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María Ferragut Fiol
Introducción
Reproductores
MP4
Mercado Actual
• Procesadores de propósito
general
• Extensiones Multimedia
• Aceleradores Hardware
Introducción
Reproductores
MP4
Mercado Actual
• Procesadores de propósito
general
• Extensiones Multimedia
• Aceleradores Hardware
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MP4 es un formato de archivo contenedor que forma parte del estándar MPEG-4 parte
14,del cual hablaremos a continuación. Este archivo contenedor se utiliza ampliamente
para distribuir vídeo y audio.
El estándar MPEG-4, es el nombre de un grupo de estándares de codificación de audio y
video así como su tecnología relacionada normalizada por el grupo MPEG .
MPEG-4 toma muchas de las características de MPEG-1 y MPEG-2 así como de otros
estándares relacionados.
El video es problemático en términos de almacenamiento y transmisión debido al extenso
tamaño de los archivos. Un video no comprimido, de pantalla completa significa la
necesidad de 30 archivos de imagen de 1MB, cada uno, por segundo, sin incluir las
señales de sonido.
El estándar de compresión de video MPEG-2, a través de comparaciones entre una trama
de video y las sucesivas, nos permite que se almacene o envíe solo la información de los
cambios entre las tramas, el resto será repetida de la primera trama, de esta forma mucha
de la data original puede ser dejada de transmitir, reduciendo el ancho de banda
necesario. El único problema es que el mínimo denominador común de una trama simple
sigue siendo comparativamente largo. Para ahorrar espacio, MPEG-4 reconoce objetos
individualmente dentro de la trama. Manipulando cada objeto en forma individual, MPEG4 es capaz de desechar una mayor cantidad de información, obteniendo órdenes de
compresión que van de 8 a 12 veces menos que los obtenidos en MPEG-2. Con MPEG-4
puede comprimirse la información de un DVD de 8 GB en un CD de 700MB.
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Existen principalmente dos tipos de reproductores,
clasificados según su modo de almacenamiento:
Reproductores basados en Flash: Éstos son dispositivos
que almacenan ficheros de audio digital en memoria
interna o externa, como tarjetas de memoria.
Normalmente son dispositivos con poca capacidad de
almacenamiento, típicamente entre 256MB-8GB.
Reproductores basados en disco duro: Dispositivos que
leen ficheros de vídeo, imágenes y audio desde un disco
duro. Estos reproductores tienen capacidades de
almacenamiento mucho más grandes, desde 5GB a 200GB,
dependiendo en la tecnología del disco duro.
Introducción
Reproductores
MP4
Mercado Actual
• Procesadores de propósito
general
• Extensiones Multimedia
• Aceleradores Hardware
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Actualmente en la creación de los
reproductores mp4 nos encontramos con un
mercado muy competitivo, en donde el más
mínimo avance es un total y absoluto secreto,
así pues hoy por hoy para el procesamiento
del MPEG4 se utilizan diversas técnicas de las
cuales trataremos a continuación
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Los PPG son procesadores genéricos
(ARM,Intel) a los cuales se les programa para
que sean capaces de codificar o decodificar
MPEG-4
De todos los PPG trataremos de 3
principalmente, que son sin duda los más
usados en la actualidad:
ARM
MIPS
PPC
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ARM
ARM2, posee un bus de datos de 32 bits y ofrece
un espacio de direcciones de 26 bits, junto con 16
registros de 32 bits. Uno de estos registros se
utiliza como contador de programa,
aprovechándose sus 4 bits superiores y los 2
inferiores para contener los flags de estado del
procesador. Posee sólo 30 000 transistores
ARM3, incluye una pequeña memoria caché de 4
KB, lo que mejora los accesos a memoria
repetitivos.
ARM6 el núcleo mantuvo su simplicidad a pesar de
los cambios: en efecto, el ARM2 tiene 30 000
transistores, mientras que el ARM6 sólo cuenta
con 35 000. La idea era que el usuario final
combinara el núcleo del ARM con un número
opcional de periféricos integrados y otros
elementos, pudiendo crear un procesador
completo a la medida de sus necesidades.
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La mayor utilización de la
tecnología ARM se
alcanzó con el procesador
ARM7TDMI, con millones
de unidades en teléfonos
móviles y sistemas de
videojuegos portátiles.
El diseño del ARM se ha
convertido en uno de los
más usados del mundo,
desde discos duros hasta
juguetes. Hoy en día,
cerca del 75% de los
procesadores de 32 bits
poseen este chip en su
núcleo.
