1996年世界上很多厂商推出了多媒体处理器（Multimedia Processors），其中佼佼者是Chromatic Research公司的Mpact、Philips公司的Trimedia、MicroUnity的Media Processor（由MediaProcessor、Media Codec及MediaBridge三件组成）以及Nvidia NVI高度集成的多媒体加速器，它们引起世界舆论界普遍的关注，人们认为它将会成为多媒体时代多媒体计算机的协处理器。Microsoft公司总裁Bill Gates曾预测，未来的个人计算机只有三个主要元件，即存贮模块、CPU及一个执行复杂I/O的处理芯片，多媒体处理器便是一枚可独立执行I/O处理的高速专用芯片。
1996年2月位于美国桑尼维尔的ChromaticResearch公司开发的Mpact媒体处理器一经问世，就立即引起轰动，受到各种宣传媒体的普通关注：华尔街邮报、今日美国、Byte杂志等数十家都刊登了一系列的评论。有人认为："媒体处理器--多媒体时代的计算机芯片"。除了Chromatic公司，还有IBM、MicroUnity、Mitsubishi、NEC、Philips、Samsung和SGS-Thomson等众多有影响的大公司正在推出自己的媒体处理器。在下面两小节将重点介绍Mpact和Trimedia芯片、板卡及其软件。IBM公司Mfast，它与上述两个产品不同的地方是增加了MPEG-Ⅱ的编码功能，对于需要高质量的MPEG-Ⅱ视频创作的用户而言，它可能是最好的选择。
5.4.2.1 Mpact多媒体处理及其PCI总线评价卡
美国Chromatic Research公司是一家不生产半导体芯片的芯片设计和软件开发商，它采用了一种全新的商业模式，它负责Mpact多媒体处理器芯片的设计及软件开发，而芯片和评价卡的生产交给合作伙伴（东芝、LG、SGS-Thomson等半导体厂商）去做，这样Chromatic Research公司就可以充分利用半导厂家的现有资源，而不要在生产设备上投入巨额资金，而将资金用于设计和研究中。
1.Mpact芯片的功能和工作原理
由Chromatic Research公司设计，LG Semicon、Toshiba公司设计制造的Mpact芯片现有三种型号：
M1：Mpact/3000； M1 R75MHz：Mpact R/3600； M2：Mpact 2/6000
其中3000、3600、6000描述了芯片的速度，速度单位是MOPS-Millions of Operation Per Second，M1在LG公司的产品型号为GM90DC701Q，在Toshiba公司的型号为：TC 80301F。
5-14 Mpact媒体处理器功能图
（1） Mpact芯片的功能
Mpact芯片的主要功能如图5-14所示。这是Mpact芯片目前设计的已形成的七种多媒体功能，同时芯片设计采用了微码引擎（Microcode Engine），如果想增加新的功能，可采用软件升级的方式而不必更换硬件，这样可以有效地保护用户投资。具体功能如下：
① 视频
·PEG-1实时编码、30帧/秒，家庭视频编辑，数字VCR（视频捕捉+MPEG格式回放）。
·MPEG-1解码（全屏幕、30帧/秒、18位彩色），VCD播放、专利的动态影像处理技术达到最佳回放效果。
·MPEG-2解码（全屏幕、30帧/秒）、DVD播放。
② 二维图像
·Windows GUI加速。
·SVGA、VGA兼容。
·1280×1024×18，60Hz；
1024×768×18,60－85Hz；
1024×768×24,60Hz；
800×600×24，60－120Hz；
640×480×24，60－144Hz。
·符合娱乐PC 97规范，具有多制式电视功能。
③ 三维图形
·Windows 95 应用程序接口。
·Z缓存，双缓存的动态显示；折光、反射映照和阴影、线框图、实体模型。
·透视纠正，纹理映射。
·支持点、线、三角形等图案元素。
·400万像素/秒，80万三角形/秒
④ 音频
·MPEG音频
·Dolby AC-3音频。
