基于預先解碼分析的數據信息緩存管理方法及系統技術方案

本發明專利技術公開了一種基于預先解碼分析的數據信息緩存管理系統，包括流媒體處理器模塊、數據信息預取FIFO模塊、數據信息緩存單元和數據信息緩存控制器模塊。本發明專利技術還公開了一種利用如上所述基于預先解碼分析的數據信息緩存管理系統的管理方法。本發明專利技術通過盡量利用重復數據，減少數據傳輸時間，減少數據帶寬占用及在外部存儲器中的換行延遲，以提高大規模粗粒度可重構系統的數據訪問效率，使得性能提升。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于嵌入式可重構設計領域，具體涉及一種基于預先解碼分析的數據信息緩存管理方法及系統，更具體涉及一種媒體處理可重構系統中基于預先解碼分析的數據信息緩存管理方法及系統。
技術介紹
將通用處理器(GPP, General Purpose Processors)的靈活性和專用集成電路(ASIC,Application Specific Integrated Circuit)的高效性結合的一種計算體系結構，可重構計算架構近些年來在嵌入式系統設計方面獲得了越來越廣泛的關注，其主要的應用領域包括多媒體處理、移動通信、數字信號處理、數據加解密等。隨著媒體應用的性能要求和計算復雜度越來越高，粗粒度可重構架構的計算資源也成倍增加，一些架構使用了多個可重構陣列來完成這些應用。然而，在計算資源增加的同時，計算資源對于數據流的要求也進一步增大。隨著處理器速度與存儲器訪問速度的差距不斷增大，面向應用的系統級芯片中存儲子系統的訪問延遲已經成為可重構系統性能的瓶頸，很大程度上限制了整體性能的提升。如何優化可重構系統存儲子系統，減少訪問延遲成為可重構系統研究的關鍵。優化可重構存儲子系統，減少訪問延遲主要從兩個方面來考慮1、訪問外部存儲器本身的特點；2、媒體算法固有的數據流特點。基于成本考慮，目前作為外部存儲器用的比較多的是同步動態隨機存儲器(SDRAM)結構，對于同步動態隨機存儲器，其主要有如下特點1、它由Bank(組)、Page (頁)和Column (列)這三個基本單元構成；2、它支持以Burst (粹發)方式進行連續讀寫。在外部存儲接口設計中，可以充分利用這兩個特性來提高以同步動態隨機存儲器為外存的芯片的性能。由于特性1，應當盡量減少對外部存儲器的次數，減少數據訪問時帶來的換頁延遲。由于特性2，盡量延長訪問存儲器的猝發長度，減少多次訪問造成的固定延時。因此在訪問以同步動態隨機存儲器結構為外部存儲器的時候，應該盡量考慮以上兩個特性，以提高數據訪問效率。對于媒體算法，主要有兩個特點1、按照宏塊處理數據；2、參考圖像會用到多次。媒體數據圖像在外部存儲器中按幀存放，每一幀圖像按照光柵掃描方式存放在外部的同步動態隨機存儲器中。由于媒體算法按宏塊處理，而宏塊中上下兩行數據在地址空間中不連續，因此讀取宏塊時可能會引起多次換行。例如，假設每行同步動態隨機存儲器存儲1024Byte數據，媒體像素數據大小為lByte，則對于分辨率為1080p即包含1920*1080像素的幀數據，由于幀內每行數據都分布在不同的行中，因此當讀取幀內宏塊時需要多次換行，由此造成嚴重的數據訪問延遲。由于媒體數據具有時間和空間局部性，特別是重建相鄰宏塊時，會多次用到同一參考幀數據，比如在H. 264中預測一個8X8的亮度塊，那么它在最壞情況下需要參考數據為(8+5) X (8+5) = 169bytes。如果將它分割為4個4X4塊進行處理，那么它需要的參考數據為(4+5) X (4+5) X4=324Bytes，它的重復數據達到155Bytes。同理，如果預測16X16的亮度塊，相應情況下其相應所需數據和重復數據分別為441Bytes和855Bytes，此時重復數據將達到有效數據的2倍。
