建立適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)架構(gòu)減輕PC負(fù)擔(dān)

音頻和音樂(lè)算法所需的處理對(duì)PC的要求越來(lái)越高。如今，PC經(jīng)常執(zhí)行與音頻和音樂(lè)相關(guān)的若干功能：音樂(lè)合成，采樣率轉(zhuǎn)換，空間增強(qiáng)和3D本地化。很快，他們也將被要求支持AC-3解碼。這些功能中的任何一個(gè)都給PC帶來(lái)了沉重的負(fù)擔(dān);總的來(lái)說(shuō)，負(fù)擔(dān)可能會(huì)很?chē)?yán)重。適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)架構(gòu)允許PC在這種負(fù)擔(dān)下唱歌而不是呻吟，并且以市場(chǎng)容忍的成本這樣做。

在試圖決定如何支持這些算法的處理要求時(shí)，兩個(gè)顯而易見(jiàn)的可能性突顯出來(lái)：

在主機(jī)Pentium上運(yùn)行算法

在單獨(dú)的芯片上運(yùn)行算法(固定功能或可編程DSP)。

哪個(gè)架構(gòu)更好?要回答這個(gè)問(wèn)題，必須定義如何衡量“更好”。如果最低硬件成本是最重要的標(biāo)準(zhǔn)，則解決方案1占優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槠湓隽坑布杀緸榱?。如果需要考慮最高性能，則解決方案2占優(yōu)勢(shì)：主機(jī)CPU的增量負(fù)載可以忽略不計(jì)，單獨(dú)的芯片可以設(shè)計(jì)為提供所需的性能。然而，在多媒體中，最具成本效益的解決方案是混合，其中一些功能在主機(jī)上運(yùn)行，一些功能在單獨(dú)的硬件中運(yùn)行。

Pure Host的問(wèn)題 - 基于

純主機(jī)解決方案的低成本具有不可否認(rèn)的吸引力。但是，必須意識(shí)到這種低硬件成本會(huì)帶來(lái)性能成本。有趣的DSP應(yīng)用 - 如波表合成器 - 可以消耗超過(guò)100 MHz Pentium的1/3。 CPU仍然需要執(zhí)行其主要功能 - 運(yùn)行合成器提供音樂(lè)伴奏的應(yīng)用程序??因此這種額外的加載會(huì)對(duì)性能產(chǎn)生顯著影響。授權(quán)主機(jī)處理器的速度將繼續(xù)提高，使得任何給定DSP應(yīng)用程序的負(fù)載越來(lái)越小，但這種增加可能無(wú)法恢復(fù)主應(yīng)用程序的性能。 DSP程序員和其他程序員一樣貪婪。在大多數(shù)情況下，它們可以通過(guò)額外的計(jì)算使DSP應(yīng)用程序更好地工作因此，隨著CPU速度的增加，它們?cè)谥魈幚砥魃系膽?yīng)用需求可能會(huì)增加。更快的CPU不是靈丹妙藥的第二個(gè)原因是系統(tǒng)集成商需要更快的CPU來(lái)支持多個(gè)DSP應(yīng)用。額外的加載將繼續(xù)擠壓應(yīng)用程序，迫切需要主機(jī)CPU的注意力。

圖1：基于主機(jī)的合成器的架構(gòu)

基于純DSP的問(wèn)題

通過(guò)將DSP應(yīng)用程序移動(dòng)到單獨(dú)的芯片，主機(jī)CPU可以將注意力集中在它的主要義務(wù)是允許系統(tǒng)以與其額定速度一致的方式運(yùn)行。但是，單獨(dú)的芯片會(huì)增加成本。為了正確評(píng)估替代架構(gòu)，我們需要認(rèn)識(shí)到這個(gè)成本要小于額外芯片的成本。所有系統(tǒng) - 甚至是在主機(jī)CPU上運(yùn)行DSP應(yīng)用程序的系統(tǒng) - 都必須有一個(gè)CODEC來(lái)轉(zhuǎn)換數(shù)字形式的模擬信號(hào)?？梢詫SP功能的電路與CODEC集成在一起，因此硬件加速的真正成本是這種附加硬件的增量成本。這種增量成本可能仍然很大，但顯然小于單獨(dú)芯片的成本。

圖2：基于DSP的系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)

當(dāng)我們考慮將DSP功能從主機(jī)CPU上移開(kāi)的機(jī)會(huì)時(shí)，我們面臨另一種選擇：使用a實(shí)現(xiàn)功能可編程DSP，或在固定功能硬件中實(shí)現(xiàn)。應(yīng)該注意的是，主機(jī)CPU的可編程性代表了基于主機(jī)的解決方案的第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗试S主機(jī)CPU根據(jù)其運(yùn)行的軟件執(zhí)行各種DSP功能。我們可以通過(guò)基于可編程DSP的獨(dú)立硬件來(lái)保持這種多功能性。 DSP在執(zhí)行DSP任務(wù)方面具有明顯優(yōu)于CPU的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗鼈兡軌蛞缘统杀咎峁┱_的計(jì)算能力。但是，與DSP相關(guān)的存儲(chǔ)器會(huì)使成本過(guò)高。為了最大限度地降低成本，我們必須最大限度地減少內(nèi)存。

最小化內(nèi)存的傳統(tǒng)方法是在專(zhuān)用硬件中構(gòu)建功能。但硬連線解決方案還有其他問(wèn)題。設(shè)計(jì)專(zhuān)用硬件非常耗時(shí)。在糾正錯(cuò)誤時(shí)，硬件設(shè)計(jì)中固有的延遲會(huì)更加復(fù)雜。雖然基于DSP的解決方案只需通過(guò)更改代碼就可以修復(fù)錯(cuò)誤，但硬連線解決方案需要額外的硬件設(shè)計(jì)，掩模更改和新芯片制造。同樣的缺點(diǎn)適用于性能增強(qiáng)或新功能的引入。可編程DSP還允許引入特殊功能以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品差異化。雖然可編程DSP的這些優(yōu)勢(shì)很有價(jià)值，但嚴(yán)苛的競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)實(shí)是市場(chǎng)不會(huì)容忍它們的巨大成本。

