В январе 2011 года Sigma Design в рамках выставки 2011 Consumer Electronics Show представила общественности свою новую разработку – топовый медиапроцессор SoC Sigma SMP8910, а также его младшего брата – SMP8670.
Sigma Design позиционирует SMP8910 как преемника линейки SMP864x, для использования в Blu-ray плеерах и медиаплеерах премиум-класса, а также в шлюзах IPTV, кабельного и спутникового приема.
Более “легкий” SMP8670 предназначен для применения в медиаплеерах, для приема IPTV, спутникового и кабельного TV, а также в беспроводных приемниках видео-аудио сигнала.

SMP8910

Cовременный топовый процессор со студийным качеством обработки изображения.
Высокая планка достигнута не только за счет возросших частот, нового двухядерного процессора MIPS 1004K и новой архитектуры, оптимизированный под требования 3D-видео, но также и интеграцией на кристалл видеопроцессора VXP. Видеопроцессор Sigma VXP, ранее выпускавшийся только отдельным чипом (GF9450/GF9452), обеспечивает значительное повышение качества выводимого видео за счет его обработки с применением алгоритмов деинтерлейсинга, масштабирования, шумоподавления и преобразования частоты кадров.
Несмотря на присутствие части этого функционала в предыдущей линейке SMP864x, в новом продукте это выполнено еще “быстрее, выше, сильнее”, и с учетом новых кодеков.
Возросшие возможности чипсета по обработке изображения, его ориентированность на работу c 3D-видео и встроенные функции поддержки 3D-рендеринга делают возможными применение в пользовательском интерфейсе 3D-эффектов*.

Поддержка технологий

• Возможные операционные системы: Linux, Android™;
• Поддерживаемые технологии носителей: Blu-ray, AVCHD, HDV, DV, DVD-Video, DVD-R/-RW/+R/+RW, CD/-R/-RW, Picture CD (JPEG);
• Потоковое вещание: ATSC, DVB, ARIB, IPTV;
• Три встроенных аудио DSP обрабатывают широкий спектр кодеков аудио и все возможные на сегодня для Blu-ray форматы;
• Security CPU поддерживает большое количество решений для работы с модулями условного доступа (CA/conditional access) и цифровым управлением правами (DRM/digital rights management), включая Nagravision NOCS v1.1, NDS ICAM v2.2a, NDS VGS, NDS RASP.

Декодирование видео

• 2 потока для декодирования HD-видео;
• Форматы и профили:
  • MPEG-4.10 (H.264) BP@L3, MP@L4.2, HP@L4.2, MVC;
  • SMPTE 421M (он же VC-1) MP@HL, AP@L3;
  • WMV9 MP@HL;
  • MPEG-2 MP@HL;
  • MPEG-4.2 ASP@L5 (до HD-разрешений, 1-точечный GMC);
  • AVS Jizhun profile@L2.0, 4.0 (20 Mbit/s) , 6.0 (40 Mbit/s);
  • DV (IEC 61834 и SMPTE 314M)
  • RMVB v9, v10
• Совместимые 3D-видео форматы:
  • с горизонтальным и вертикальным размещением кадров;
  • Blu-ray 3D;
  • RealD, Sensio, TDVision

Дополнительная видеообработка:

• Ускоритель 3D-графики с поддержкой Open GL ES 1.1/2.0
• поддержка 3D-фото
  • JPEG Stereo, MPO, PNG Stereo
• Встроенный процессор обработки видео VXP®
• Гибкое преобразование формата выводимого 3D
• Встроенный выход HDMI v1.4a, CEC, 12-битный цвет, xvYCC

Sigma VXP

С Sigma VXP, пользователь получает следующие преимущества:

• Улучшение качества масштабирования SD-видео. Даже при просмотре DVD картинка будет вполне сопоставима с HD-качеством.
• Улучшение качества воспроизведения потокового интернет-вещания. Большинство видеоконтента в Интернет не предназначено для просмотра на большом экране.
• Улучшенное качество отображения HD. К сожалению, не все содержимое, записанное в HD-форматах, имеет исходное высокое качество.

Рассмотрим подробнее набор “улучшайзеров”, присутствующих в VXP.
Сразу приношу извинения за качество изображений, ввиду отсутствия более наглядного материала, но, надеюсь, что выигрыш конечного пользователя будет очевиден и без въедливого изучения приложенных картинок.

3D-подавление шума

Адаптивное 3D и 2D шумоподавление, убирающее временной (межкадровый) и пространственный шум на картинке, обеспечивает более четкое изображение при сохранении его мелких деталей.

Снижение блочных артефактов

Данный алгоритм идентифицирует артефакты, проявляющихся из-за особенностей кодирования видеосигнала, и адаптивно сглаживает границы блоков.

