專利名稱：面向移動(dòng)設(shè)備的3d參數(shù)解碼系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及解碼和3D顯示技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于移動(dòng)設(shè)備的3D模型解碼與繪制的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)與圖形繪制技術(shù)的迅速發(fā)展，移動(dòng)設(shè)備已經(jīng)引入了 3D顯示功能。由于增加了透視與光影效果，與2D圖形顯示相比，3D繪制更形象更具有真實(shí)感。因此3D圖形再現(xiàn)技術(shù)是移動(dòng)設(shè)備中的研究熱點(diǎn)。當(dāng)前，大部分移動(dòng)設(shè)備用軟件模擬的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)3D圖形的繪制，不但占用了大部分的CPU資源，增加了 CPU功耗；而且圖形繪制的速度和質(zhì)量也受到了很大的限制。因此，用專用硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)設(shè)備的3D圖形繪制系統(tǒng)勢(shì)在必行。 3D圖形的繪制主要包括兩個(gè)部分，分別是頂點(diǎn)處理單元和光柵處理單元。頂點(diǎn)處理單元將場(chǎng)景中各個(gè)模型的頂點(diǎn)和法線進(jìn)行矩陣變換并將模型放到觀察空間中；根據(jù)物體的材質(zhì)、紋理以及光源的屬性等參數(shù)計(jì)算頂點(diǎn)的光照；根據(jù)物體距離眼睛的遠(yuǎn)近計(jì)算霧化因子；然后將位于觀察空間中的模型進(jìn)行投影變換，變換到一個(gè)單位立方體中；隨后進(jìn)行裁減操作，舍棄所有在單位立方體之外的圖元；最后將裁減后的圖元映射到屏幕上面，并進(jìn)行簡(jiǎn)單的背向面判斷后送入光柵處理單元。光柵處理單元首先將頂點(diǎn)處理單元傳來(lái)的數(shù)據(jù)送入掃描轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行掃描，產(chǎn)生被三角面覆蓋的每一個(gè)像素的位置；隨后送入插值單元進(jìn)行插值，算出每個(gè)像素的顏色、霧化因子、紋理坐標(biāo)等等；接著將紋理坐標(biāo)送入紋理貼圖單元，紋理單元返回的紋理顏色與插值出來(lái)的光照顏色進(jìn)行混合，并將混合的顏色送入霧化單元進(jìn)行霧化混合，得到最終的像素顏色；然后通過(guò)可見(jiàn)性測(cè)試判斷像素是否可以被看見(jiàn)，如果可見(jiàn)，則將像素的顏色寫入幀緩沖；最后顯示單元讀取幀緩沖的內(nèi)容進(jìn)行顯示。
為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，面向移動(dòng)設(shè)備的圖形加速硬件常采用固定功能的頂點(diǎn)處理單元，主要由轉(zhuǎn)換單元、光照單元以及裁減單元組成，只能實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和簡(jiǎn)單的光照功能，而且這些功能用戶無(wú)法修改。固定功能的頂點(diǎn)處理單元限制了 3D圖形繪制的靈活性，同時(shí)造成了硬件資源的浪費(fèi)。因此，使用處理器架構(gòu)來(lái)替代固定功能的硬件模塊，已經(jīng)是圖形硬件發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。 當(dāng)前的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)都是基于波形的編碼，H. 264視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)幾乎達(dá)到了基于波形編碼方法效率的極限。這種傳統(tǒng)的視頻編碼方法是利用基于平移的運(yùn)動(dòng)塊信源模型和顏色參數(shù)來(lái)描述物體的。