·波表合成。
·波导合成。
·三维声音和效果。
·通用MIDI。
·FM合成。
5-15 Mpact结构原理图
·声霸卡兼容。
⑤ 传真/调制解调器
·V.34bis 33.6K数据传输，V.17一、二两级传真。
·V.80在异步接口上同步数据传输，V.14异步同步转换，支持RS 2 3 2接口。
⑥ 电话
·免提式电话。
·呼叫识别。
·自动应答。
·语音信箱。
⑦ 视频会议
·H.320(ISDN)综合业务数字网。
·H.323(LAN)局域网。
·H.324(POTS)普通电话系统。
（2） Mpact多媒体处理器的结构原理
Mpact核心芯片使用0.5mm三层CMOS工艺，由约1.5兆个晶体管组成。Mpact芯片工作电压为3.3V，它也能在5.0V电压下正常工作。Mpact芯片工作频率为62.5MHz，芯片为240管脚的FQFQ封装芯片。
Mpact芯片能处理各项多媒体功能，其内部的CPU指令形式为"超长指令字格式"（Very Long Instruction Word，VLIW）。指令的执行方式属于"单指令多数据"（Single Instruction Multiple Data，SIMD）方式，"单指令多数据"的指令执行逻辑更加适合于多媒体功能的处理。这是因为多媒体功能处理运算的特点是：运算量大，运算种类单一，精度要求低，速度要求高。SIMD技术正适合多媒体功能的运算，指令的处理在Mpact芯片内还采用了流水线（Pipeline）技术。在流水线中，指令的执行分成四步：取指、解码、执行、回写。流水线技术的使用也提高了Mpact的运算能力。
Mpact芯片内部结构如图5-15所示。它是由五个接口控制器，一个多通道SRAM和CPU组成。五个接口控制器为：存贮器接口、PCI总线接口、视频接口、显示接口及外设I/O接口。五个接口与SRAM通过总线和FIFO相连。多通道的SRAM作为主CPU的存贮器，其功能类似于Cache。4K Byte的SRAM有八个读写通道，SRAM通过八个读写通道可同时支持各接口和CPU之间的数据交换。另外Mpact芯片中还有792 bit的称为Crossbar的内部连通线，Crossbar连通芯片内的各功能部件，使芯片内数据传输率可达9.0GB/s。
① Mpact的CPU及指令处理单元
Mpact的CPU（Center Processing Units）由四个ALU（Arithmatic/Logic Unit）组和一个运动估计（Motion Estimation）单元以及指令解码控制器组成。
Mpact芯片最小处理单元为72bit。Mpact内每Byte由9Bit组成，72bit为8Byte。在Mpact中，称8Byte为双字长。每一个双字长内可有一或两条指令。一般的指令为3-5Byte长。对于可执行向量运算和块移动操作的指令来说，一条指令可以使4个ALU同时工作，使Mpact芯片的最高运算处理能力达到3.0BOPS（Billions of Operation Per Second）。
四个ALU组的功能如下：
ALU1：ALU1是Shift/align ALU组。
ALU2：ALU2是通用ALU组。
ALU3&4：ALU3和ALU4联合用于处理多媒体的一些特殊运算。
运动估计单元由大约400个算术单元组成，在MPEG-1或MPEG-2的运动估计运算中提供了20BOPS运算能力。
Mpact芯片的指令有三字，四字，五字指令。典型的四字指令为一字操作码，二字源操作字，一字目标操作字，而三字指令为一字操作码，一字源操作字和一字目标操作字。五字指令提供了四个操作字，这样允许执行向量运算。
Mpact在执行时，一般由两个指令组成一个"指令对"（Instruction Pair）。"指令对"长度为一个双字长，除非指令之间有资源冲突，两个指令可以同时执行，一旦冲突发生，则两条指令均单独执行。
② 多通道静态随机存贮器
4K的SRAM被划分为512个双字长，执行软件将SRAM划分为"指令段"和"数据段"，"指令段"可以为256，512或1K大小，"指令段"内的指令顺序是由地址顺序决定的。"数据段"内地址空间则是自处理的。由于Mpact不提供保护模式，因而划分和管理"指令段"和"数据段"的工作由程序员完成。