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MIPS
Con el nombre de MIPS se conoce a toda
una familia de microprocesadores de
arquitectura RISC desarrollados por MIPS
Technologies.Las primeras arquitecturas
MIPS fueron implementadas en 32 bits
(generalmente caminos de datos y
registros de 32 bits de ancho),
posteriormente se implementaron
versiones en 64 bits.
R2000, añadía instrucciones multiciclo
para la multiplicación y la división en
una unidad independiente integrada en
el procesador. Además soportaba hasta
cuatro co-procesadores, uno de los
cuales estaba integrado en la CPU
principal para el manejo de excepciones
e interrupciones, mientras que los otros
tres estaban destinados a otros usos.
R3000 añadía una caché de 32 kB
(pronto aumentada a 64 kB) para
instrucciones y datos.
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MIPS
R4000 se extendió el juego de instrucciones del
MIPS para constituir una auténtica arquitectura
de 64 bits y se movió la FPU (unidad de punto
flotante) al mismo circuito para crear un sistema
de chip único, operando a una velocidad de
reloj radicalmente superior (inicialmente 100
MHz).
R8000 fue el primer diseño MIPS superescalar,
capaz de ejecutar dos operaciones de ALU y
otras dos de memoria en cada ciclo de reloj.
R10000 era un diseño de chip único, con mayor
velocidad de reloj que el R8000, y mayores
cachés primarias de 32 kB para instrucciones y
datos. Aún con una FPU(unidad de punto
flotante) más simple, la vasta mejora en las
operaciones con enteros, su menor precio y la
mayor densidad hicieron del R10000 el
preferido por muchos clientes. Los diseños más
recientes se basan en el R10000
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PPC
PowerPC (PPC) es el nombre original
de la arquitectura de computadoras de
tipo RISC, fue desarrollada por IBM,
Motorola y Apple. Los procesadores de
esta familia son producidos por IBM y
Freescale Semiconductor que es la
división de semiconductores y
microprocesadores de Motorola,
siendo utilizados principalmente en
ordenadores o computadores
Macintosh de Apple Computer
El PowerPC 7447 es un procesador de
32 bits de un solo núcleo que fue
usado extensamente por Apple en sus
líneas Powerbook, ibook y Mac mini
desde finales del año 2003 hasta
finales del 2005 justo antes de
cambiar a procesadores Intel.
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PPC
Estos procesadores se usaron en velocidades
de 1 Ghz en el Powerbook de 12" DVI hasta
1.67Ghz en el Powerbook de 15" y 17" dual
layer. Estos últimos usaron una variación
llamada 7447a. Apple denominó a este
procesador como G4 al igual que las
versiones anteriores como el 7455. Lo
destacable de un procesador G4 era que
incluía por primera vez el set de instrucciones
Altivec o Velocity Engine como lo publicitaba
Apple, el cual no estaba disponible en la
generación anterior de procesadores
conocidos como G3. El G5 o 750 también
incluía este set de instrucciones pero era de
64 bits. El G5 consumía más energía que el
G4 y se calentaba considerablemente más por
lo que nunca fue utilizado en máquinas
pequeñas o portátiles, por eso coexistió con
el 7447.
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Las extensiones multimedia (MMX )es un Conjunto de
instrucciones SIMD diseñado por Intel e introducido
en 1997 en sus microprocesadores Pentium MMX.
MMX agregó 8 nuevos registros a la arquitectura,
conocidos como MM0 al MM7 (en adelante llamados
MMn) Cada uno de los cuales es un número entero de
64 bits. Sin embargo, uno de los conceptos principales
del juego de instrucciones MMX es el concepto del tipo
de datos compactados, que significa en lugar de usar
el registro completo para un solo número entero de
64 bits, se puede usar para almacenar dos enteros de
32 bits, cuatro enteros de 16 bits u ocho enteros de 8
bits .
Para simplificar el diseño y evitar modificar el sistema
operativo para preservar el estado adicional a través
de los interruptores de contexto, MMX reutiliza los
ocho registros existentes de la FPU. Por ello es muy
difícil trabajar con la FPU y MMX a la vez. Para
maximizar el rendimiento, los programadores deben
utilizar el procesador exclusivamente en un modo o el
otro, retrasando todo lo posible el lento paso de un
modo a otro.
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Otro problema para MMX es que sólo soporta operaciones con
números enteros. Cada uno de los ocho registros de 64 bits del
vector MMX, pueden representar 2 números de 32 bits, cuatro de
16 u 8 de 8 bits. Por otra parte, sus nuevas operaciones
aritméticas incluyen las operaciones aritméticas de saturación, lo
que podría acelerar perceptiblemente el procesamiento digital de
señales. Por ello mejora el rendimiento de la multimedia.