為了進(jìn)一步降低碼率，近年來(lái)出現(xiàn)了基于3D參數(shù)的編碼方案，這種方法利用3D模型、攝像機(jī)參數(shù)和紋理圖像等來(lái)表示視頻內(nèi)容，經(jīng)過(guò)壓縮后進(jìn)行傳輸。要想在解碼端重建原始數(shù)據(jù)，就需要對(duì)3D模型進(jìn)行解碼和繪制。目前在移動(dòng)設(shè)備上還缺少能夠支持對(duì)這種編碼方案進(jìn)行解碼的硬件系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，提供一種可以對(duì)壓縮的3D模型進(jìn)行繪制的系統(tǒng)，以便支持3D參數(shù)的解碼。 本發(fā)明主要包括用于3D模型解碼和相關(guān)控制的通用處理器、可編程頂點(diǎn)處理單元和基于Tile的光柵處理單元，三者之間通過(guò)總線共享數(shù)據(jù)。頂點(diǎn)處理單元和光柵處理單元構(gòu)成圖形處理器，用于3D模型的繪制。通用處理器將解壓后的3D模型傳送到頂點(diǎn)處理單元，并負(fù)責(zé)啟動(dòng)頂點(diǎn)處理單元；接收到頂點(diǎn)數(shù)據(jù)后，頂點(diǎn)處理單元將頂點(diǎn)變換到正確的觀察位置中并根據(jù)光照模型和物體表面材質(zhì)計(jì)算光照；光柵單元?jiǎng)t根據(jù)處理后的頂點(diǎn)數(shù)據(jù)，建立三角面，進(jìn)行掃描轉(zhuǎn)換和顏色填充，最終將幀緩沖中數(shù)據(jù)送到LCD中進(jìn)行顯示。用戶可以根據(jù)需要改變頂點(diǎn)處理單元中的視點(diǎn)變換矩陣和光照模型，實(shí)現(xiàn)各種透視和光影效果。另外，為了降低功耗，減小電路的復(fù)雜度，在頂點(diǎn)處理單元和光柵處理單元中都采用了定點(diǎn)化的方法來(lái)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)通道。 本發(fā)明壓縮3D模型繪制系統(tǒng)，其中所述的可編程頂點(diǎn)處理單元包括
指令譯碼和控制系統(tǒng)用于指令的加載和譯碼； 四路并行ALU單元用于處理向量移動(dòng)、向量加以及向量比較等操作；
四路并行MAD單元用于處理向量乘、向量乘加以及向量點(diǎn)乘等操作；
特殊功能單元用于計(jì)算一些非線性函數(shù)的值； 存儲(chǔ)器單元用于通用處理器與頂點(diǎn)處理單元之間的數(shù)據(jù)交換以及臨時(shí)數(shù)據(jù)的存放。 本發(fā)明壓縮3D模型繪制系統(tǒng)，其中所述的基于Tile的光柵處理單元包括
掃描轉(zhuǎn)換單元用于產(chǎn)生被三角面覆蓋的像素的數(shù)據(jù)，包括坐標(biāo)，深度，顏色，紋理坐標(biāo)和霧化因子等； 紋理單元用于3D模型的紋理貼圖； 可見(jiàn)性測(cè)試單元將像素的深度與深度緩沖中的深度進(jìn)行比較，通過(guò)測(cè)試的像素的顏色被寫入顏色緩沖中； 顏色緩沖管理單元對(duì)像素的各個(gè)采樣點(diǎn)的顏色進(jìn)行混合，送到最終顯示的幀緩沖中。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。 圖l為本發(fā)明系統(tǒng)的框圖。 圖2是在本發(fā)明系統(tǒng)上對(duì)壓縮3D模型進(jìn)行繪制的一個(gè)實(shí)例流程圖。 圖3為可編程頂點(diǎn)處理單元的框圖。 圖4為四路并行ALU單元的框圖。 圖5為四路并行MAD單元的框圖。 圖6為特殊功能單元的框圖。 圖7為基于Tile的光柵處理單元的框圖。 圖8是紋理單元的框圖。 圖9是在通用處理器上進(jìn)行3DMC解碼的一個(gè)實(shí)例流程圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明系統(tǒng)包括通用處理器、可編程頂點(diǎn)處理單元、光柵處理單元、 SRAM控制器、DDR內(nèi)存控制器、程序存儲(chǔ)器、LCD控制器和時(shí)鐘控制器。通用處理器負(fù)責(zé)對(duì) 壓縮的3D模型進(jìn)行解碼以及其他硬件設(shè)備的初始化、啟動(dòng)、停止等。