400 miljoner operationer per sekund Den tunga uppgiften för mediaprocessorer är att koda och avkoda Mpeg-video. Mpeg-kodaren söker rutor i föregående bild som kan återanvändas i nästkommande bild. Okomprimerad video ligger långt över den tillgängliga bandbredden i mobilnäten, både nu och i framtiden. Kodningsstandarden Mpeg jämför en bild med föregående bild och letar efter likheter, som därmed inte behöver överföras på nytt. När exempelvis kameran panorerar, ligger det mesta av bilden kvar, flyttad en liten bit. Det kallas rörelseuppskattning (motion estimation) och är det tyngsta steget i videokomprimeringen. Bilden delas i block om 16 x 16 bitar, som söker sin motsvarighet i nästföljande bild, 256 små positioner prövas. För 15 bilder per sekund QCIF-Mpeg4 krävs cirka 200 + 200 miljoner subtraktioner och additioner per sekund bara för rörelseuppskattningsdelen av komprimeringsalgoritmen. Knepet i Mpeg-acceleratorer är att använda mängder av beräkningselement som räknar på bilden parallellt.

Att digitalisera video är den tyngsta räkneuppgiften för multimediamogna mobiler. Videon kan hanteras i programvara, men ju mer hårdvarustöd som finns, desto lägre strömförbrukning och fler möjligheter att öppnas.

Det skapar en marknad för så kallade mediaprocessorer, ett begrepp vid definition med videohanteringen som den gemensamma nämnaren.

Tvåvägs videokommunikation är en tung uppgift för en liten batteridriven nalle. I värsta fall ska bilderna sparas undan samtidigt. Utan att störa kommunikationen.

Önskelistan från mobiltillverkarna blir allt mer krävande. Halvledarleverantörerna svettas under specifikationerna av kommande generationers mobiltelefoner.

Det är i alla fall svaret från Texas Instruments, på frågan om inte kapaciteten i de lösningar som dyker upp nu på marknaden är större än man kan ha nytta av i en batteridriven apparat i ett mobilnät med ganska futtig bandbredd, 3G inräknat.

- Nej, på en del marknader är det vi som får försöka hänga med i svängarna. Under det senaste halvåret har vi varit tvungna att repositionera våra erbjudanden, säger Mike Yonker, chefsingenjör för trådlöst på Texas Instruments.

"försöker hänga med"

ST Microelectronics nya multimediachips Nomadik kan demonstrera de nya möjligheterna. Kretsen kan hantera video upp till VGA-upplösning (640 x 480 punkter). Och den behöver bara 20 mW för att visa video enligt kodningsstandarden Mpeg4 i QCIF-upplösning (176 x 144) i 15 bilder per sekund.

Knepet är hårdvaruaccelererad videobearbetning.

- Att försöka göra video med en vanlig DSP eller en vanlig processor med speciella instruktioner är en mardröm. Både när det gäller programmering och strömförbukning, säger Marco Rossi produktmarknadschef på ST.

Spindeln i systemkretsen Nomadik är en Arm926E-JS-processor på 350 MHz. Men i bakgrunden finns separata acceleratorer för video och audio, som hämtar och bearbetar data helt oberoende av Armprocessorn, som kan ägna sig åt andra uppgifter, eller till och med vila i strömsparläge.

MPEG krävande format

Snabba datakanaler till acceleratorn, i Nomadik en Ambabuss, är lika viktiga som bearbetningen. Den okomprimerade QCIF-signalen - som ska in när man komprimerar och ut när man dekomprimerar - ligger på 9 Mbit/s.

Texas Instruments och Intel använder samma typ av lösning, en applikationsprocessor plus en DSP för videoberäkningar.

Också Motorola håller på att ta fram en systemkrets med integrerad videoacceleration runt sin egen processor Dragonball MX. Finska Hantro leverar videoaccelerationen i form av program- och hårdvara. Planerna annonserades i november förra året.

Hantros prestanda imponerar. QCIF-avkodning i 15 bilder per sekund kräver bara 4 mW. Kodningen avklaras på 11 mW. Motsvarande siffror för en ensam Arm920T som komprimerar helt i programvara är, enligt Hantro, 46 respektive 81 mW. Då är siffrorna ändå inte jämförbara, Armkodaren ger sämre bildkvalitet.

Man kan säga att det finns två typer av mobiler som vill kunna använda video.

Dels finns den "applikationsorienterade" mobilen som i princip är en handdator med ringmöjligheter. Den använder ett generellt operativsystem som Symbian, PalmOS, Linux eller Windows. Här finns Sony Ericsson P800 och Nokias Smartphone.

Dels finns den "basbandsorienterade" mobilen, som arkitekturmässigt härstammar ur den gamla pratmobilen. Den har en basbandsprocessor och en display och bara det lilla extra som krävs för att ge mobilen multimedia. Det här är den japanska modellen. Programmerbarhet finns i stället i nedladdningsbara javaprogram. Hitachis Mobile-SH kan representera denna typ av mediaprocessor.

Mobile-SH kopplas in mellan basband och display. När den behövs för video eller Java arbetar den, resten av tiden är nallen en pratmobiltelefon, och Mobile-SH drar en ynka uA.

Minimalism är filosofin. Hitachi förespråkar en mobil utan applikations-OS, bara ett realtids-OS. Det sparar kanske 8 Mbyte i minneskrav.

Accelerator öppnar dörrar

Produkter runt Mobile-SH finns i Japan nu, men europeiska tillverkare har upptäckt det japanska minimalistiska konceptet och modeller kommer att finnas i butikerna under detta halvår.

Hur står sig då dessa typer prestandamässigt relativt varandra? Det är inte det lättaste att mäta.

Hårdvaruacceleration öppnar onekligen dörrar. En extra DSP öppnar en dörr och dedicerade parallella bildanalyskretsar ytterligare en.

Det ligger på gränsen till det möjliga att låta en ensam batteridriven Armprocessor i realtid samtidigt koda en videoström och avkoda en annan. Även om den klarar det så drar den mycket mer ström än en videoaccelererad lösning, och ger sämre bildkvalitet genom att fuska med algoritmerna - Mpeg ger komprimeraren en valfrihet mellan noggrannhet och snabbhet.

Å andra sidan äter displayer mycket ström, och det jämnar ut skillnaderna i strömförbrukning. Med priser runt 500 kronor jämnar displayerna också ut skillnader i materialkostnad.

Det går alltid att köpa fler bilder per sekund genom att öppna kranarna till batteriet mer. Man kan inte heller bortse från hur systemet som helhet kommer att användas. Om multimediamöjligheterna används sällan är till exempel minimal förbrukning i vänteläge viktigt.

I grunden är prestandamåttet på video följande: antal watt för att koda eller avkoda en videosignal med given bildfrekvens, kodningsteknik och bildstorlek.

Facit kommer inte att kunna finnas förrän produkterna finns i handeln. Konsumenten kommer att behöva nya jämförelsevärden, som strömförbrukning för inspelning och uppspelning av ljud och video. Och simultankapaciteten för ljud, video och prat.

Jan Tångring