Intel solucionó esos problemas más adelante con SSE, un
conjunto de instrucciones SIMD más ampliado con soporte de
coma flotante de 32 bits y un sistema adicional de vectores de
registros de 128 bits que hacen más sencillo usar SIMD y FPU al
mismo tiempo
Intel y su mayor competidor AMD llegaron a un acuerdo de
compatibilidad por el que éste último sacó al mercado
microprocesadores con el juego de instrucciones MMX, los
procesadores AMD K6. Más tarde AMD daría un paso más,
añadiendo a sus procesadores un nuevo juego de instrucciones
para operaciones en coma flotante: 3DNow!.
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En este punto vamos a destacar únicamente
dos grupos:
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GPUs
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ASIC
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Una GPU es un procesador dedicado
exclusivamente al procesamiento de
gráficos, para aligerar la carga de trabajo
del procesador central. De esta forma,
mientras gran parte de lo relacionado con
los gráficos se procesa en la GPU, la CPU
puede dedicarse a otro tipo de cálculos
Si bien en un computador genérico no es
posible reemplazar la CPU por una GPU, hoy
en día las GPU son muy potentes y pueden
incluso superar la frecuencia de reloj de una
CPU antigua (más de 500 MHz). Pero la
potencia de las GPU y su dramático ritmo de
desarrollo reciente se deben a dos factores
diferentes. El primer factor es la alta
especialización de las GPU, ya que al estar
pensadas para desarrollar una sola tarea.
Por ejemplo, las GPU actuales están
optimizadas para cálculo con valores en
coma flotante, predominantes en los
gráficos 3D.
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Por otro lado, muchas aplicaciones gráficas conllevan un
alto grado de paralelismo inherente, al ser sus unidades
fundamentales de cálculo (vértices y píxeles)
completamente independientes.
Por tanto, es una buena estrategia usar la fuerza bruta
en las GPU para completar más cálculos en el mismo
tiempo. Los modelos actuales de GPU suelen tener una
media docena de procesadores de vértices, y hasta dos
o tres veces más procesadores de fragmentos o píxeles.
De este modo, una frecuencia de reloj de unos 500600MHz, muy baja en comparación con lo ofrecido por
las CPU, se traduce en una potencia de cálculo mucho
mayor gracias a su arquitectura en paralelo.
Una de las mayores diferencias con la CPU estriba en su
arquitectura. A diferencia del procesador central, que
tiene una arquitectura de von Neumann, la GPU se basa
en el Modelo Circulante. Este modelo facilita el
procesamiento en paralelo, y la gran segmentación que
posee la GPU para sus tareas.
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Los algoritmos de procesado de señal de video se caracterizan por una
complejidad computacional bastante elevada y un alto consumo de
memoria, desde que las arquitecturas multicore pueden proporcionarnos
una gran capacidad computacional y un gran rendimiento son perfectas
para aplicaciones de procesado de video, sin embargo, es muy difícil
sobrellevar el incremento de complejidad que tienen los sistemas
últimamente y el costo de los sistemas multicore para las aplicaciones
de procesado de video. Se necesita, por tanto, una plataforma
apropiada, que sea capaz de satisfacer los requerimientos variantes de
una diversidad de estándares de video.
Una plataforma debe ser pensada como un diseño parcial para un
sistema concreto, que puede requerir varios procesadores, software
embebido, y suficiente flexibilidad para encajar en las necesidades del
cliente y/o mercado, no solo las cuestiones técnicas. El punto clave es
cómo identificar esos diseños parciales dentro de un sistema mayor y
convertirlos en plataformas, o de otra manera, cómo identificar una
parte del sistema que encaja en una plataforma existente.
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Una plataforma sirve para propósito de reusabilidad, para que no se deba
comenzar cada vez desde cero. Por lo tanto las plataformas se deben elaborar
considerando principios sólidos y duraderos y no sólo consideraciones de
mercado. Estos principios pueden ser entendidos como estándares actuales, ya
que la elección de un buen estándar puede dar larga vida al producto y su familia.
Además, los estándares proporcionan cierto nivel de seguridad y duración de los
algoritmos, y el uso de componentes reales comunes por un largo periodo de
tiempo, incluyendo actualizaciones. Como ejemplo de estándares constantes, que
pueden usarse para extraer especificaciones están MP3 o MPEG4. Éstos pueden
agruparse y estudiarse para encontrar el denominador común máximo dentro de
su grupo, siendo así posible definir una arquitectura común que satisfaga los
requisitos. Si consideramos, como ejemplo, audio como un grupo de aplicaciones,
se puede usar MP3 como el caso de estudio y luego puede ser extendido a otros
miembros del grupo, como AAC o WMA, con requisitos técnicos parecidos.
