Systemarchitekturen für Multimedia

Multimediasysteme stellen wegen ihrer Echtzeitanforderungen und komplexen Kodierungsverfahren besonders hohe Anforderungen an den Systementwurf. Dies gilt insbesondere für die Realisierung von mobilen Systemen, da hier neben einer hohen Rechenleistung auch noch eine hohe Energieeffizienz gefordert ist. Eine rein softwarebasierte Lösung auf Universalprozessoren ohne spezielle Hardwarebeschleuniger scheidet daher in vielen Fällen aus. Vielmehr werden spezielle Systemarchitekturen benötigt, welche neben einer möglichst weitgehenden Programmierbarkeit auch spezielle Hardwareunterstützung für rechenintensive Aufgaben vorsehen. Auch muss der Schutz und die Authentizität multimedialer Daten gewährleistet werden. Die Vorlesung beschäftigt sich daher mit speziellen Systemarchitekturen zur Realisierung multimedialer Anwendungen. Anhand von gängigen Video- und Bildkodierungsstandards werden gebräuchliche Rechenschritte in der Bild- und Videoverarbeitung aufgezeigt und darauf abgestimmte Prozessorstrukturen und Befehlssatzerweiterungen vorgestellt. Ferner werden Schaltungsstrukturen besprochen, welche eine effiziente Hardwareimplementierung gängiger Operation bei der Bild- und Videokodierung ermöglichen. Auch wird gezeigt, wie entsprechende Hardwarebeschleuniger in ein prozessorbasiertes System integriert und angesprochen werden können. Als eine besondere Form der Hardwarebeschleunige können GPUs angesehen werden, deren Programmierung mit OpenGL ebenfalls behandelt wird. Zum Schluss der Vorlesung erfolgt die Betrachtung von Verfahren zum Schutz von multimedialer Daten, deren Hardwareunterstützung sowie eine kurze Diskussion des strukturellen Aufbaus von Ein-/Ausgabegeräten. Die Themen der Vorlesung sind im Einzelnen:

• Leistungsanforderungen von Multimediaanwendungen an Rechner und Systeme
• Befehlssatzerweiterungen von x86-Prozessoren
• Systemaufbau von Spielkonsolen und Multimediasystemen
• Schaltungsstrukturen zur Realisierung grundlegender Operationen in der Bild- und Videoverarbeitung
• Systemintegration von Hardwarebeschleunigern
• Programmierung von Multimediaanwendungen mit OpenGL
• Schutz und Authentizität multimedialer Daten

• D. G. Bailey: Design for Embedded Image Processing on FPGAs, Wiley & Sons 2011, ISBN 978-0-470-82849-6
• D. Kusswurm: Modern x86 Assembly Language Programming, Apress 2015, ISBN 978-1-4842-0065-0
• A. Nischwitz, M. Fischer, P. Haberäcker, G. Socher: Computergrafik und Bildverarbeitung, Band I, Vieweg + Teubner, 2011, ISBN 978-3-8348-1304-6
• G. Sellers, R. S. Wright, N. Haemel: OpenGL SuperBible: Comprehensive Tutorial and Reference, Addison Wesley, 2013, ISBN 978-0321902948
• I. Richardson: The H.264 Advanced Video Compression Standard, John Wiley & Sons, 2010, ISBN 978-0470516928