頂點(diǎn)處理單元和光柵 處理單元?jiǎng)t負(fù)責(zé)對(duì)3D模型進(jìn)行繪制。SRAM控制器用于管理寄存器堆文件的讀寫操作。程 序存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)通用處理器和頂點(diǎn)處理器上運(yùn)行程序的機(jī)器碼。LCD控制器負(fù)責(zé)將光柵 處理單元輸出的像素發(fā)送到LCD的幀緩沖中進(jìn)行顯示。時(shí)鐘控制器負(fù)責(zé)管理各個(gè)硬件單元 的時(shí)鐘信號(hào)。 由于定點(diǎn)計(jì)算能夠節(jié)省電路面積，降低功耗，因此在頂點(diǎn)處理單元和光柵處理單 元的數(shù)據(jù)通路中采用了定點(diǎn)化計(jì)算。在定點(diǎn)計(jì)算中，小數(shù)點(diǎn)位置的不同，數(shù)據(jù)所能表示的范 圍和精度也不一樣。因此，在數(shù)據(jù)位寬一定的前提下，數(shù)據(jù)范圍和數(shù)據(jù)精度相互矛盾，表示 范圍大精度就低，反之精度高則表示范圍就小。所以在設(shè)計(jì)中，必須根據(jù)頂點(diǎn)處理單元和 光柵處理單元的特點(diǎn)，選取合適的小數(shù)點(diǎn)位置。頂點(diǎn)處理單元的主要運(yùn)算是坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和光 照計(jì)算。對(duì)于移動(dòng)設(shè)備而言，屏幕的分辨率一般為QVGA，顏色的每個(gè)分量一般為5到8位， 因此在頂點(diǎn)處理單元，顏色采用8位的精度就可以滿足要求；而對(duì)于頂點(diǎn)坐標(biāo)和法線，通過(guò) 對(duì)大量3D模型繪制效果的統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)采用16位的精度能夠得到較好的效果。對(duì)于光柵處 理單元，由于移動(dòng)設(shè)備屏幕的分辨率有限，屏幕坐標(biāo)采用了 4位的精度；與頂點(diǎn)處理單元一 樣，顏色采用了8位的精度。 在本發(fā)明系統(tǒng)上對(duì)一個(gè)壓縮3D模型進(jìn)行繪制的過(guò)程如圖2所示。通用處理器首 先初始化各個(gè)硬件單元，例如定時(shí)器初始值設(shè)定、啟動(dòng)，頂點(diǎn)輸入寄存器清空等；然后通用 處理器將頂點(diǎn)處理單元運(yùn)行程序的機(jī)器碼從主存中加載到頂點(diǎn)處理單元的程序存儲(chǔ)器中； 之后通用處理器讀入壓縮的3D模型比特流，進(jìn)行解碼，得到模型的頂點(diǎn)、三角面等數(shù)據(jù)；通 用處理器通過(guò)總線接口將這些解壓后的數(shù)據(jù)發(fā)送到頂點(diǎn)處理單元中，通過(guò)API接口設(shè)置好 繪制的環(huán)境，例如光照模型、投影模式等，并啟動(dòng)頂點(diǎn)處理單元和光柵處理單元，進(jìn)行繪制； 最后在LCD上顯示繪制出的圖像。在這個(gè)過(guò)程中，用戶通過(guò)可編程頂點(diǎn)處理單元可以改變 投影模式和光照模型，例如選擇透視投影還是正交投影，選擇Phong光照模型還是各向異 性光照模型。 為了能夠兼容0penGL ES接口 ，使硬件支持這些API，本發(fā)明參照0penGL ES1. 1的 規(guī)范設(shè)計(jì)了頂點(diǎn)處理單元和光柵處理單元。對(duì)于3D模型的頂點(diǎn)坐標(biāo)和屬性而言，都可以用 四維向量表示，例如頂點(diǎn)坐標(biāo)可表示成(x， y， z， w)，頂點(diǎn)顏色可表示為(r， g， b， a)。因此 對(duì)頂點(diǎn)數(shù)據(jù)的處理可以轉(zhuǎn)換成四維向量的運(yùn)算。為了加快向量運(yùn)算，本發(fā)明采用了四路并 行單指令多數(shù)據(jù)的處理器架構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)頂點(diǎn)處理單元。頂點(diǎn)處理單元的框圖如圖3所示，主 要包括五個(gè)部分。