技術實現思路
專利技術目的針對上述現有技術存在的問題和不足，本專利技術的目的是提供一種基于預先解碼分析的數據信息緩存管理方法及系統，通過盡量利用重復數據，減少數據傳輸時間，減少數據帶寬占用及在外部存儲器中的換行延遲，以提高大規模粗粒度可重構系統的數據訪問效率，使得性能提升。技術方案為實現上述專利技術目的，本專利技術采用的第一種技術方案為一種基于預先解碼分析的數據信息緩存管理系統，包括流媒體處理器模塊、數據信息預取FIFO (FirstInput First Output,先入先出隊列)模塊、數據信息緩存單元和數據信息緩存控制器模塊；所述流媒體處理器模塊用于解析從外部存儲器取得的碼流中的宏塊，生成處理該宏塊對應的數據信息條目，并將該數據信息條目輸出到數據信息預取FIFO模塊；所述數據信息預取FIFO模塊用于依次存儲所述流媒體處理器模塊生成的數據信息條目；所述數據信息緩存單元用于緩存從外部存儲器中取到的數據塊； 所述數據信息緩存控制器模塊用于根據數據信息FIFO模塊中的數據信息條目，判斷所需的數據信息是全部存在于數據信息緩存單元中，或者是部分存在或者是全部不存在于數據信息緩存單元中，并根據判斷結果將數據信息緩存單元中相應的數據塊形成可重構計算單元所需的數據塊，最后發送至相應的可重構陣列。優選的，所述數據信息預取FIFO模塊包括A個FIFO單元，其中A為不小于I的整數，每個所述FIFO單元存儲一個數據信息條目，所述數據信息條目由所需宏塊的參考幀編號、水平和垂直位置分量與實際所需宏塊大小組成。優選的，所述數據信息緩存單元包含應用雙向預測的前向和后向兩個緩存單元，分別存儲前向預測和后向預測參考幀數據，每個所述緩存單元中有B個數據塊，一共有2XB個數據塊優選的，所述數據信息緩存控制器模塊包括數據信息比較單元，數據選擇器和數據移位、拼接單元；所述數據信息比較單元用于比較數據信息預取FIFO模塊中的數據信息條目和數據信息緩存單元中的數據塊，如果此數據信息條目對應的數據塊在數據信息緩存單元中存在，則數據信息比較單元讀取該數據塊；如果在數據信息緩存單元中只存在所述數據塊中的部分數據或沒有所述數據塊中的任何數據，則將相應的命中信息發送給數據選擇器；數據選擇器根據部分命中或者完全不命中信息選擇將從所述外部存儲器取得的數據發送給移位、拼接單元或者直接發送給數據信息緩存單元；數據移位、拼接單元，在數據部分命中時，將部分命中的數據和從外部存儲器取得的剩余數據拼接成可重構陣列所需數據塊。本專利技術采用的第二種技術方案為一種利用如上所述基于預先解碼分析的數據信息緩存管理系統的管理方法，包括如下步驟(I)生成數據信息條目所述流媒體處理器模塊解析從外部存儲器取得的碼流中的宏塊，生成處理該宏塊對應的數據信息條目，并將該數據信息條目輸出到數據信息預取FIFO模塊；(2)查詢、讀取和替換數據信息所述數據信息緩存控制器模塊從數據信息預取FIFO中取出所述數據信息條目，將該數據信息條目和數據信息緩存單元中的數據塊比較，如果此數據信息條目對應的數據塊在數據信息緩存單元中存在，則數據信息緩存控制器模塊讀取該數據塊；如果在數據信息緩存單元中只存在所述數據塊中的部分數據，則保留重用數據，數據信息緩存控制器模塊向外部存儲器發起訪問取得剩下的數據，并將所述重用數據和剩下的數據通過移位組合成相應的數據塊；如果在數據信息緩存單元中沒有所述數據塊中的任何數據，數據信息緩存控制器模塊便向外部存儲器控制器發出相應的數據信息，并取得該數據塊；替換數據信息時，所述數據信息緩存控制器模塊依據數據命中與否，優先將所述數據信息緩存單元中與所述數據信息條目對應的數據塊不符的數據替換；(3)發送數據信息所述數據信息緩存控制器將讀取的數據塊中的數據信息依次發送給相應的可重構陣列；(4)重復步驟(I)至步驟(3)，直至所有數據信息條目對應的數據塊都發送完畢。