home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ NetNews Usenet Archive 1992 #19 / NN_1992_19.iso / spool / comp / dsp / 2046 < prev    next >
Encoding:
Internet Message Format  |  1992-08-29  |  17.8 KB

  1. Path: sparky!uunet!gatech!darwin.sura.net!zaphod.mps.ohio-state.edu!pacific.mps.ohio-state.edu!linac!att!ucbvax!VNET.IBM.COM!marni
  2. From: marni@VNET.IBM.COM ("Marni Goldshlag   marni@vnet.ibm.com")
  3. Newsgroups: comp.dsp
  4. Subject: Mwave
  5. Message-ID: <9208281758.AA13372@ucbvax.Berkeley.EDU>
  6. Date: 28 Aug 92 17:31:14 GMT
  7. Sender: daemon@ucbvax.BERKELEY.EDU
  8. Lines: 362
  9.  
  10. The following is a description of Mwave:
  11.  
  12.  
  13.                         Marni Goldshlag
  14.                         Team Mwave
  15.                         IBM
  16.                         Research Triangle Park, NC
  17.  
  18.  IBM and TI have announced an alliance and disclosed information
  19.  about Mwave which is an open platform for multi-media computing.
  20.  The Mwave technology is the merging of an innovative multi-media
  21.  Digital Signal Processor (DSP) and a realtime software
  22.  scheduling environment.  Mwave enables multiple DSP tasks to
  23.  execute in a realtime environment and to be dynamically scheduled
  24.  to GUARANTEE no loss of data, image, or sound objects.  Mwave has
  25.  the unique capabilities of being able to load and unload tasks
  26.  into the DSP while other tasks are currently executing.
  27.  
  28.  The Mwave technology is an OPEN architecture that allows 3rd-party
  29.  programmers to write new DSP tasks and PC drivers/applications
  30.  and add them to the existing library.
  31.  
  32.       ZDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD?
  33.       | Mwave Operating System (Mwave/OS) Overview |
  34.       @DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDY
  35.  
  36.  The Mwave signal-processing subsystem has been specifically designed
  37.  to meet the demanding performance requirements of multimedia
  38.  applications.  This performance capability is achieved by a high
  39.  level of synergism between the core signal processor, Mwave Operating
  40.  System (Mwave/OS), and multitasking host interface components.
  41.  These resources and the host software are effectively VIRTUALIZED
  42.  so that each task may operate independently of other tasks running
  43.  in the system.  The result is a robust application environment
  44.  in which signal processing tasks for speech, audio, video,
  45.  telecommunications, and other diverse sources can be started
  46.  and terminated on a dynamic real-time basis.
  47.  
  48.  
  49.                ZDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD?
  50.                | Mwave Task Library |
  51.                @DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDY
  52.  
  53.  The Mwave task library contains a collection of digital signal
  54.  processor (DSP) tasks to support common multimedia applications.
  55.  These tasks utilize many of the features of the Mwave processor
  56.  and operate on the Mwave demonstration card.  Each of the Mwave
  57.  tasks can be loaded dynamically and run concurrently with other
  58.  tasks under the Mwave Operating System (Mwave/OS).  The functions
  59.  performed by these tasks include audio, telephony, and image
  60.  processing.  A separate group of system support tasks provide a
  61.  common software interface to the hardware components of the
  62.  demonstration card.  A complete multimedia application consists of
  63.  the application software, device driver(s), Mwave Manager, Mwave/OS,
  64.  and the appropriate Mwave DSP tasks.
  65.  
  66.  Audio Tasks
  67.    Moving high fidelity data quickly and reliably between a
  68.    PC and its audio subsystem is a major problem in the design
  69.    of multimedia PCs.  Mwave solves this problem by providing
  70.    direct memory access (DMA) of PC memory to the Mwave tasks.
  71.    Consequently, Mwave is capable of mixing 32 channels of 16-bit,
  72.    44.1k samples/second audio data from PC memory and playing it to
  73.    a stereo output.
  74.  
  75.    In addition, the Mwave audio tasks along with the on-chip MIDI
  76.    port provide all the hardware function required for Multimedia
  77.    PC (MPC) compatibility.  Mwave audio tasks include a sampled-sound
  78.    synthesizer, CD-XA decompression, mu-law and A-law expansion,
  79.    and 8-bit and 16-bit stereo PCM playback and recording at sample
  80.    rates of up to 44.1k samples/second.
  81.  
  82.  Telephony Tasks
  83.    The telephony functions include tasks for asynchronous modems, FAX,
  84.    and a telephone answering machine.  The asynchronous modems support
  85.    speeds from 50 bps to 9600 bps including Bell-103, Bell-212A,
  86.    CCITT V.21, V.22bis, and V.32 protocols.  Also included are tasks
  87.    that perform MicroCom Networking Protocol (MNP) classes 1 through
  88.    5 and call progress detection.  The modems utilize the Mwave
  89.    Processor serial communications port hardware to provide an
  90.    industry-standard interface to existing communication programs.