第一部分是指令譯碼和控制系統(tǒng)，用于指令的加載和譯碼；第二部分是四 路并行ALU單元，用于處理向量移動(dòng)、向量加以及向量比較等算術(shù)運(yùn)算；第三部分是四路并 行MAD單元，用于處理向量乘、向量乘加以及向量點(diǎn)乘等乘加運(yùn)算；第四部分是特殊功能單 元，用于計(jì)算諸如倒數(shù)、指數(shù)和對(duì)數(shù)等非線性函數(shù)的值；第五部分是存儲(chǔ)單元，包括程序存 儲(chǔ)器、頂點(diǎn)輸入寄存器、頂點(diǎn)輸出寄存器、臨時(shí)寄存器、常量寄存器和輔助寄存器，用于通用 處理器和頂點(diǎn)處理單元之間數(shù)據(jù)的交換以及臨時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。 ALU運(yùn)算單元采用了 4路并行的單指令多數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以加快計(jì)算速度，結(jié)構(gòu)如圖4所示。ALU運(yùn)算單元的功能包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移、加法和比較，這些操作全部在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成。 ALU中4路32位加法器可在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成4路加法運(yùn)算；選擇器和控制邏輯負(fù)責(zé)實(shí) 現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移和比較的功能。根據(jù)繪制的功能需求，MAD運(yùn)算單元需要實(shí)現(xiàn)的功能有乘法、乘 加、三維向量和四維向量的點(diǎn)乘。同樣，為了提高速度，采用了 4路并行的單指令多數(shù)據(jù)結(jié) 構(gòu)，如圖5所示。MAD包含4個(gè)32位乘加運(yùn)算單元，每一路可以獨(dú)立對(duì)每一個(gè)分量進(jìn)行乘加 運(yùn)算，最后還可以把四個(gè)分量的結(jié)果相加完成點(diǎn)乘操作。 在光照計(jì)算中，涉及到除法運(yùn)算、指數(shù)運(yùn)算以及對(duì)數(shù)運(yùn)算，為了計(jì)算這些非線性函 數(shù)值，需要設(shè)計(jì)一個(gè)特殊功能單元。綜合考慮存儲(chǔ)器容量、運(yùn)算周期和計(jì)算精度，采用二次 多項(xiàng)式逼近法來(lái)實(shí)現(xiàn)特殊函數(shù)的求值計(jì)算。將一個(gè)非線性函數(shù)分成若干段，然后用二次多 項(xiàng)式對(duì)每一段進(jìn)行逼近擬合，并將每一段的逼近多項(xiàng)式系數(shù)存儲(chǔ)在一個(gè)表中。為了減小變 量的范圍，使得計(jì)算結(jié)果不至于溢出，在求取某個(gè)變量的函數(shù)值時(shí)，首先需要對(duì)該變量進(jìn)行 歸一化；然后判斷變量落在哪個(gè)段中，并從系數(shù)表中查出該段的系數(shù)；最后計(jì)算該變量的 二次多項(xiàng)式值，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整以消除歸一化的影響。特殊功能單元的結(jié)構(gòu)如圖6所示。
頂點(diǎn)處理單元將頂點(diǎn)變換到正確的位置，計(jì)算好頂點(diǎn)的光照系數(shù)并經(jīng)過(guò)裁剪和背 向面剔除后，光柵處理單元就可以進(jìn)行掃描轉(zhuǎn)換和顏色填充了。光柵處理單元完成三角面 到像素的轉(zhuǎn)換工作，也就是在頂點(diǎn)處理單元送來(lái)的三角面的三個(gè)頂點(diǎn)之間進(jìn)行填充，使得 三角面可以顯示在屏幕上，需要完成的操作有掃描轉(zhuǎn)換、三角面填充、紋理貼圖以及可見(jiàn)性 測(cè)試等。基于Tile的繪制方法每次只繪制屏幕上的一個(gè)小區(qū)域(Tile)，可以減少訪問(wèn)外 部存儲(chǔ)器的帶寬，更適合用于移動(dòng)設(shè)備的圖形處理器中?？