有益效果本專利技術利用預先解析的宏塊數據信息，對數據緩存分為完全不命中、部分命中和完全不命中分開處理，將數據進行最大程度上的重本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于預先解碼分析的數據信息緩存管理系統，包括流媒體處理器模塊、數據信息預取FIFO模塊、數據信息緩存單元和數據信息緩存控制器模塊；所述流媒體處理器模塊：用于解析從外部存儲器取得的碼流中的宏塊，生成處理該宏塊對應的數據信息條目，并將該數據信息條目輸出到數據信息預取FIFO模塊；所述數據信息預取FIFO模塊：用于依次存儲所述流媒體處理器模塊生成的數據信息條目；所述數據信息緩存單元：用于緩存從外部存儲器中取到的數據塊；所述數據信息緩存控制器模塊：用于根據數據信息FIFO模塊中的數據信息條目，判斷所需的數據信息是全部存在于數據信息緩存單元中，或者是部分存在或者是全部不存在于數據信息緩存單元中，并根據判斷結果將數據信息緩存單元中相應的數據塊形成可重構計算單元所需的數據塊，最后發送至相應的可重構陣列。

【技術特征摘要】
1.一種基于預先解碼分析的數據信息緩存管理系統，包括流媒體處理器模塊、數據信息預取FIFO模塊、數據信息緩存單元和數據信息緩存控制器模塊； 所述流媒體處理器模塊用于解析從外部存儲器取得的碼流中的宏塊，生成處理該宏塊對應的數據信息條目，并將該數據信息條目輸出到數據信息預取FIFO模塊； 所述數據信息預取FIFO模塊用于依次存儲所述流媒體處理器模塊生成的數據信息條目； 所述數據信息緩存單元用于緩存從外部存儲器中取到的數據塊； 所述數據信息緩存控制器模塊用于根據數據信息FIFO模塊中的數據信息條目，判斷所需的數據信息是全部存在于數據信息緩存單元中，或者是部分存在或者是全部不存在于數據信息緩存單元中，并根據判斷結果將數據信息緩存單元中相應的數據塊形成可重構計算單元所需的數據塊，最后發送至相應的可重構陣列。2.根據權利要求1所述基于預先解碼分析的數據信息緩存管理系統，其特征在于所述數據信息預取FIFO模塊包括A個FIFO單元，其中A為不小于I的整數，每個所述FIFO單元存儲一個數據信息條目，所述數據信息條目由所需宏塊的參考幀編號、水平和垂直位置分量與實際所需宏塊大小組成。3.根據權利要求1所述基于預先解碼分析的數據信息緩存管理系統，其特征在于所述數據信息緩存單元包含應用雙向預測的前向和后向兩個緩存單元，分別存儲前向預測和后向預測參考幀數據，每個所述緩存單元中有B個數據塊，一共有2XB個數據塊。4.根據權利要求1所述基于預先解碼分析的數據信息緩存管理系統，其特征在于所述數據信息緩存控制器模塊包括數據信息比較單元，數據選擇器和數據移位、拼接單元；所述數據信息比較單元用于比較數據信息預取FIFO模塊中的數據信息條目和數據信息緩存單元中的數據塊，如果此數據信息條目對應的數據塊在數據信息緩存單元中存在，則...

【專利技術屬性】
技術研發人員：曹鵬，劉波，蔣輝雁，齊志，楊錦江，楊軍，時龍興，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：發明
國別省市：