Подавление контрастных микрошумов (Mosquito Noise Reduction)

Алгоритм более точно определяет границы объекта и удаляет окружающий его мелкий шум (т.н. mosquito noise) для получения более четкого и ясного изображения мелких деталей.

Адаптивный деинтерлейсинг движения и границ объектов

Этот деинтерлейсинг включает направленную интерполяцию вдоль границ объекта для устранения зубчатых артефактов.

Подчеркивание деталей

Алгоритм подчеркивания ищет основные детали изображения и выделяет их, за счет чего достигается беспрецедентное отображение текстуры, четкость и ясность картинки.

Адаптивное повышение контраста

Адаптивное повышение контрастности анализирует уровень яркости каждого кадра, создавая потрясающее изображение с оптимальным соотношением яркости и контрастности.

Адаптивный де-бэндинг (De-banding)

Адаптивный де-бэндинг анализирует содержание каждого кадра, удаляя контурные артефакты, проявляющиеся в результате использования 8-битных источников, не затрагивая более высокоточные детали изображения. При этом цветовой переход на границах контура объекта выполняется более плавно, что устраняет резкую смену цвета, видимую обычно как полосы и делает изображение более приятным для просмотра.

Определение каденции фильма (Film Cadence Detection)

Надежное обнаружение последовательности восстановления кадров для чересстрочных и прогрессивных источников. Обеспечивает быстрое время выбора каденции 3:2 или 2:2, позволяя восстанавливать плавное отображение с плохо отредактированных источников, и обеспечивает поддержку других, расширенных каденций.

Если кратко, то каденция это число, выражающее последовательность восстановления кадров для соответствия кадровой частоты источника и приемника (телевизора). При исходной частоте кадров 24p и отображаемой на TV 60p потребуется генерация дополнительных 36 кадров. Соотношение 36/24 (или 3:2) и будет числом, выражающим “каденцию”. В этом случае, при выводе на экран TV, каждый первый кадр будет отображен три раза, каждый второй – два.
Более подробно о технологии восстановления кадров для соответствия требуемой выходной частоте можно прочитать, и даже посмотреть в анимации, на дочернем сайте другой компании-производителя микроэлектроники Integrated Device Technology – http://www.hqv.com

Резюмируя, хочу добавить, что несмотря на присутствие некоторой части подобного функционала на современных TV, наличие подобного видеопроцессора на кристалле медиаплеера обосновано хотя бы тем, что он расположен ближе к источнику данных и может быть уведомлен об их типе и кодеке, что дает более точный результат и действительно улучшит картинку.
Но! Все эти технологии будут особенно хороши, если производители плееров не забудут включить в свой интерфейс функционал управления ими, а Sigma не забудет об этом в SDK. Иначе, при наличии “очумелых ручек” пользователя, сочетание одинаковых “улучшайзеров”, одновременно включенных и на TV и на плеере, будет весьма существенно убивать картинку.

Гибкое преобразование формата вывода 3D-изображения

Кроме “спецэффектов” один из блоков VXP выполняет преобразование потока 3D-видео в требуемый для вашего TV формат. Тем самым обеспечивается совместимость практически с любым 3D-телевизором или проектором.
Что самое интересное, так это присутствие поддержки анаглифного формата на выходе. То есть обладатели “не 3D” TV тоже смогут что-то увидеть, смотря сквозь красно-синие очки (с бумажной оправой). Хотя анаглиф – морально устаревший способ отображения стереокартинки, и весьма сильно портит цветовую гамму, но наличие его поддержки можно считать заботой о “моноскопичном” пользователе.

В представленной на рисунке матрице допустимых преобразований присутствует кодек H.264 MVC (Multiview Video Coding).
Несмотря на некоторые мифы, данный кодек в реальности не вызывает двукратный рост потребности в транспортном потоке. MVC весьма значительно загружает процессор. Декодеру приходится перерисовывать картинку для второго глаза, беря за основу единый поток видео (для левого глаза) и цифровые данные для требуемого бинокулярного смещения (правому глазу).

Структура чипа 8910

Произошла смена поколения версии MIPS-ядра. Если в SMP864x это был одноядерный MIPS32@74k, то в 8910 вживлен двухядерный двухпоточный MIPS32@1004k.
Частота CPU 800 MHz. По сравнению с SMP8642 производительность процессора в тестовых единицах DMIPS выросла с 1340 до 1200*2=2400. А с учетом роста частоты с 333 Mhz (510 DMIPS) до 400 Mhz (608 DMIPS) у неизменного для линейки чипов Sigmа вспомогательного IPU (процессора обработки прерываний) MIPS32@4KEc, суммарная производительность процессорного модуля выросла с 1840 до 3008 DMIPS.

