數位電子產品包含了二大主要特色，第一是訊號數位化，不論是如音響或MP3播放器等音訊設備，或攝影機、電視等視訊設備，都將傳統的類比訊號轉變為數位訊號，不僅檔案資料易於保存、節省空間，並且可隨身攜帶非常方便；第二則是資料便於傳輸，不同裝置所儲存的數位資料都可透過有線或無線傳輸等方式進行交換與分享，也可透過單一裝置來進行不同設備間檔案之編輯、儲存與整理。而這樣的數位化與可傳輸性，得利最大的便是發展蓬勃的多媒體產業。

多媒體產業對影音多媒體應用的需求與日俱增，而台灣以過去在PC產業所累積的研發實力為基礎，目前在多媒體IC設計領域耕耘多年也漸有所成，包括LCD驅動IC、光碟機編解碼晶片、手機多媒體應用與數位機上盒等多媒體應用IC等市場上都可見到台灣廠商辛苦耕耘所帶來的豐厚果實。

台灣多媒體IC設計市場現況

數位多媒體產業的高度發展，順勢帶動多媒體應用IC設計市場起飛。在影音多媒體應用之驅動下，包括DVD編解碼晶片、數位電視機上盒（Set-Top-Box；STB）控制晶片、LCD控制與驅動IC、遊戲機視訊控制晶片以及MP3播放器等音訊晶片IC設計業者均在這幾年出現大幅度的成長。台灣廠商例如聯發科（MediaTek）、其樂達（Cheertek）、驊訊（C-Media）、安國（Alcor Micro）與晨星（MStar Semiconductor）等廠商在此領域都有非常好的表現。另外，隨著台灣LCD產業在全球顯示器市場持續繳出漂亮成績單，LCD驅動IC設計業者也成了近年來營收表現最搶眼的族群，例如聯詠（Novatek）、奇景（Himax）與矽創（Sitronix）等等廠商之市值都在短短幾年內成長了數倍之多。而除了用於NB與桌上型電腦顯示器等OA（資訊用）用面板之外，未來隨著LCD TV市場佔有率的提升，也將帶給LCD驅動IC設計業者另一波新的成長動能。

依據IEK所公佈的2005年台灣前二十大IC設計業者來看，成長幅度最大的多是以開發手機及數位電視（DTV）相關產品為主的廠商。例如聯發科便以多功能基頻處理器成功搶進中國市場，而威盛、凌陽、瑞銘與力原等IC設計業者在PHS與3G手機基頻晶片上的開發腳步，也預期能在短時間內收到成效。

未來特別是印度、中南美、中國與非洲市場的龐大需求，都將帶動手機應用IC的市場商機，這些地區也多以低價手機為主要需求。另外在歐美與東亞各國佔有率較大的多媒體應用手機例如3G與3.5G手機需搭配多媒體影音功能，估計到了2009年將有35％手機內建多媒體處理器，並整合MPEG 4與H.264等視訊功能，而這些多媒體處理器（Media Processor）與應用處理器（Application Processor）也將帶給多媒體IC設計業者無窮商機。因此包括凌陽、曜鵬、華邦與兆宏等業者都將其數位相機後端IC設計能力延伸，以搶得低價手機之多媒體處理器市場。

至於在STB市場方面，台灣廠商如聯發科積極開發美規STB晶片，其樂達與揚智進軍亞太衛星市場，過去由Broadcom、ST、NEC、Philips與Conexant等外商寡佔之情況已不復見。在SoC系統整合之發展趨勢下，成本的降低使得台灣業者有更大競爭力進軍亞洲市場。由各項多媒體應用產品的助長，2006年台灣整體多媒體IC設計產業的產值也預計將更為提升。

視訊解碼SoC內建記憶體管理技術

為了加快視訊解碼的速度，視訊解碼SoC都會內建緩衝記憶體（RAM），而緩衝記憶體管理者（buffer manager；BM），則是位於傳輸串流解碼器（Transport Stream Decoder；TSD）與外部的主要記憶體（SDRAM）之間傳收資料，如(圖一)所示。不管是TSD或BM都在視訊解碼SoC裡面，韌體工程師只能透過撰寫暫存器程式和連接硬體線路來驅動它。本文接著將要介紹這種技術。

MPEG-2傳輸串流（TS）

傳輸串流多工器（Transport Stream Multiplexer）的輸入和傳輸串流解多工器（Transport Stream Demultiplexer）的輸出就是所謂的封包式基本串流（Packetized Elementary Streams；PES）。MPEG-2傳輸串流（Transport Stream）可能包含一個或多個節目（program），這些節目的時間基準（time-base）可以不同。TS適合在會發生錯誤的網路中傳輸，其封包的資料結構之長度是固定為188 bytes，它包含4bytes的封包頭和184bytes的資料。

BM的功能

每一個TSD都有它自己的緩衝記憶體管理者，它包含BM和BM2兩部份。每一個串流都有它的環狀緩衝記憶體（circular buffer）。一般而言，BM包括四個由硬體控制的緩衝記憶體，供給PES串流使用，這包含：一個視訊、兩個音訊、一個電傳文字（teletext）。當有一個封包要寫到緩衝記憶體時，BM會檢查此封包的長度，以確定緩衝記憶體是否具有至少184bytes的空間可用。並且BM會自動更新下一筆可寫入的指標位置。此寫入作業是以資料暴量（burst）的方式傳輸，每次寫入16bytes。如果要寫入的資料小於16bytes，則不用的位元組位置會被禁用。這些都是靠硬體控制的。

