安谋科技本土自研视频、显示处理器,掀起8K和H.266革命

发布时间:2024-09-23  

随着AIoT的蓬勃发展,从智能手表、安防监控、平板电脑、电视到机器视觉、机器人、汽车摄像头、车载显示器、行车记录仪,多媒体产品几乎已经成为我们日常的一部分,同时多媒体处理器的应用范围已经基本覆盖了“端+边+云”等各类场景。


此外,这一市场还在继续飞速发展。数据显示,国内车载摄像头的数量已经从2022年的5000万颗到现在的突破1亿颗,年增长率达到了25%以上;车载显示市场规模预计2025年将超过1200亿元。此外,从2017年开始几乎每年都会推出相关政策鼓励和引导向4K甚至是8K等超高清电视产业的发展。


可以说,如果没有很好的显示处理器和非常高性能的视频编解码器,可能会影响到我们生活中视频、图像的体验。这类需求对视频编码质量要求非常高,所以需要专用的处理器去做这样的工作。日前,安谋科技便发布了“玲珑”D8/D6/D2 DPU(Display Process Unit)和“玲珑”V510/V710 VPU(Video Process Unit),它们对标的是NPU最新产品。


“玲珑”D8/D6/D2掀起8K革命


安谋科技多媒体处理器研发负责人周华表示,“玲珑”D8/D6/D2 DPU是安谋科技推出的本土自研的首款显示处理器,它灵活可配,从1080P的分辨率到8K的分辨率都可任意配置,单个IP最多同时支持多达4个每秒4K60帧实时显示输出,支持多达16层的内容输入,对Arm MMU-600和MMU-700也支持得非常好。



安谋科技DPU高级产品经理柴卫华介绍,“玲珑”DPU并不仅为了解决拍照场景而生,而是面向更多蓬勃发展的多媒体市场,面向的场景主要是智能汽车、智能座舱,以及终端设备如手机、平板、PC、电视、以及AR/VR和穿戴式产品等IoT领域。


目前这一市场的特点是,屏幕越来越多、屏幕越来越大、显示效果要求越来越高、显示内容越来越多。因此,安谋科技做IP最重要的就是将一切的需求和能力集成到一个系统中去,要从IP的角度考虑如何更友好地支撑整个SoC系统。


具体到产品,“玲珑”D8性能最强,单核性能可高达每秒8K60帧,同时单IP支持多达4路每秒4K60帧的实时显示输出。“玲珑”D6对应的是性能功耗需要很好地进行平衡的场景,可以支持到8K30帧或者是4K120帧的主流需求,单IP可以同时支持到2个4K60帧的输出。“玲珑”D2面向物联网场景,它注重高能效比,面积和功耗最优,单IP可以支持2K60帧的显示输出要求。



从产品架构来看,“玲珑”DPU基于标准化、模块化设计,其内功能模块也非常清晰,同时可扩展性也特别强,可以通过配置化、软件的调度,让硬件同时并行工作,以达到最高性能,比如说8K60帧。如果客户需要比较复杂的多显示输出,可以通过软件驱动让四个4K60帧的显示处理来并行工作来同时输出。此外,多媒体需求比较碎片化,在追求通用化的基础上还需要一些差异化,所以架构上也会支持配置化的方式。



“玲珑”DPU设计之初,便考虑了各类场景的丰富应用,比如最多可以支持16个层的内容输入。另外,这些资源安谋科技做了优化,可以灵活调度,使得计算资源不浪费。面对一些复杂场景,安谋科技拥有独特的Smart Layer技术,可以保证超过16层叠加的水平。



“玲珑”DPU在图像处理技术上拥有很高的要求。处理器数据流可达到12bit,支持标准SDR和HDR内容;有丰富的前后级可配置的Gamma和Gamut管理,包括Gamma、色域管理以及颜色校正,可以保证非常好的颜色显示效果;内置高质量缩放引擎,支持单一维度的水平或垂直方向1/6到64倍的缩放;内置画质增强模块,可以保证缩放之后的画质可以得到进一步的提升;支持水平和垂直方向的镜像,包括90度、180度和270度的旋转,这些镜像和旋转是可以任意组合的,可以保证对不同产品的任意适配;支持各种图像格式,包括标准的RGB、YUV等,也包括Arm的帧缓冲压缩技术(AFBC),可以保证各个场景都适用。