SRAM上有八个通道，其中四个为写通道，另外四个为读通道，这八个通道均可以同时操作。一个写通道被RDRAM专用，另一个写通道为DMA专用，另外两个写通道则为通用通道。
③ Mpact的RDRAM接口
Mpact卡上有一组RDRAM芯片作为板卡存贮器。RDRAM能够提供高达500M/S的数据传输率，远远超过其他DRAM的数据传输率，Mpact卡的RDRAM组的大小可在2M-8MB之间自由选择。
RDRAM的控制器RAC（Rambus Auers Controllor）位于Mpact芯片的内部。RAC提供了对RDRAM的管理，控制器能够直接读写SRAM和显示FIFO，地址转换也在RAC内部完成。另外，RAC还提供了内存刷新和RDRAM的初始化设置。
Mpact的最小RDRAM要求为2MB（每Byte为9bit，2MB=18Mb）。最大可安装至8MB，RDRAM的大小设置与显示分辨率的关系如表5-1所示。
表5-1 RDRAM容量与显示分辨率的关系
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PCI Controllor与其三个FIFO部件控制了Mpact芯片和主机X86的交互处理，这种PCI的接口与PCI局部总线技术规范2.0版本完全兼容，PCI接口支持3.3V或5V的电源信号，32bit的PCI峰值传输速率为132MB/s。
Mpact芯片通过PCI接口可与X86或其子系统以33MHz的同步频率进行主或从的操作。当进行DMA操作时，Mpact芯片作为主，而当对Mpact卡进行读写操作时，Mpact芯片作为从。
PCI接口的三个FIFO分别为DMA FIFO、读FIFO、写FIFO。DMA FIFO长为8字，而另两个FIFO长为1字，如图5-15所示。
从主机角度讲，PCI在地址空间占据三个部分：128M的内存，128K的扩展ROM和特殊设备的地址。见图5-16 PCI的地址空间分配图，PCI系统结构空间为PCI的设置空间。这段空间内有PCI的ROM空间和内存空间基址，指示了ROM和内存空间的位置。传统硬件寄存器和BIOS为ROM和基于PCI板的模拟显示卡和声卡的功能寄存器，PCI的128K ROM空间指的就是这个区域。PCI地址区域的顶部为128M的RAM地址空间。这里地址空间分配给帧缓存、多通道SRAM、扩展的ROM和内部寄存器。在实际情况中，128K的ROM空间和128M的RAM空间均有很大的空闲。如128M的RAM空间，最多只能占用10M左右。
5-16 PCI的地址空间分配表
⑤ Mpact视频接口
视频控制器与32Byte的视频FIFO相连，在16bit的视频接口上传送YUV格式的视频数据。视频接口是可编程的双向接口，但是传输只能工作在半双工的状态下。工业标准的NTSC和PAL的编码器、解码器均可在全速率扫描模式下，提供模拟信号或S-Video信号。
⑥ Mpact的显示接口
显示控制器与512Byte的显示FIFO相连，它为显示提供连续的RGB信号。显示控制器控制全部的数据，并产生同步信号和时种信号，提供给RAMDAC或显示编码。显示控制器支持8位的索引色（Index Color）或24位的真彩色（True Color）模式，也支持NTSC或PAL的RGB编码器。
控制显示，RAMDAC的信号是Mpact S erial总线或外设I/O总线（Peripheral I/O Interface）提供的。
显示数据可以一字、双字或三字格式存贮，以支持8位，15位、16位、18位或24位色。Mpact的特殊格式Chro-Color为18bit色，正好占用两个字节。
显示数据从内存格式到RAMDAC格式的转换是在显示控制器内完成的。
显示的功能逻辑由显示FIFO，显示前端（front end），显示后端（back end）和时钟发生器完成，如图5-17所示。
显示FIFO将数据由RDRAM帧缓冲区移至显示后端。
显示前端为RAC提供帧存的地址，光标的地址及格式。
