音頻和音樂算法所需的處理對PC的要求越來越高。如今，PC經(jīng)常執(zhí)行與音頻和音樂相關(guān)的若干功能：音樂合成，采樣率轉(zhuǎn)換，空間增強(qiáng)和3D本地化。很快，他們也將被要求支持AC-3解碼。這些功能中的任何一個都給PC帶來了沉重的負(fù)擔(dān);總的來說，負(fù)擔(dān)可能會很嚴(yán)重。適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)架構(gòu)允許PC在這種負(fù)擔(dān)下唱歌而不是呻吟，并且以市場容忍的成本這樣做。

在試圖決定如何支持這些算法的處理要求時(shí)，兩個顯而易見的可能性突顯出來：

在主機(jī)Pentium上運(yùn)行算法

在單獨(dú)的芯片上運(yùn)行算法(固定功能或可編程DSP)。

哪個架構(gòu)更好?要回答這個問題，必須定義如何衡量“更好”。如果最低硬件成本是最重要的標(biāo)準(zhǔn)，則解決方案1占優(yōu)勢，因?yàn)槠湓隽坑布杀緸榱恪Ｈ绻枰紤]最高性能，則解決方案2占優(yōu)勢：主機(jī)CPU的增量負(fù)載可以忽略不計(jì)，單獨(dú)的芯片可以設(shè)計(jì)為提供所需的性能。然而，在多媒體中，最具成本效益的解決方案是混合，其中一些功能在主機(jī)上運(yùn)行，一些功能在單獨(dú)的硬件中運(yùn)行。

Pure Host的問題 - 基于

純主機(jī)解決方案的低成本具有不可否認(rèn)的吸引力。但是，必須意識到這種低硬件成本會帶來性能成本。有趣的DSP應(yīng)用 - 如波表合成器 - 可以消耗超過100 MHz Pentium的1/3。 CPU仍然需要執(zhí)行其主要功能 - 運(yùn)行合成器提供音樂伴奏的應(yīng)用程序??因此這種額外的加載會對性能產(chǎn)生顯著影響。授權(quán)主機(jī)處理器的速度將繼續(xù)提高，使得任何給定DSP應(yīng)用程序的負(fù)載越來越小，但這種增加可能無法恢復(fù)主應(yīng)用程序的性能。 DSP程序員和其他程序員一樣貪婪。在大多數(shù)情況下，它們可以通過額外的計(jì)算使DSP應(yīng)用程序更好地工作因此，隨著CPU速度的增加，它們在主處理器上的應(yīng)用需求可能會增加。更快的CPU不是靈丹妙藥的第二個原因是系統(tǒng)集成商需要更快的CPU來支持多個DSP應(yīng)用。額外的加載將繼續(xù)擠壓應(yīng)用程序，迫切需要主機(jī)CPU的注意力。

圖1：基于主機(jī)的合成器的架構(gòu)

基于純DSP的問題

通過將DSP應(yīng)用程序移動到單獨(dú)的芯片，主機(jī)CPU可以將注意力集中在它的主要義務(wù)是允許系統(tǒng)以與其額定速度一致的方式運(yùn)行。但是，單獨(dú)的芯片會增加成本。為了正確評估替代架構(gòu)，我們需要認(rèn)識到這個成本要小于額外芯片的成本。所有系統(tǒng) - 甚至是在主機(jī)CPU上運(yùn)行DSP應(yīng)用程序的系統(tǒng) - 都必須有一個CODEC來轉(zhuǎn)換數(shù)字形式的模擬信號。可以將DSP功能的電路與CODEC集成在一起，因此硬件加速的真正成本是這種附加硬件的增量成本。這種增量成本可能仍然很大，但顯然小于單獨(dú)芯片的成本。

圖2：基于DSP的系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)

當(dāng)我們考慮將DSP功能從主機(jī)CPU上移開的機(jī)會時(shí)，我們面臨另一種選擇：使用a實(shí)現(xiàn)功能可編程DSP，或在固定功能硬件中實(shí)現(xiàn)。應(yīng)該注意的是，主機(jī)CPU的可編程性代表了基于主機(jī)的解決方案的第二個優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗试S主機(jī)CPU根據(jù)其運(yùn)行的軟件執(zhí)行各種DSP功能。我們可以通過基于可編程DSP的獨(dú)立硬件來保持這種多功能性。 DSP在執(zhí)行DSP任務(wù)方面具有明顯優(yōu)于CPU的優(yōu)勢，因?yàn)樗鼈兡軌蛞缘统杀咎峁┱_的計(jì)算能力。但是，與DSP相關(guān)的存儲器會使成本過高。為了最大限度地降低成本，我們必須最大限度地減少內(nèi)存。

最小化內(nèi)存的傳統(tǒng)方法是在專用硬件中構(gòu)建功能。但硬連線解決方案還有其他問題。設(shè)計(jì)專用硬件非常耗時(shí)。在糾正錯誤時(shí)，硬件設(shè)計(jì)中固有的延遲會更加復(fù)雜。雖然基于DSP的解決方案只需通過更改代碼就可以修復(fù)錯誤，但硬連線解決方案需要額外的硬件設(shè)計(jì)，掩模更改和新芯片制造。同樣的缺點(diǎn)適用于性能增強(qiáng)或新功能的引入。可編程DSP還允許引入特殊功能以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品差異化。雖然可編程DSP的這些優(yōu)勢很有價(jià)值，但嚴(yán)苛的競爭現(xiàn)實(shí)是市場不會容忍它們的巨大成本。