值得一提的是,除了IP本身以外,安谋科技研发设计时考虑到了对系统的整体支持,比如AXI,APB,DPI标准接口,并在内部我们还做了整个系统方面的优化,内置Arm标准帧缓冲压缩技术AFBC,Arm系统存储管理单元MMU-600/700的TBU单元可与系统的MMU管理无缝对接,深度协同了Arm多媒体保护技术Arm TZMP (TrustZone Media Protection)。



“玲珑”V510/V710加速H.266应用


周华表示,“玲珑”系列VPU产品从V5/V7到V6/V8,到现在的V510/V710,已经迭代到第三代了。第一代V5/V7主要增加了AVS 2.0的Decoder,H.264、H.265的编码质量提高了15%。“玲珑”V6/V8增加了AV1的Decoder,H.264的编码质量相比V5/V7提高了10%,现在基本上是达到了Hx.265和x264的medium的速度档次水平。


而最新的V510/V710,最大的改进是增加了H.266的编码器和解码器,是国内首批同时支持H.266标准的编码及解码视频处理器IP。同时,安谋科技把Encoder的编码能力翻倍,在性能翻倍的同时并未增加处理器的面积。在处理器面积相当的前提下,与其他同类产品可以拼性能、拼功耗、拼PPA。



根据安谋科技VPU高级产品经理董峰介绍,这一代VPU产品支持的是最新的一套H.266压缩技术,从20多年前发布的H.264标准,到最新的H.266标准带来的技术体验,对比效果非常明显,包括高分辨率、8K级别、色域层面、宽动态能力等层面,都有比较明显提高,对比H.265,H.266更是拥有50%压缩比提升。因此,H.266在低延时、云游戏、AR/VR等场景都在标准层面上都有较多的议案加入,所以在这个层面上,H.266是一个更长期和更有技术先进性的一代标准。



玲珑”V510/V710 VPU在性能上拥有了线性的提升,实现方式基于相同的VPU Core,在这个Core的内部做到更大的灵活度,通过灵活的配置来覆盖不同的实际场景,中低端产品是1~4核,高端产品最多是到8核的配置,相应地适应端和云两种不同的市场需求。



具体而言,V510 VPU在H.264、H.265编码性能上直接翻倍,现在编码性能600兆可以达到4K30帧的情况下,7nm基本1.2G可以到4K60帧;与原V6 VPU的H.265相比,V510 VPU的H.266整个编码质量有了30%的提升;与H.265的very slow档次相比,V510 VPU的H.266编码质量有20%的提升。



V710 VPU主要覆盖针对大分辨率,云场景,其性能可以达到8K120帧,支持大分辨率的高帧率。折算到多路场景,相当于64路1080P 30帧。



当然,可能有人有疑问,从代际的角度上来看,H.266比H.265有50%的提升,为什么说这里做到了30%和20%?主要原因在于任何提升都是有成本的,根据安谋科技整体技术评估,如果要实现50%的质量提升,需要增加10倍面积。因此,从IP角度来看, 20%面积收益是最好的,能够实现PPA最佳平衡。


从架构方面来看,“玲珑”VPU采用5个小的MCU在其内,这样的VPU架构非常独特创新,目前在市面上是唯一一家。这样的架构非常灵活,可以实现不同客户的差异化定制。这在此前,便有很多成功的案例,在2019年成立“玲珑”VPU团队之后到现在,目前安谋科技已成功授权30多家客户。



新产品将掀起革命


事实上,无论是DPU还是VPU,研发的难度都非常大,同时VPU和DPU市场碎片化,需差异化产品满足客户需求。安谋科技的重点则在于系统级优化,提供灵活的合作模式和定制化服务,以满足客户独特需求。


DPU方面,智能化是图像显示芯片的未来趋势,AI技术将用于辅助画质提升、超分等,DPU产品将围绕性能提升和带宽优化进行拓展,以满足前端内容的高需求。


对于DPU厂商来说,需考虑系统时延容忍度和场景优化,如车载多屏需高效协同工作,IoT场景则追求最低功耗。两者都提到产品需灵活适配不同场景,通过微架构调整提升效率,新产品方面,D8面向高性能市场,D6针对主流应用,D2则瞄准低能耗场景,以满足不同市场需求。


VPU方面,H.266标准虽在2020年已确立,但受专利池、收费等商业环境影响,普及速度较慢。随着云端内容厂商和自动驾驶、安防等垂直领域对高质量、低成本的需求增加,H.266的应用将逐步铺开。安谋科技新一代VPU产品支持H.266编码器,这在国内尚属首批,它将在客户产品布局中发挥重要作用。

文章来源于:电子工程世界    原文链接
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