Для справки:
SMP8634 имеет производительность ядра в DMIPS, равную 460. Это соответствует показателям первых поколений Intel Celeron A @ 300MHz.
SMP864x на частоте 667 MHz с общим показателем 1840 DMIPS сравним с Intel Pentuim III @ 1GHz.
SMP8646 на частоте 800 MHz с 2208 DMIPS догоняет Intel Pentuim 4 @ 1.7GHz.
SMP865x серии имеют более скромный показатель, равный 1230 DMIPS.
На фоне предшественников 3008 DMIPS нового SMP8910 (~ Intel P4 Xeon @ 2.2GHz) действительно выглядят как революция.

Откуда же взялась цифра в пресс-релизе про мощь процессора в более чем 6000 DMIPS?
Процессор MIPS 1004K имеет заявленную производительность в 1600 DMIPS на 1GHz НА ОДНО ЯДРО. И это с учетом двухпоточности (dual-threaded) каждого ядра. Точнее говоря, количество дискретно переключаемых потоков в тестах DMIPS погоды не делает. Путем несложных вычислений для 800Mhz у SMP8910 получаем 1280 на 1 ядро или 2560 на оба ядра. Спецы Sigma Designs даже скромно округлили этот показатель до 2400 DMIPS (+608 от IPU).
Но посмотрите на схему. Что там есть еще? Security CPU, демикшер (раскалывающий AES, DES, RC4, CSA), двойной видеодекодер и VXP. Скорее всего, имеется ввиду, что эти скромные бойцы невидимого фронта и дают недостающие 3000 DMIPS. Они будут недоступны для “прямого контакта” пользователя. Например, Security CPU даже защищен от вторжения системой предохранения. Но они будут выполнять свою работу под управлением алгоритмов, заложенных Sigma Designs.
Для медиапроцессора показатель в 3008 DMIPS для работы сторонних, по отношению к процессам дешифрации, декодирования и непосредственной обработки видео, приложений, вполне достаточен. С учетом заложенной возможности аппаратного ускорения прорисовки OpenGL, это позволит создать вполне современный интерфейс, например, с помощью OpenGL ES 3D UI и даже использовать SMP8910 для игр.

Периферия SMP8910

Ethernet

Новому чипу, по наследству от SMP8646, достались 2 MAC для гигабитных Ethernet-портов. Насколько это полноценный и производительный гигабит – пока нет данных, так как живых устройств на чипе 8646 мы еще не дождались.

SATA

Заявленная производительность встроенного SATA-II контроллера на два порта выросла – по спецификации указана поддержка 3 Gbit/s обмена.
Не будем считать это анахронизмом на фоне увлечения производителями компьютеров новым SATA-III, так как в реалиях современности 6-гигабитный интерфейс требуется только для потокового обмена с SSD. Но 2TB SSD за 100$ это пока такая далекая фантастика, что SMP8910, к моменту этого светлого будущего, успеет кануть в небытие. А для современных популярных HDD большого объема и 300 мегабайт в секунду пока недостижимый потолок.
Нет информации – поддерживается или нет режим мультипликации SATA-портов (режим, при котором допустима работа двух и более SATA-устройств с одним портом контроллера).

USB, SDIO

В чипсет вживлены два хоста стандарта USB2.0. То есть скорость здесь осталась на прежнем уровне – а именно 33 мегабайта в секунду в пике. С учетом постоянной потребности пользователей в переносе/копировании информации с внешних носителей, а также ввиду появления накопителей с интерфейсом USB3.0 на массовом рынке, этого уже мало. Так как шины PCI/PCIe в новом чипе нет, то нет и возможности увеличить производительность USB-портов за счет внешнего контроллера.
Единственное что радует – так это обратная совместимость устройств USB3.0 с шиной USB2.0. Выходит, что иметь подобный внешний накопитель все-таки выгодно за счет ускорения копирования на него с компьютера. А для просмотра высокобитрейтного видео с накопителя возможностей USB2.0 хватает.
Отдельно выделена поддержка SD-карт (шина SDIO), но по имеющейся документации не понятно – присутствует или нет поддержка современных SDHC и SDXC карт. При отсутствии их штатной поддержки на уровне чипсета, производителям придется ставить дополнительный контроллер на плату, и занимать под обмен интерфейс USB2.0.