紤]到這些因素，本發(fā)明采用基 于Tile的光柵處理單元設(shè)計(jì)方案，其結(jié)構(gòu)如圖7所示，主要包括光柵掃描轉(zhuǎn)換單元、像素 FIFO、紋理單元、可見(jiàn)性測(cè)試單元和顏色緩沖管理單元。 光柵掃描轉(zhuǎn)換單元負(fù)責(zé)三角面的填充以及像素的插值，實(shí)現(xiàn)屏幕坐標(biāo)系下三角面 到像素的轉(zhuǎn)換。本發(fā)明采用了基于Tile的塊掃描算法，首先通過(guò)掃描操作來(lái)測(cè)試Tile是否 與三角面包圍盒相交；如果相交，則將Tile細(xì)分為四個(gè)子塊，再判斷各個(gè)子塊是否與三角 面包圍盒相交；然后在與三角面包圍盒相交的子塊中進(jìn)行細(xì)分，直到細(xì)分到初始?jí)K的尺寸， 找出與三角面包圍盒相交的塊；接著在塊內(nèi)逐一判斷每個(gè)像素是否在三角面之內(nèi)；最后將 在三角面內(nèi)的像素輸出到像素FIFO中。其中在三角面包圍盒內(nèi)的塊掃描，采用了Zig-Zag 掃描方法，以便找到一系列與三角面相交的塊。 紋理單元主要包括以下幾個(gè)功能單元紋理地址產(chǎn)生單元，紋理Cache單元，紋理 解壓?jiǎn)卧图y理濾波單元。其中，紋理Cache單元由兩級(jí)Cache組成。紋理單元的硬件框 圖如圖8所示。紋理單元的工作過(guò)程是首先，經(jīng)過(guò)S3TC壓縮后的紋理以4X4的紋素塊 的方式保存在片外存儲(chǔ)器中；紋理地址產(chǎn)生單元根據(jù)光柵掃描轉(zhuǎn)換單元送來(lái)的紋理坐標(biāo)以 及紋理等級(jí)，計(jì)算紋素在內(nèi)存中的存放地址，該地址的標(biāo)簽送入LlCache進(jìn)行比對(duì)，如果命 中，直接從LlCache中將紋素的顏色值讀取出來(lái)，如果LlCache未命中，則向L2Cache提出 請(qǐng)求，如果L2Cache命中，則從L2Cache中提取一個(gè)紋素塊進(jìn)行紋理解壓，解壓的結(jié)果替換 掉LlCache中的某幾行；否則L2Cache將通過(guò)存儲(chǔ)器總線向片外存儲(chǔ)器請(qǐng)求一個(gè)壓縮塊的 數(shù)據(jù)；紋理濾波單元讀取空間相鄰的4個(gè)紋素的顏色值進(jìn)行雙線性濾波。
對(duì)于可見(jiàn)性測(cè)試單元，采用了 Z-Buffer算法，其過(guò)程是利用一個(gè)Z-Buffer(深 度緩沖單元)保存離人眼最近的點(diǎn)的深度值，并在繪制的過(guò)程中不斷進(jìn)行更新；當(dāng)從前級(jí)傳過(guò)來(lái)的像素的深度值比Z-Buffer中相應(yīng)的深度值要小，說(shuō)明這個(gè)像素是可見(jiàn)的，需要繪 制，將這個(gè)像素傳入下一級(jí)的同時(shí)更新Z-Buffer中的深度值；否則這個(gè)像素是不可見(jiàn)的， 予以拋棄。 顏色緩沖管理單元用于存儲(chǔ)通過(guò)可見(jiàn)性測(cè)試的像素的顏色信息。每個(gè)單元共存儲(chǔ) 32bit的R，G，B，A四個(gè)顏色分量。在一個(gè)Tile處理結(jié)束之后，保存在顏色緩沖中的顏色數(shù) 據(jù)需要拷貝到幀緩沖中，并且需要清除顏色緩沖為下一個(gè)Tile的繪制做好準(zhǔn)備。本發(fā)明采 用乒乓緩沖的方式， 一個(gè)緩沖單元供光柵處理單元使用，另一個(gè)供輸出控制單元使用。在光 柵化進(jìn)行的過(guò)程中，可以同時(shí)將上一個(gè)Tile的顏色緩沖的內(nèi)容進(jìn)行反走樣混合并拷貝到 片外幀緩沖進(jìn)行顯示。 為了驗(yàn)證本發(fā)明系統(tǒng)的有效性，在型號(hào)為XUPV2P的FPGA開(kāi)發(fā)板上實(shí)現(xiàn)了本系統(tǒng)。 開(kāi)發(fā)板上的FPGA型號(hào)為XC2VP30-FF896，含有13560個(gè)Slice單元、2個(gè)PowerPC硬核、136 個(gè)硬核乘法器和136個(gè)塊RAM。將FPGA自帶的其中一個(gè)PowerPC硬核作為通用處理器，并 將FPGA上的可編程邏輯單元設(shè)計(jì)成一個(gè)可編程頂點(diǎn)處理單元和一個(gè)基于Tile的光柵處理 單元。