《圖一　緩衝記憶體管理者》

PES緩衝記憶體也具有一個可自動停止的指標。當視訊解碼SoC要讀取資料時，控制讀取的邏輯電路會先檢查緩衝記憶體內是否有此正確的資料。每一次讀取的大小是32bytes。這可以提高匯流排的傳輸效率。傳輸完後，會自動更新停止指標。圖一中的64x32 bits RAM也可以用來補償匯流排的延遲，以及確保資料流能夠持續輸入。如果緩衝記憶體發生溢流（overflow），則會產生中斷，傳輸至此緩衝區域的傳輸將會停止。此外，有一個64bytes的FIFO，可以用來對輸入的資料速率之延遲做比較；60Mbps的速率，其匯流排延遲可達到8μs。

BM2和BM一樣，只不過BM2沒有由硬體控制的PES緩衝記憶體，如圖一中的陰影部份。

緩衝記憶體的設定

通常，每一個PES緩衝記憶體具有四組暫存器，它們分別是：空間大小、寫入指標、基準位址（base address）、讀取指標（停止指標）、中斷及PES封包的長度。韌體工程師必須根據視訊解碼SoC的規格書，將這些暫存器的參數值設定好。但在設定這些參數值之前，必須先設計一套環狀的緩衝記憶體資料結構，如下所述。

BM的程式設計

在視訊解碼SoC裡面的視訊和音訊串流需要一套環狀的緩衝記憶體管理機制，一般而言，它要包含下列的功能：

為了實現上述的基本功能，必須針對視訊解碼SoC設計一套BM程式。這些程式的主要功能和設計要領，詳述如下：

位址的對齊

將輸入的位址依照指定的大小重新得出新的位址。其公式是((addr + align - 1) & ~(align - 1))。例如：align是8，而輸入的位址（addr）是在1至8之間，則輸出為8；若addr是9，則輸出為16。因此程式能取得的緩衝記憶體位址是0、8、16、24，都是以8bytes為一個單位，亦即，一個緩衝空間的大小是8bytes。以動態方式產生緩衝空間時，就需要這種功能。如果align是0，則新的位址並不需要對齊。

資料結構

這包括兩種，其一是定義所有的緩衝記憶體空間的起始位址、最後位址、起始指標（指向第一個緩衝空間），可稱呼它為POOL；另一是緩衝空間的資料結構，可稱呼它為ADDR_BUFFER，它定義了此緩衝空間的起始位址、大小、指向下一個緩衝空間的指標。下一個緩衝空間的資料結構也必須是ADDR_BUFFER。因此，可以構成一個環狀的資料結構。

動態地產生緩衝空間

由於緩衝記憶體的空間必須能夠重覆使用，所以不能使用固定的位址靜態地產生緩衝空間，而必須動態地產生它。此程式會選用目前閒置的空間，將它們鏈結在一起。這類似malloc( )的觀念。

緩衝記憶體的初始化

首先要定義POOL的內容，之後，清除緩衝空間的內容。例如：

pPool.start = 0x100；

pPool.end = 0x5000；

pPool.pHead = 0；

memset (addrPool, 0, sizeof(ADDR_BUFFER) * 64)。

64是表示共有64個緩衝空間，而且每一個的大小是sizeof(ADDR_BUFFER)。此外，針對不同的PES串流介面，可能需要分別定義它們自己的POOL、產生及釋放緩衝空間的函式。當然，它們自己的POOL只有它們自己可以使用，但共用一個緩衝空間的資料結構（ADDR_BUFFER），所以，在唯一的和廣域的ADDR_BUFFER結構中，可能會出現屬於不同POOL的內容，如(圖二)所示。通常，緩衝空間的總數目會設定為64個或更少，只要滿足全部的PES串流介面和POOL所需即可，但是為了以防萬一，記得在執行完傳收作業之後，必須釋放緩衝空間，否則此環狀資料結構可能會無法順利運作。

環狀資料結構必須配合視訊解碼SoC內部的BM

一般而言，BM具有所謂的「折返（wrap）」功能，雖然，每個PES串流介面所分配到的緩衝空間最多可能只有5個或6個，但是每一個傳收用的緩衝空間是可以從最底層的位址折返至最上層的位址，所以可以重覆使用此緩衝空間。不過，這是視訊解碼SoC內部的BM硬體必須支援的功能，否則傳收用的緩衝空間將無法重覆使用。

規劃緩衝空間

對每一個PES串流介面而言，可能要規劃的緩衝空間之種類有：暫存傳送資料的緩衝空間、暫存接收資料的緩衝空間、傳送狀態的緩衝空間、接收狀態的緩衝空間、暫存傳收作業參數的緩衝空間。

《圖二　緩衝記憶體的資料結構》

上述的資料結構內容或許會很複雜和難懂，其實，這是無可奈何的。簡言之，POOL就是實際的緩衝記憶體的資料結構；而ADDR_BUFFER是一個虛擬的資料結構，用來統一管理所有的緩衝記憶體。有了它們之後，PES串流就可以順利地傳送或接收了。

緩衝記憶體管理是視訊編解碼SoC的重要功能之一，而且，在CPU的所有週邊裝置中，它的處理優先順序是最高的。韌體工程師必須瞭解這種緩衝記憶體管理技術，於開發產品時，才能事半功倍。

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