显示后端将RGB信息送入RAM DAC并提供Zoom控制。
时钟发生器提供同步时钟脉冲。
5-17 Mpact显示接口原理图
Mpact支持的分辨率如表5-2所示。
表5-2 Mpact的外设I/O接口
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Mpact的外设I/O接口（Peripheral I/O Interface）可以分为三个部分：一个8位双向并口，四个双向串口，以及三个特殊功能总线。
Mpact的外设I/O接口提供最高传输率为5MB/s的数据吞吐能力。
Mpact的串口共四个，每个串口由PSD[i] 、PSDO[i] 、PSCLK[i]及PSSYN[i]四根控制线，数据线(i =0ê3) ，四个串口中的口C连接ROM，口C的硬件编码设计支持24bit的地址的寻址，读取ROM内的数据。口A、B、D为通用口。
Mpact的并口为8位宽，19位信号/数据线，并口连接了外设I/O接口的控制逻辑，用以扩展并口功能。在Mpact的设计中，并口通过与Mpact系统集成ASIC（MSIA）相连，将8位数据并口线扩展为80位的信号、数据并口线。
80位的信号、数据并口线为24位地址线、24位输入信号线、16位输出信号线、8位数据I/O线以及8位的Joystick/MIDI信号输入线。
24位的输入信号线又被分为两个部分：12位为中断请求信号线，另外12位为DMA请求信号线。
16位的输出信号线也被分为两个部分：8位为片选信号线，另外8位为通用输出控制。
外设I/O并行总线的功能可归纳为两点：
·为并口外设提供高速的传输，如Audio Codec、Telephone、MIDI VART等。
·控制Mpact视频、Mpact显示等有设置和控制参数的设备的特殊接口，如：
a. Mpact的串行总线2位，MSB1与MSB2。双向数据传输，控制信号传输位。
b. 可编程位（PB）：2位，单向输出，用于与外设进行通信，由外设的可编程控制器来Set和Clear。
c. 系统标识ROM位：1位。双向数据传输，它与Mpact卡上的设备标识PROM相连，用于写入或读出每块板卡唯一的标识码。
2．Mpact PCI总线评价卡
为了评价测试Mpact芯片的功能，同时也为了给使用Mpact芯片提供设计的参考文献资料，Chromatic Research公司于1997年1月15日推出了基于Mpact芯片的PCI卡（Mpact-Based PCI Card），版本为6.5.1，它是目前推出的功能最全、"最大"（MAX）的设计参考资料。为了不同的应用，它还给出了最大的参考设计的子集，它们是：
·Ref－PRO
·Ref－AGV
·Ref－AGN
5-18 Mpact PCI总线评价卡EVB-101工作原理图
它们分别包括下述特性：
Ref－PRO：2D/3D Direct X W/4M Byte；波表合成；MIDI/操纵杆通道；同步键盘4 MByte样板库；33.6K V.34bps/14.4 V.17调制解调器；DOS、VGA、SVGA兼容；30帧/秒MPEG-1；现有的DVD；FM PC音频。
Ref－AGV：2D/3D Direct X W/4MByte；波表合成；MIDI/操纵杆通道；同步键盘4MByte样板库；DOS、VGA、SVGA兼容；30帧/秒MPEG-1；现有的DVD；FMPC音频。
Ref－AGN：2D/3D Direct X W/4MByte；波表合成；MIDI/操纵杆通道；同步键盘4MByte样本板库；C-Video和S-Video输出；DOS、VGA、SVGA兼容；30帧/秒MPEG-1；现有的DVD；FMPC音频；S/P DIF输出。
Mpact PCI总线评价卡EVB-101（Mpact PCI Evaluation Board），板卡的工作原理如图5-18所示。EVB 101主板有25cm长，卡上主要的核心部件是Mpact媒体处理器，此外还有视频控制接口部件、外设接口控制部件、显示接口控制部件、存贮器接口控制部件及PCI总线接口驱动器件。Mpact媒体处理器已在上面作了较详细的介绍，下面将重点介绍Mpact产品的专用ASIC芯片及其接口器件以及高速存贮器RDRAM原理和应用。