Las mayores ventajas que ofrecen las plataformas son el corto time-to-market,
que es posible, a priori, debido al dominio de la arquitectura: su comportamiento
y su rendimiento, la viabilidad de implementación, optimización y personalización.
Estimaciones de área, velocidad y consumo de energía se pueden obtener gracias
a diseños previos realizados en la misma plataforma, dando así un gran nivel de
conocimiento del producto final.
Introducción
Reproductores
MP4
Mercado Actual
• Procesadores de propósito
general
• Extensiones Multimedia
• Aceleradores Hardware
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Hoy en día tenemos una amplia gama de
reproductores en el mercado, desde los
grandes gigantes como Appel hasta las
variadísimas imitaciones procedentes de
China o Taiwan. Nosotros nos centraremos en
los 3 más importantes:
Ipod
Zen
Zune
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Ipod
El reproductor por excelencia, es el favorito
de la mayor parte de los compradores, fue
creado por Apple Inc. con pantalla a color y
disco duro, o en el caso del iPod nano, el iPod
shuffle y el iPod touch con memoria flash.
Actualmente, la línea de productos iPod se
compone de cuatro series:
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iPod shuffle (segunda
Generación), sin pantalla
y con una memoria flash
de 1 y 2 GB (en color
plateado, azul, verde y
rosa). Existe una edición
especial con carcasa roja
denominado iPod shuffle
(PRODUCT)RED).

iPod nano (cuarta
generación), con posibilidad
de reproducción de vídeo y
fotos, y equipado con una
memoria flash de 8 o 16 GB
(en color plateado, negro,
púrpura, azul, verde,
amarillo, naranja y rosa).
También existe una edición
especial con carcasa roja
denominada iPod nano
(PRODUCT)RED, disponible
con las mismas capacidades
que los demás colores, 8 o
16 GB.

iPod classic (sexta
generación), con
posibilidad de
reproducción de vídeo y
fotos, y equipado con
un disco duro de 120
GB.

iPod touch (segunda
generación) equipado
con memoria de 8GB,
16GB ó 32GB, con
pantalla multi-táctil, WiFi y Safari (en color
negro). Puede ser
equiparable a un iPhone
de primera generación
(EDGE) sin acceso a las
redes GSM y EDGE.
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Zen
El reproductor Zen, perteneciente a
la compañía creative tiene una
amplia gama de productos en donde
su última puesta al mercado la
realizo con el Zen X-Fi en sus
versiones de 16 y 32 GB, con la
tecnología de redes inalámbricas
que hace posible la trasferencia de
música y vídeos desde el PC al
reproductor desde cualquier lugar
de la casa, descargar contenido y
chatear. Disfruta de tus vídeos y
fotos con su gran pantalla a color, y
comparte tu música con su altavoz
integrado. Con radio FM, grabadora
de voz y ranura para tarjetas SD,
almacenamiento y una pantalla de
2,5 pulgadas con 16,7 millones de
colores
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Zune
El principal objetivo de Microsoft con este
reproductor es arañar mercado al principal líder
del sector, el iPod de Apple: desde que Apple
lanzó su reproductor de música digital, la
empresa ha vendido 100 millones de
reproductores, así como centenares de millones
de canciones a través de su servicio de Internet
iTunes. Mientras que la primera versión del
Zune, de 30 GB, vendió 1,2 millones de
unidades.
El Zune está disponible en tres versiones. El
modelo de más capacidad es el de 80 gigabytes
(80 GB), que utiliza un disco duro para
almacenar archivos, ya sean de música,
fotografía o vídeo. Este modelo es capaz de
reproducir formatos MP3, WMA, WMA Lossless,
WMA DRM (Digital Rights Management), la
versión DRM de Zune Pass, así como vídeos
codificados con WMV, h.264 y MPEG-4.
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La pantalla LCD es de 3,2 pulgadas y con
una resolución de 320x240 píxeles.
Además, todas las versiones de Zune (4,
8, 30 y 80 GB) cuentan con sintonizador
de radio FM con RDS y la capacidad de
sincronizarse con un ordenador de forma
inalámbrica para transferir archivos a
través de WiFi.
Los modelos de 4 y 8 Gb utilizan
memoria "flash" para almacenar los
archivos, lo que les permite tener unas
dimensiones más reducidas que el de 80
Gb. Con una pantalla de 1,8 pulgadas y
una resolución de 320x240 píxeles,
pueden reproducir los mismos formatos
de audio y vídeo que la versión mayor.
María Ferragut Fiol