以一個(gè)經(jīng)過(guò)MPEG-43DMC工具壓縮后的模型顯示為例來(lái)驗(yàn)證系統(tǒng)能否正確的進(jìn)行解 碼和繪制。3D模型的3匿C解碼過(guò)程如圖9所示，首先從壓縮比特流的頭文件中得到頂點(diǎn) 數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)模式和量化方法；然后分別解壓頂點(diǎn)圖和三角面樹(shù)，得到連通信息和量化后的 頂點(diǎn)數(shù)據(jù)；最后對(duì)頂點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行反量化得到頂點(diǎn)屬性數(shù)據(jù)，從而完成解碼過(guò)程。通用處理器 完成比特流的解碼后，就可以啟動(dòng)頂點(diǎn)處理單元和光柵處理單元進(jìn)行繪制，整個(gè)過(guò)程如圖2 所示。為了降低通用處理器在運(yùn)行中的功耗，本發(fā)明對(duì)3DMC解碼程序進(jìn)行了優(yōu)化，主要是 (1)盡量減少動(dòng)態(tài)空間的申請(qǐng)與釋放操作。在3匿C的解碼過(guò)程中，需要進(jìn)行多次動(dòng)態(tài)空間 的分配申請(qǐng)與釋放，這是非常耗時(shí)的操作。采用靜態(tài)數(shù)組來(lái)代替這些動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)空間，可以加 快執(zhí)行時(shí)間，降低功耗。(2)減少條件分支和多重循環(huán)。條件分支的硬件開(kāi)銷非常高，盡量 采用條件移動(dòng)指令代替條件分支語(yǔ)句。多重循環(huán)會(huì)明顯降低高速緩存的性能。為最佳利用 高速緩存的性能， 一方面盡量在程序中減少多重循環(huán)；另一方面使引用數(shù)組的循環(huán)步進(jìn)順 序按照數(shù)組在內(nèi)存中排列的順序一致起來(lái)。(3)采用定點(diǎn)數(shù)。當(dāng)前移動(dòng)設(shè)備的通用處理器 大多不支持浮點(diǎn)類型運(yùn)算，應(yīng)用程序中的浮點(diǎn)數(shù)最終都需要轉(zhuǎn)換成定點(diǎn)數(shù)，否則通用處理 器不能處理。
權(quán)利要求
一種用于移動(dòng)設(shè)備的可以對(duì)壓縮的3D模型進(jìn)行繪制的系統(tǒng)，其特征在于包括通用處理器、可編程頂點(diǎn)處理單元和基于Tile的光柵處理單元，其中，所述通用處理器用于3D模型壓縮碼流的解碼和其他硬件設(shè)備的初始化、啟動(dòng)、停止控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于其中所述可編程頂點(diǎn)處理單元包括 指令譯碼和控制系統(tǒng)，用于指令的加載和譯碼；四路并行ALU單元，用于處理向量移動(dòng)、向量加以及向量比較操作； 四路并行MAD單元，用于處理向量乘、向量乘加以及向量點(diǎn)乘操作； 特殊功能單元，用于計(jì)算非線性函數(shù)的值；存儲(chǔ)單元，用于通用處理器與頂點(diǎn)處理單元之間的數(shù)據(jù)交換以及臨時(shí)數(shù)據(jù)的存放。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的四路并行ALU單元采用了 4路并 行的單指令多數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移、加法和比較操作。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的四路并行MAD單元采用了 4路并 行的單指令多數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包含4個(gè)32位乘加運(yùn)算單元，每一路可以獨(dú)立對(duì)每一個(gè)分量進(jìn)行 乘加運(yùn)算，最后還可以把四個(gè)分量的結(jié)果相加完成點(diǎn)乘操作。