Поддержка Flash-памяти

Есть два доступных интерфейса, по которым SMP8910 в состоянии общаться с Flash-памятью:
SPI – последовательный периферийный интерфейс и eMMC – интерфейс для обмена со встраиваемыми MultiMediaCard
Шина SPI предназначена для обмена с флешпамятью типа NOR, eMMC – для работы с NAND.
Перейдя на обмен по стандартизованным шинам, Sigma облегчает жизнь производителю конечного оборудования. Не будет жесткого ограничения по типу применяемой флешки, как, например, для SMP8642-SMP8644 NAND только SLC, а для SMP8646 только MLC. И максимальный объем ограничен только стандартом шины.
NOR не отличаются внушительной емкостью при своих габаритах, но рассчитаны на произвольное чтение/запись отдельно взятых ячеек памяти. Чипы памяти NAND, работающие с блочным/постраничным обменом, при том же объеме и аналогичном техпроцессе в нанометрах, занимают на кристалле на 40% меньше места. NOR менее стоек на гарантированное количество циклов перезаписи – от 10 тысяч против 50(MLC) или 100(SLC) тысяч у NAND.
C учетом разного позиционирования: SPI NOR – ПЗУ и eMMC NAND – диск, у производителей медиаплееров есть богатый выбор реализации метода хранения софта для будущих устройств. В идеале было бы неплохо иметь NOR под загрузчик прошивки, а NAND – под саму прошивку, но обычно производители плееров экономят и выбирают решение подешевле и посердитее – один тип памяти под все виды данных (и это скорее всего будет eMMC NAND).

Оперативная память

SMP8910 умеет работать с памятью типа DDR2 по 64-битной шине передачи данных на основной частоте 400 MHz (DDR2-800). Доступный объем ограничен всего одним гигабайтом. C учетом того, что Sigma обычно большую часть памяти откусывает под нужды видеообработки (например, PopcornHour C-200 при 512МБ на борту имеет под OS всего 192 мегабайта), это не такой уж большой объем, но не забывайте, что это не персональный компьютер.

---

Резюме от автора

Одним словом – новый камушек от Sigma – “конфетка”!
Производительность нового чипа впечатляет, как и его возможности. Я не фанат 3D-видео, но с новым медиапроцессором я бы его посмотрел.
Скорее всего данное желание обусловлено рекламой присутствующего на SMP8910 Sigma VXP. К сожалению, могу констатировать, что реклама тут права и к нам часто попадает видео с низким качеством исходного изображения. Причем это относится даже к лицензионному материалу, а не только к копиям их копий.
Вполне востребованными считаю и возможности чипа по улучшению качества потокового видео, полученного по Интернет-каналам.
Предыдущее поколение не совсем исчерпало свои возможности, к примеру даже SMP8642 воспроизводит 3D видео в режиме Side-by-Side (с половинным разрешением). Но прогресс в области видеокодеков требует увеличения производительности. И поддержка HDMI1.4 уже стала необходимостью вввиду появления в 2010-2011 году новых TV с данными входами. Также попытки сделать из медиаплеера домашний центр хранения медиаконтента, упираются в производительность сетевого интерфейса.
И миллионы операций в секунду (DMIPS) вполне нелишние. Современные писатели софта обычно знают как их израсходовать.

Так что ждем – кто же первый анонсирует подобное готовое решение этом на новом чипе Sigma Designs SMP8910.

---

По материалам:
Sigma Designs SMP8910 Series brochure
Пресс-релиз SMP8910 SIGMA DESIGNS LAUNCHES FIRST STUDIO-GRADE SET TOP BOX SoC
MIPS Technologies MIPS32® 1004K®
MIPS Technologies MIPS32® 4KE® Family
Интернет Университет Открытых Технологий – Когерентная процессорная система MIPS32 1004K
Wikipedia – описание DMIPS
Wikipedia – описание SDIO
Wikipedia – описание Flash-памяти
Roy Longbottom’s PC Benchmark Collection – Dhrystone Benchmark Results On PCs
Micron NAND Flash – What is NAND Flash?

---

* Смешно было читать в новостях слова типа “SMP 8910 имеет … улучшенный быстрый пользовательский интерфейс.” Ага – и пирожки жарит и кофе варит… SMP не имеет пользовательского интерфейса – это не готовый продукт, а полуфабрикат. Насколько будет хорош интерфейс зависит от программного SDK Sigma (который еще разрабатывается), и от усилий программистов тех компаний, которые реализуют решения на данном чипе в виде законченных плееров.

---

По неподтвержденным слухам под SMP8910, ожидающийся в производстве к концу 2011 года, Sigma Designs затеяла глобальную переработку SDK. Чем грозит сырой софт мы уже наблюдали при переходе Syabas для плееров серии Popcorn Hour от одной версии SDK на более свежую.
Так что шансов увидеть в текущем году безглючный чудо-плеер на новом чипе не больше, чем узреть воочию появление Санта Клауса…