考慮到可編程DSP的額外成本時(shí)，一個(gè)減輕因素是它們的可編程性使它成為可能可以使用相同的硬件來(lái)執(zhí)行多種功能。例如，可以簡(jiǎn)單地通過(guò)加載不同的軟件來(lái)重新配置能夠支持音樂(lè)合成軟件的芯片以用于AC-3解碼。使用固定功能芯片提供這兩種功能將需要多個(gè)芯片，從而削弱了它們的成本優(yōu)勢(shì)。因此，雖然固定功能芯片通常為特定功能提供最便宜的解決方案，但是當(dāng)您在多個(gè)功能中按比例分配成本時(shí)，可編程DSP可能不會(huì)更昂貴 - 甚至可能更便宜。

盡管如此，為了最大限度地發(fā)揮PC領(lǐng)域可編程DSP的優(yōu)勢(shì)，我們必須尋求降低成本的方法。如前所述，基于可編程DSP的硬件解決方案的增量成本不是由算術(shù)單元支配，而是由存儲(chǔ)器特別是SRAM支配。幸運(yùn)的是，新的混合架構(gòu)可以保留可編程解決方案的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)減少所需的內(nèi)存量。

平衡架構(gòu)

MIPS是主機(jī)CPU價(jià)格昂貴; DSP上的內(nèi)存很昂貴。因此，平衡架構(gòu)將內(nèi)存密集型功能移至主機(jī)，將計(jì)算密集型功能移至DSP。作為如何執(zhí)行此分區(qū)的說(shuō)明，請(qǐng)考慮EuPhonics EuSynth-2波表合成器。波表合成器的功能可以分為兩類(lèi)：控制器代碼和合成內(nèi)核。控制器代碼的主要功能是解釋MIDI數(shù)據(jù)。它控制合成內(nèi)核，它是產(chǎn)生音頻輸出的代碼。合成內(nèi)核是計(jì)算密集型的，因?yàn)樗枰暂敵霾蓸勇?通常為32 kHz)為32個(gè)聲音生成新的輸出樣本。要生成新的輸出樣本，需要更新包絡(luò)，LFO和動(dòng)態(tài)濾波器，并且可能必須執(zhí)行合唱和混響等音頻效果。 DSP經(jīng)過(guò)優(yōu)化，可以執(zhí)行這些高度重復(fù)的數(shù)值計(jì)算。

另一方面，控制器代碼是內(nèi)存密集型的，因?yàn)樗枰櫤铣善鞯臓顟B(tài)。當(dāng)它消化傳入的MIDI流時(shí)，它會(huì)更新一個(gè)表，在該表中跟蹤每個(gè)語(yǔ)音正在做什么?？?a href="http://wenjunhu.com/soft/special/" target="_blank">下載樣本的新標(biāo)準(zhǔn)可能需要額外的存儲(chǔ)空間來(lái)跟蹤樣本所在的位置，它們應(yīng)如何表達(dá)以及如何識(shí)別它們(通過(guò)MIDI命令)。請(qǐng)注意，解釋MIDI流不是計(jì)算密集型的。 MIDI帶寬相對(duì)較低(通過(guò)串行連接為31,250 b/s)，無(wú)論如何，所需的邏輯(測(cè)試和分支)對(duì)CPU來(lái)說(shuō)比DSP更舒適。在主機(jī)上運(yùn)行控制器代碼對(duì)可用主機(jī)資源的影響最小，因此應(yīng)用程序基本上全速運(yùn)行。

大多數(shù)DSP應(yīng)用程序采用相同的控制器/內(nèi)核方式構(gòu)建。另一個(gè)突出的例子是調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器的實(shí)時(shí)要求使得難以在非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(如Windows 95)下在主機(jī)上運(yùn)行它們，并且計(jì)算要求帶來(lái)了前面提到的相同負(fù)擔(dān)。但是，包括壓縮和糾錯(cuò)(V.42和V.42bis)，AT命令集和呼叫進(jìn)程監(jiān)控的控制器部分??在主機(jī)上運(yùn)行整齊，只留下“數(shù)據(jù)泵”的內(nèi)核調(diào)制解調(diào)器??在DSP上運(yùn)行。

圖3：音樂(lè)合成的平衡架構(gòu)

平衡架構(gòu)的潛在缺點(diǎn)是控制器和內(nèi)核之間通信所需的總線帶寬大于MIDI輸入所需的帶寬。但是，PCI總線提供的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)平衡架構(gòu)所需的帶寬。對(duì)于音樂(lè)合成，典型的參數(shù)流僅需要總線帶寬的約1%。此外，這種帶寬要求仍然低于基于主機(jī)的解決方案中PCM所需的帶寬。

平衡架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于其成本效益。它通過(guò)將內(nèi)存需求減少至少一半來(lái)最大限度地降低DSP的成本。它通過(guò)平衡許多系統(tǒng)資源(主機(jī)CPU，主機(jī)內(nèi)存，PCI總線和DSP)之間的負(fù)載來(lái)實(shí)現(xiàn)這種減少，從而避免任何一個(gè)的過(guò)度負(fù)擔(dān)。以這種方式傳播負(fù)載可在保持性能的同時(shí)最大限度地降低成本。因此，平衡架構(gòu)是一種滿足快速發(fā)展但對(duì)成本敏感的行業(yè)需求的解決方案。