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的特殊功能單元采用二次多項(xiàng)式逼 近法來(lái)實(shí)現(xiàn)特殊函數(shù)的求值計(jì)算；將一個(gè)非線性函數(shù)分成若干段，然后用二次多項(xiàng)式對(duì)每 一段進(jìn)行逼近擬合，并將每一段的逼近多項(xiàng)式系數(shù)存儲(chǔ)在一個(gè)表中，最后通過(guò)查表進(jìn)行二 次多項(xiàng)式運(yùn)算得到最終計(jì)算結(jié)果。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于其中所述基于Tile的光柵處理單元包括光柵掃描轉(zhuǎn)換單元，用于三角面的填充以及像素的插值，實(shí)現(xiàn)屏幕坐標(biāo)系下三角面到 像素的轉(zhuǎn)換；像素FIFO，用于存儲(chǔ)所述光柵掃描轉(zhuǎn)換單元輸出的像素； 紋理單元，用于紋理貼圖和濾波；可見(jiàn)性測(cè)試單元，用于判斷像素是否可見(jiàn)，僅將通過(guò)可見(jiàn)性測(cè)試的像素送入顏色緩沖 管理單元，其他像素予以舍棄；顏色緩沖管理單元，對(duì)像素的各個(gè)采樣點(diǎn)的顏色進(jìn)行混合，送到最終顯示的幀緩沖中。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的光柵掃描轉(zhuǎn)換單元采用了基于 Tile的塊掃描算法，首先通過(guò)Zig-Zag掃描操作來(lái)測(cè)試Tile是否與三角面包圍盒相交；如 果相交，則將Tile細(xì)分為四個(gè)子塊，再判斷各個(gè)子塊是否與三角面包圍盒相交；然后在與 三角面包圍盒相交的子塊中進(jìn)行細(xì)分，直到細(xì)分到初始?jí)K的尺寸，找出與三角面包圍盒相 交的塊；接著在塊內(nèi)逐一判斷每個(gè)像素是否在三角面之內(nèi)；最后將在三角面內(nèi)的像素輸出 到像素FIFO中。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的紋理單元包括 紋理地址產(chǎn)生單元，根據(jù)光柵掃描轉(zhuǎn)換單元送來(lái)的紋理坐標(biāo)以及紋理等級(jí)，計(jì)算紋素(texel)在內(nèi)存中的存放地址；紋理Cache單元，由LI Cache和L2 Cache組成，其中LI Cache用于緩存從L2 Cache 中取出并經(jīng)過(guò)解壓的紋素塊，L2 Cache用于緩存從外部存儲(chǔ)器中取出的壓縮紋素塊；紋理解壓?jiǎn)卧?，用于解壓?jīng)過(guò)S3TC壓縮的紋素塊；紋理濾波單元，用于雙線性濾波。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于移動(dòng)設(shè)備的可對(duì)壓縮3D模型進(jìn)行繪制的系統(tǒng)，包括用于對(duì)3D模型壓縮碼流進(jìn)行解碼的通用處理器、用于繪制的由可編程頂點(diǎn)處理單元和基于Tile的光柵處理單元組成的圖形加速硬件。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是支持對(duì)壓縮3D模型的繪制；頂點(diǎn)處理單元具有可編程功能，用戶可任意修改顯示的視角和模型的光影效果；基于Tile的光柵處理單元只需要很小的深度緩沖和顏色緩沖，可集成在片內(nèi)，從而可以減小訪問(wèn)外存的帶寬；兼容OpenGL ES接口；可廣泛應(yīng)用于手機(jī)、PDA等移動(dòng)設(shè)備上的3D界面交互、3D游戲、3D導(dǎo)航等。
文檔編號(hào)H04N7/26GK101754039SQ20091024382
公開(kāi)日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2009年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月22日
發(fā)明者池凌鴻, 袁紅星, 郭立, 陳運(yùn)必, 韓龍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)