随着人工智能技术的快速发展，视频监控、自动驾驶、智能家居以及云数据中心等领域，对高清视频处理能力提出了越来越严苛的要求。为了应对这一挑战，安谋科技推出了全新的“玲珑”V6/V8视频处理器。这款处理器专门针对当前主流的视频流媒体技术进行了深度优化，通过一系列智能化的权衡与设计，实现了卓越的编解码性能。它旨在为所有合作伙伴提供一个灵活、可组合的解决方案，以满足从终端到云端多元化的视频处理需求。接下来，让我们一起深入了解“玲珑”编解码融合架构是如何助力视频多元化的。

一、 安谋科技与“玲珑”系列：背景与演进

安谋科技是中国领先的芯片IP设计与服务供应商。其发展策略是“全球标准，本土创新”，即在融入全球Arm生态的同时，针对中国市场的特定需求进行自主研发。

1.1 研发历程与产品迭代

安谋科技的VPU团队于2019年底成立，从2020年初开始自主研发。产品路线图从维护Arm Mali-V52起步，逐步发展出两代自研产品：

• 早期探索（约三个季度）： 研发了“玲珑”V5/V7系列，新增了对A VS2和A V1格式的支持，以满足国内市场的格式需求。
• 全面升级（约一年）： 在“玲珑”V5/V7的基础上，推出了“玲珑”V6/V8系列。不仅进一步完善了格式支持，还显著增强了编码能力和前后处理功能。
  • 编码质量提升：“玲珑”V5/V7的HEVC编码质量比前代（Arm Mali-V52/76）提升了15%。“玲珑”V6/V8的H.264编码质量又比“玲珑”V5/V7提升了10%。
  • 新增功能：“玲珑”V5/V7增加了Any ratio downscaling（任意比例缩放）后处理；“玲珑”V6/V8新增了OSD（屏幕显示）前处理，以及YUV到RGB的色彩空间转换后处理。

小提示：从V5/V7到V6/V8的快速迭代，体现了芯片IP行业紧贴市场需求、快速响应的特点，尤其是对国内主流的A VS2格式的支持，是本土化策略的直接体现。

1.2 “玲珑”VPU的核心优势

“玲珑”VPU的设计初衷，就是用一个统一的IP架构来满足从端到云的各种差异化需求。其主要优势在于：

• 全格式支持，面积小巧： 支持所有主流视频格式，并且核心面积控制得非常出色。例如，“玲珑”V5在包含前后处理（P&R）的情况下，整体面积归一化值仅为1.83，这有助于降低芯片成本。
• 编解码融合架构： “玲珑”VPU采用单核实现编解码融合，也就是一个核心既可以编码，也可以解码。这与传统架构不同，极大地提升了硬件资源的利用效率和场景适配的灵活性。
• 硬件与软件协同： 不仅支持固定的硬件格式，还内置了可编程的软件部分，能够灵活应对未来可能出现的新场景和新需求。

二、 架构设计核心：如何应对多元场景

面对端、边、云等不同场景对视频编解码的巨大差异，“玲珑”VPU通过精巧的架构设计，用统一的方式支撑多样化需求。

2.1 灵活的硬件结构：5 MCU + 多翻跟斗

在硬件层面，“玲珑”VPU采用了一个“5 MCU（微控制器）”的结构。不同的MCU负责控制不同的硬件翻跟斗。在设计时，工程师会分析哪些功能可以固化（做成纯硬件），哪些功能需要通过灵活的软件配置来实现，从而在性能和灵活性之间找到最佳平衡点。

2.2 强大的可扩展性：从单核到八核

为满足从低功耗终端到高性能云端的不同需求，“玲珑”VPU支持多核可扩展，通过增加核心数量线性提升性能：

• 端侧（如手机、IPC）： 单核即可满足需求。
• 边缘侧（如NVR）： 大约需要四核。
• 云端（如服务器）： 基本需要八核。
• 性能指标：在7nm制程下，八核的“玲珑”VPU基本可以实现8K@60fps的编码或8K@120fps的解码。

2.3 定制的MCU：专为视频优化

值得注意的是， “玲珑”VPU内部的MCU并非通用的Cortex-A或Cortex-M核，而是专门为视频场景定制优化的：

• 采用5级流水线结构，主频与整个VPU同频。
• 在16FF工艺下，频率至少可达800MHz，保证处理性能。
• 核心任务侧重于控制翻跟斗，不会去触碰像素数据（pixel内容），并在指令集上做了大量优化，确保效率。

三、 系统级优化：降带宽与降延时

除了核心性能，系统层面的优化同样至关重要，特别是在高带宽、低延迟要求下。“玲珑”VPU通过多种技术来应对这些挑战。

3.1 降带宽利器：AFBC（Arm帧缓冲压缩）

AFBC是Arm Frame Buffer Compression的缩写，是一种在Arm系统层面实现的无损压缩技术，主要目的是优化带宽。

• 核心作用： 与Arm GPU和Display配合使用，对内部参考帧进行压缩。
• 效果显著： 即使输入和输出数据不压缩，也可使内部参考帧带宽降低35%。
• 应用场景：
  • GPU渲染： 当GPU使用VPU解码的数据进行纹理渲染时，整体带宽可降低至原先的45%。
  • Display显示： 在显示场景中也能达到类似的降带宽效果。
  • rotation优化： AFBC对rotation（旋转）非常友好。传统方式需要读取原始数据再旋转，对总线压力大；而AFBC可以在内部直接优化旋转，通过连续访问的方式，更简单高效。

