マルチプロセッサで実現したH.264ビデオ・デコーダ　――コンフィギャラブル・プロセッサのユーザ定義命令とオンチップ・バスを活用

2．H.264ビデオ・デコーダ・システムの設計

　マルチプロセッサ構成のビデオ・デコーダLSIの開発事例を紹介します．このデコーダ・システムはH.264のみならず，MPEG-2，MPEG-4，VC-1といったほかの規格もサポートします．今回はH.264に絞って解説しますが，H.264設計時に定義したユーザ拡張命令は，ほかの規格もサポートできるように設計されています．機能的に固定したハードウェアではなく，ゲートの有効利用ができているわけです．また，ソフトウェア・ベースの設計なので仕様の追加や変更に柔軟に対応します．H.264はビデオ圧縮の新しい規格です．ここでは規格の概要については触れませんので，参考文献（3）を参照してください．

● ソフトウェア・デコードを目ざす

　図7に伸張（デコード）の処理フローを示します．ハード・ワイヤード論理のブロックを用いない完全ソフトウェア・デコードの設計を目ざしました．H.264の伸張フローは，従来の規格（MPEG-2など）と比較して複雑になっています．1プロセッサによる設計となると，非常に高い性能（Pentium級）が必要になります．組み込み向けLSIにおいては，これまで多くのハードウェア・ブロックを用いるハードウェア・ソフトウェア複合設計が主流です．ソフトウェアは制御のみをつかさどり，データ処理の大半はハードウェアで行うといったケースが多く見られました．

　今回筆者らが設計したデコーダは，データの出し入れはソフトウェア制御されたハードウェア（DMA）で実行するが，データ処理はすべてソフトウェアで実行するというシステムです．ハード・ワイヤード論理を極力削減したので，

• ハードウェアの設計検証は最小
• ゲートの再利用が可能（固定した機能のハードウェア・モジュールが最小）
• 仕様変更，仕様追加に柔軟に対応できる
• 組み込んで検証を免れたハードウェアのバグの出現確率が低下する

などの利点があります．

図7　H.264デコードの処理フロー
ParserとPixelの二つのプロセッサ間のデータ移動ではDMAを実行する．同期は共有データのポーリングや割り込みなどで実現．