim jak  kompresja, dekompresja, filtracja, przekształcenia i to w wielu formatach wideo i audio!

TM-1300 znajduje zastosowanie w rozmaitych aplikacjach multimedialnych, jak np. wideokonferencje, edycja wideo, wizyjne systemy zabezpieczeń, ochrona obiektów, analiza obrazu w przemyśle, czy  też  w urządzeniach wielofunkcyjnych, jak np. cyfrowe odbiorniki TV i urządzenia SetTopBox. Oczywiście układ TriMedia TM-1300 może być także wykorzystany do skonstruowania karty rozszerzeń komputera PC, który – tak „uzbrojony” – staje się prawdziwym centrum multimedialnym.

Cechy Media Procesora TriMedia TM-1300

  • Przetwarzanie  sygnałów audio, wideo i kanałów komunikacyjnych  w jednym układzie scalonym.

  • Idealny jako procesor główny dla aplikacji multimedialnych.

  • Wbudowany procesor DSPCPU o architekturze typu VLIW  z zegarem 143 MHz, idealnie przystosowany do przetwarzania  równoległego, osiągający moc obliczeniową do 6,5 BOPS.

  • Uniwersalny zestaw rozkazów typowych dla tradycyjnego   mikroprocesora,  specjalny zestaw rozkazów multimedialnych  SIMD i rozkazów matematycznych.

  • Niezależne kanały DMA dla portów multimedialnych , koprocesorów  i procesora głównego DSPCPU.

  • Magistrala PCI /XIO.

  • 16 Mbit SDRAM  z zegarem do 143 MHz.

  • Koprocesor wspomagający przetwarzanie obrazów.

  • Koprocesor VLD wspomagający proces dekompresji /kompresji obrazu.

          Spróbujemy przedstawić niektóre zastosowań komputera PC wyposażonego w kartę z układem TriMedia TM-1300. Następnie, z myślą o wszystkich zainteresowanych szczegółami technicznymi, nieco szerzej opiszemy elementy architektury układu, o których mowa była we wstępie.

 

Pierwszym zastosowaniem naszego centrum multimedialnego jest rejestracja na twardym dysku standardowych analogowych sygnałów wideo i audio, np. w postaci plików AVI.  Pliki rejestrowane w takim systemie są przed zapisaniem na twardym dysku kompresowane przez układ TM-1300. Co szczególnie istotne, kompresja może odbywać się w dowolnym formacie np. JPEG, MPEG, Wavelet czy DV!.

Żaden z dostępnych obecnie systemów do montażu nieliniowego czy rejestracji sygnałów wideo nie może się poszczycić taką uniwersalnością i bogactwem możliwości, a to dlatego, że algorytm kompresji i dekompresji jest realizowany przez superszybki procesor, który stanowi serce TM1300. Wystarczy zmienić tylko oprogramowanie procesora! W praktyce pozwala to uzyskanie najwyższej możliwej jakości audio i wideo, w zależności od wymagań użytkownika i dostępnej przestrzeni dyskowej. Procesor programowalny otwiera także drogę do stworzenia zupełnie nowych formatów kompresji, gdyż zrealizowane na jego bazie aplikacje nie są ograniczone ani obowiązującymi standardami, ani rozwiązaniami sprzętowymi.

Drugi obszar zastosowań komputera PC wyposażonego w procesor TM-1300 to współpraca z cyfrowymi urządzeniami wideo wyposażonymi w interfejs FireWire (IEEE 1394). Najpopularniejszymi przedstawicielami takich urządzeń są oczywiście kamery i kamkordery DV. Nikogo nie trzeba przekonywać do ich zalet i do samego formatu DV, o czym świadczy rosnąca popularność takich rozwiązań.

TM-1300  może w czasie rzeczywistym kompresować i dekompresować filmy wideo w formacie DV wykorzystując w pełni możliwości urządzeń DV. Szczególnie interesująco prezentuje się możliwość kompresji w formacie DV również sygnału ze źródeł analogowych! W praktyce umożliwia to zamianę sygnału analogowego na format DV i jego zapis w takiej postaci na twardym dysku. Utworzony plik wystarczy przesłać do urządzenia DV. Również konwersja w drugą stronę – z formatu DV na analogowy – nie stanowi problemu i może być realizowana w czasie rzeczywistym.

Format DV posiada stały współczynnik kompresji, nasuwa się więc pytanie o możliwość wykorzystania TM-1300 do zmiany tego współczynnika i utworzenia nowego formatu kompresji. Wykorzystując ten pomysł firma HDP Electronics opracowała nowy standard kompresji o nazwie XJPG, który jest pochodną formatu DV.  Tym, co odróżnia format XJPG od DV jest:                 

  • mniejsza złożoność obliczeniowa

  • możliwość regulacji jakości kompresji obrazu.

  • bezstratna konwersja do formatu DV

Film rejestrowany w nowym formacie XJPG zajmuje mniej miejsca na twardym dysku, a jego jakość może być dopasowana do indywidualnych potrzeb użytkownika.  

Nasze multimedialne centrum można wykorzystać do montażu liniowego (jest to technika znana z naszego produktu VideoF/X 2000). W takim przypadku układ TriMedia zamienia się w mikser dwóch sygnałów wideo. Jako dodatkowe źródło sygnału analogowego można wykorzystać dodatkową kartę wejściową, która przez magistralę PCI będzie się komunikowała z TM-1300. Już niebawem w ofercie firmy HDP Electronics będzie dostępna tego typu karta dodatkowo wyposażona w trójkanałowy stereofoniczny mikser dźwięku.

W prezentowanym rozwiązaniu TM-1300 miksuje dwa sygnały analogowe, a jednocześnie posiada wystarczającą moc obliczeniową, aby w czasie rzeczywistym  przekształcać i filtrować obrazy wideo, tworząc np. trójwymiarowe efekty. Nie sposób wymienić wszystkich możliwych efektów, gdyż ich liczba i rodzaj są uzależnione wyłącznie od pomysłowości osób tworzących oprogramowanie. Wymieńmy jednak przynajmniej niektóre:     

  • nakładanie na obraz wideo napisów lub innych dowolnych obrazów graficznych;

  • nakładanie  obrazu wideo na przygotowaną wcześniej grafikę komputerową (tzw. efekt blue-box, umożliwiający np. stworzenie studia wirtualnego);

  • dodanie przejść między napisami (lub grafiką komputerową), a ruchomym obrazem wideo;

  • skalowanie  obrazu;

  • wykonywanie różnorodnych płaskich i trójwymiarowych efektów na ruchomym obrazie wideo;

  • korekcja  parametrów obrazu;

  • zregenerowanie sygnału wideo;

  • przenikanie obrazów z dwóch źródeł;

  • skalowanie i umieszczanie dwóch ruchomych obrazów jednocześnie na ekranie;

  • uzyskanie efektu „obraz w obrazie” (PIP) i kluczowanie dowolną maską graficzną (np. wpisanie ruchomego obrazu w kształt liter wyświetlanych na tle innego ruchomego obrazu);

  • wykonywanie różnorodnych płaskich i trójwymiarowych efektów na dwóch ruchomych obrazach wideo;

 

Architektura układu TriMedia TM-1300