小提示：AFBC是Arm整个IP生态的核心组件之一。它是一种系统级的优化，并非VPU独有。对于ISP（图像信号处理器），Arm也有专用的AFBC模块来连接，实现端到端的带宽节省。

3.2 多路、多分辨率处理：核心调度器

对于云端和边缘侧场景，多路并发是刚需。“玲珑”VPU通过一个“核心调度器”来管理复杂的多核任务：

• 条带级调度： 多核并行工作时，按“条带”（slice）级别划分任务，任何核都可以通过核心调度器直接被硬件调度。
• 原生多上下文支持： “玲珑”VPU原生硬件可以支持4个上下文（context），也就是可以同时切换处理4路完全不同的视频场景。
• 总线仲裁： 配合总线仲裁器负责系统级的访存访问，与核互联进行整体判决，优化缓存，最终通过AXI总线输出。

3.3 低功耗与异步处理

为应对云端和边缘场景对功耗的严格要求，“玲珑”VPU也做了硬件层面的优化：

• 通过LPI接口（低功耗接口）实现低功率模式。
• 核心优化策略： 多核、异步处理是核心。不同需求可以使用不同的管理策略，灵活配置，更好地服务客户。

四、 软件与控制灵活性：开放的生态

“玲珑”VPU的强大不仅体现在硬件，更在于其灵活的软件架构和开放的态度。

4.1 高度灵活的算法与接口

• ME（运动估计）： “玲珑”VPU内部的算法非常灵活，ME目标的设定也很灵活。产品编码的迭代主要在ME层面实现。实力强劲的厂商完全可以使用自己的运动估计算法，因为ME的接口是极其开放的。
• MC（运动补偿）： 虽然标准统一，但具体的硬件实现方式也非常灵活。
• Transform（变换）： 负责所有变换，融合了不同的格式，均可通过参数进行控制。

4.2 核心组件详解

以下是“玲珑”VPU架构中几个关键的内部组件及其功能：

• RASC（资源与状态控制器）： 负责整体管理，数据流由核间的IPC（核间通信）控制管理。它采用一个小的MCU，代码和数据都在ram里，并通过外部快速访问接口与其他模块交互，具有极高的灵活调度性，能有效避免硬件风险。RASC的设计非常考验整体设计能力。
• MMU（内存管理单元）： 针对多路和安全进行设计。提供32位虚拟地址和40位物理地址，几乎可以满足所有场景需求。其属性管理（protect、可执行等）与SMMU类似，但架构更像GPU内的MMU。每个处理单元都有相应的uTLB配置，Micro uTLB和PTW（页表遍历）也做了相应的优化。
• SDMA（标准DMA）： 一个标准化的DMA（直接内存访问）控制器，除了处理码流（bitstream）外，还负责多个硬件加速单元控制结构之间的数据传输，确保系统级优化的顺畅。
• VDMA（视频DMA）： 负责Frame（帧）级别的控制管理，包括编码输入和解码输出数据。前后处理（如FORMATTER）也有独立的数据通路。最新一代的“玲珑”VPU在这一块增加了更多新功能。
• Deblock（去块滤波）： 负责滤波处理，以应对不同视频格式（如H.264、HEVC）的滤波需求，提升画质。
• Bitstream（码流处理）： 负责编解码码流的处理，在系统层面相对独立。它会将任务划分为“与码流相关”和“与帧相关”，在硬件层面进行两步管理。

五、 常见问题解答

Q1: “玲珑”VPU主要解决了行业中的哪些痛点？

A: 它主要解决的是视频处理场景碎片化的问题。过去，终端（手机、摄像头）、边缘（NVR）、云端（服务器）对视频编解码的需求差异巨大，芯片公司往往需要为不同场景设计不同的IP。“玲珑”VPU通过编解码融合、多核可扩展、灵活的软件配置和开放接口，用一套统一的架构，即可覆盖从单核到八核、从端到云的所有场景，极大地降低了客户的研发成本和风险。

Q2: AFBC到底是什么？它的优势在哪里？

A: AFBC是Arm Frame Buffer Compression的缩写，即“Arm帧缓冲压缩”。它是一种在系统层面进行的无损压缩技术，主要目的是节省内存带宽。它的优势包括：

• 降低带宽： 能有效降低35%以上的内部参考帧带宽，在GPU纹理渲染场景下甚至能降低55%的带宽。
• 高效处理图像旋转： 传统处理图像旋转需要把整帧数据读出来再操作，非常耗时和带宽。AFBC可以在内部通过优化方式直接支持旋转访问，效率极高。
• 生态协同： 作为Arm生态系统的一部分，AFBC可以无缝与Arm GPU、Display和ISP协作，实现系统级的整体带宽优化。

Q3: 如果我有自己的核心编解码算法，能否集成到“玲珑”VPU中？

A: 完全可以。这正是“玲珑”VPU设计上的一个亮点：“灵活性”。它在架构设计上非常开放，尤其是对ME（运动估计）模块的接口是完全开放的。如果您的团队拥有性能强大的自研ME算法，可以通过开放的接口将其集成进来，替换掉默认的算法，从而实现更优的编码效果或满足特定需求。

六、 结语

“玲珑”V6/V8视频处理器是安谋科技在视频编解码领域的一次重要创新。它不仅通过AFBC、多核扩展、编解码融合等技术解决了性能和带宽的挑战，更通过开放的软件架构和灵活的产品组合，为整个视频产业链提供了前所未有的选择空间。无论是应对高清化、智能化的浪潮，还是满足从端到云的多样化部署，“玲珑”VPU都展现出了强大的适应能力和前瞻性，是推动视频技术多元化发展的一股重要力量。