考慮到可編程DSP的額外成本時(shí)，一個減輕因素是它們的可編程性使它成為可能可以使用相同的硬件來執(zhí)行多種功能。例如，可以簡單地通過加載不同的軟件來重新配置能夠支持音樂合成軟件的芯片以用于AC-3解碼。使用固定功能芯片提供這兩種功能將需要多個芯片，從而削弱了它們的成本優(yōu)勢。因此，雖然固定功能芯片通常為特定功能提供最便宜的解決方案，但是當(dāng)您在多個功能中按比例分配成本時(shí)，可編程DSP可能不會更昂貴 - 甚至可能更便宜。

盡管如此，為了最大限度地發(fā)揮PC領(lǐng)域可編程DSP的優(yōu)勢，我們必須尋求降低成本的方法。如前所述，基于可編程DSP的硬件解決方案的增量成本不是由算術(shù)單元支配，而是由存儲器特別是SRAM支配。幸運(yùn)的是，新的混合架構(gòu)可以保留可編程解決方案的優(yōu)勢，同時(shí)減少所需的內(nèi)存量。

平衡架構(gòu)

MIPS是主機(jī)CPU價(jià)格昂貴; DSP上的內(nèi)存很昂貴。因此，平衡架構(gòu)將內(nèi)存密集型功能移至主機(jī)，將計(jì)算密集型功能移至DSP。作為如何執(zhí)行此分區(qū)的說明，請考慮EuPhonics EuSynth-2波表合成器。波表合成器的功能可以分為兩類：控制器代碼和合成內(nèi)核。控制器代碼的主要功能是解釋MIDI數(shù)據(jù)。它控制合成內(nèi)核，它是產(chǎn)生音頻輸出的代碼。合成內(nèi)核是計(jì)算密集型的，因?yàn)樗枰暂敵霾蓸勇?通常為32 kHz)為32個聲音生成新的輸出樣本。要生成新的輸出樣本，需要更新包絡(luò)，LFO和動態(tài)濾波器，并且可能必須執(zhí)行合唱和混響等音頻效果。 DSP經(jīng)過優(yōu)化，可以執(zhí)行這些高度重復(fù)的數(shù)值計(jì)算。

另一方面，控制器代碼是內(nèi)存密集型的，因?yàn)樗枰櫤铣善鞯臓顟B(tài)。當(dāng)它消化傳入的MIDI流時(shí)，它會更新一個表，在該表中跟蹤每個語音正在做什么。可下載樣本的新標(biāo)準(zhǔn)可能需要額外的存儲空間來跟蹤樣本所在的位置，它們應(yīng)如何表達(dá)以及如何識別它們(通過MIDI命令)。請注意，解釋MIDI流不是計(jì)算密集型的。 MIDI帶寬相對較低(通過串行連接為31,250 b/s)，無論如何，所需的邏輯(測試和分支)對CPU來說比DSP更舒適。在主機(jī)上運(yùn)行控制器代碼對可用主機(jī)資源的影響最小，因此應(yīng)用程序基本上全速運(yùn)行。

大多數(shù)DSP應(yīng)用程序采用相同的控制器/內(nèi)核方式構(gòu)建。另一個突出的例子是調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器的實(shí)時(shí)要求使得難以在非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(如Windows 95)下在主機(jī)上運(yùn)行它們，并且計(jì)算要求帶來了前面提到的相同負(fù)擔(dān)。但是，包括壓縮和糾錯(V.42和V.42bis)，AT命令集和呼叫進(jìn)程監(jiān)控的控制器部分??在主機(jī)上運(yùn)行整齊，只留下“數(shù)據(jù)泵”的內(nèi)核調(diào)制解調(diào)器??在DSP上運(yùn)行。

圖3：音樂合成的平衡架構(gòu)

平衡架構(gòu)的潛在缺點(diǎn)是控制器和內(nèi)核之間通信所需的總線帶寬大于MIDI輸入所需的帶寬。但是，PCI總線提供的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過平衡架構(gòu)所需的帶寬。對于音樂合成，典型的參數(shù)流僅需要總線帶寬的約1%。此外，這種帶寬要求仍然低于基于主機(jī)的解決方案中PCM所需的帶寬。

平衡架構(gòu)的優(yōu)勢在于其成本效益。它通過將內(nèi)存需求減少至少一半來最大限度地降低DSP的成本。它通過平衡許多系統(tǒng)資源(主機(jī)CPU，主機(jī)內(nèi)存，PCI總線和DSP)之間的負(fù)載來實(shí)現(xiàn)這種減少，從而避免任何一個的過度負(fù)擔(dān)。以這種方式傳播負(fù)載可在保持性能的同時(shí)最大限度地降低成本。因此，平衡架構(gòu)是一種滿足快速發(fā)展但對成本敏感的行業(yè)需求的解決方案。