3．Mpact的支撑软件Mediaware
Chromatic Research公司推出的Mpact支撑软件Mediaware到目前为止已有V 0.9、V1.0、V1.4、V1.6和V2.0。上述各版本基本结构模块是一样，只是功能有比较大的改进。1997年5月30日推出的V2.0版本，与低版本比较增加了下述特性：
·Mpact实时核（MRK）和Mpact资源器
·支持Mpact芯片所有功能；
支持MpactⅡ（Mpact 2/6000芯片）；
支持MMX优化程序（基本的MMX设置）；
对于大于24路语音波表可以降低使用CPU资源。
·2维和3维图形
MpactⅡ支持Intel的AGP；
MpactⅡ支持3维特性40 Mpixel/sec、1Mtris/sec；
加速YUV转换、缩放、剪截及硬件游标。
·音频
支持Dolby AC-3 DVD 5.1通道解码；
32位语音波表；
Karacel利用麦克风的混合。
·视频
实时DVD的解码（MPEG-Ⅱ加上Dolby AC-3）；
V-CD；
·Fax/Modem
V.34 bit Modem；
V.8 bit多功能Modem。
·电话
免提电话音质的改进。
·视频会议
支持H.324在电话线上召开视频会议。
Chromatic Research公司设计的Mpact支撑软件Mediaware的模块结构如图5-19所示。Mediaware设计成模块结构，每个模块可以方便地安装和拆除，从图5-19中可见可以把Mediaware分成六层：下面三层和Mpact芯片硬件关系比较密切；上面三层和Windows关系密切。
（1）. 最下层是MRK-Mpact实时核（Mpact Real-Time Kernel），最下层是多媒体硬件的I/O通道，正象Mpact芯片结构所述，可以把它们分成五个通道：视频输入输出使用视频通道；2维和3维图像使用显示通道；电话、视频会议和Fax/Modem使用电话通道；操纵杆和MIDI及辅助功能使用通用通道。MRK主要功能是I/O任务动态调度和监控，其调度和抛弃的原则是最近最后期限原则。当一个任务的时间期限到达时，Mpact采用抢占式方法调度新任务。
（2）. 下数第二层是Mpact音频处理管理器MAPM（Mpact Audio Processing Manager），Mpact的音频任务由MRK子任务管理器MAPM管理。之所以对音频管理采用单独管理方式，是因为人的听觉系统比视觉系统更加敏感。为了保证音频的同步播放，Mpact的Mediaware专门设计了MAPM支持音频的实时快速处理。
（3）. 再上层是Mpact的资源管理器MRM（Mpact Resource Manager），MRM管理Mpact EVB-101卡和主机上各种资源。MRM依照可用资源的状态，动态实时的连接和装载资源，并且提供适当的下载方式。
上面三层是和Windows有关的应用层（Application），应用编程接口层（API－Application Programming Interface）及设备驱动器层（Device Drivers）。
设备驱动器层是低层的API、HAL（Hardware Abstract Layer硬件抽象层）及虚拟硬件窗口（VHV－Virtual Hardware Views）。它包括DOS环境下的VHV、VGA及声霸卡，Windows环境下的驱动器，低层的API和HAL。
应用编程接口层：Video的软件功能包括：MPEG-1的解码和MPEG-2的解码，这些功能可以通过Direct Video、MCI及Active Movie的API来调用。2维和3维图形处理功能，对VGA及SVGA的支持，对硬件光标的支持都可通过对Direct Draw API的调用来实现。
最上层是应用层，它可以在Window 95环境上开发应用软件，也可以在DOS环境下开发应用软件。
5-19 Mediaware的模块结构5-19 Mediaware的模块结构