  91.    A device driver provides compatibility with the Attention (AT)
  92.    command set.
  93.  
  94.    The library includes a collection of tasks to support G3 FAX and
  95.    telephone answering machine functions.  The FAX support tasks
  96.    include a FAX T.30 protocol manager, FAX image
  97.    compression/decompression, and FAX modems (CCITT V.21, V.27ter,
  98.    V29). The telephone answering machine tasks include the phone
  99.    line manager, microphone manager, DTMF receiver, voice sub band
  100.    coder/decoder, and a time-domain harmonic scaling task to allow
  101.    playback of speech at variable speeds without altering the pitch.
  102.    In addition, a task is provided that allows the Mwave demonstration
  103.    card to be used as a speaker phone.
  104.  
  105.  Image Processing Tasks
  106.    The Mwave Task Library includes two tasks to accelerate the
  107.    processing of images. They perform the 8x8 two-dimensional discrete
  108.    cosine transform and the inverse transform. Included with the
  109.    transforms are the quantization, dequantization, and color space
  110.    conversion functions. These tasks perform a portion of the
  111.    computation required to display JPEG images.  Combined with a
  112.    device driver and DMA support they can decompress and display
  113.    a moderately complex 640x480 image in less than one second
  114.    on a 33 Mhz 386 system.
  115.  
  116.  Mwave System Support Tasks
  117.    The system support tasks provide common software interfaces
  118.    between system hardware and other DSP tasks.  The functions
  119.    supported by these tasks include telephone interface
  120.    control and dialing, handset control and status,
  121.    CD-quality stereo output, CD-quality microphone input,
  122.    serial communications port control and data flow, DMA
  123.    data flow, analog configuration control, sample rate conversion,
  124.    and MIDI port interface control.In general, these tasks are
  125.    known as DSP BIOS tasks because they provide a basic input
  126.    and output service for Mwave.
  127.  
  128.  
  129.              ZDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD?
  130.              | Mwave Technology Demonstration |
  131.              @DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDY
  132.  
  133.  The Mwave technology demonstration on March 10th executed on a
  134.  prototype card inside an IBM PS/2 microchannel machine that
  135.  includes the Mwave digital signal processor (DSP). The Mwave
  136.  Operating System (Mwave/OS) can concurrently run a number of
  137.  tasks with the ability to dynamically add tasks or remove
  138.  tasks without affecting the execution of other tasks. This is a
  139.  feature known as hard-real-time dynamic configurability. The
  140.  Mwave processor can execute software that replaces many
  141.  physical devices.  Some of these devices are emulated in
  142.  this demonstration, others are yet to be defined.  The Mwave
  143.  processor is even capable of emulating more than one physical
  144.  device simultaneously.  The Mwave processor and Mwave/OS are
  145.  designed to create a standard base upon which new software
  146.  packages can be readily created.
  147.  
  148.   Automated Mwave Demonstrations:
  149.  
  150.     A CD-XA dual stereo decoder demo was shown with 2 stereo channels
  151.     (4 total channels): one channel is a voice recording at level C
  152.     (9.45k bytes/sec) at "AM" quality, and a second channel is
  153.     a music recording at level B (18.9k bytes/sec) at "FM" quality.
  154.     The Mwave processor decodes these channels and mixes them
  155.     together for playback.
  156.  
  157.     A 3-Dimensional fast Fourier transform (FFT) power spectrum display
  158.     of a CD audio disk's audio output (stereo 44.1kHz, 16 bit data) was
  159.     shown. The PC display shows the real-time frequency response
  160.     versus time.
  161.  
  162.     A sampled sound synthesizer was shown emulating different musical
  163.     instruments, like pianos, guitars, horns, etc. CD quality
  164.     (44.1kHz, 16 bit) recordings of notes from real instruments
  165.     provide the sound. The synthesizer is driven by standard
  166.     MIDI files stored on PC disk. The combination of MIDI files
  167.     and this synthesizer allow HiFi music to effectively be
  168.     represented in a form that is 1000 times more condensed than
  169.     a CD quality recording.
  170.  
  171.     A JPEG (Joint Photographic Experts Group) still frame full color
  172.     image decompression demo was shown with JPEG images decompressed
  173.     from hard disk to display in less than 1 second for resolutions
  174.     of 640 by 480 pixels with 256 colors. This decompression time
  175.     allows images to be retrieved and displayed faster in compressed
  176.     form from disk than in uncompressed form, and take a fraction
  177.     of the disk space.  The JPEG compression algorithm compresses 24
  178.     bit RGB 640 by 480 pixel files from about 900k bytes down to
  179.     about 35k bytes or about 25 to 1 compression.
  180.  
  181.   Escorted Mwave Demonstrations
  182.  
  183.     A V.32 modem/Prodigy application is shown using the Mwave V.32
  184.     function (9600bits/sec Full Duplex Modem) that works with
  185.     any PC application that uses a PC serial port. This
  186.     demonstration shows how the Mwave processor fully implements
  187.     a standard PC serial port. It also shows a prototype Prodigy
  188.     system operating at 9600bps speeds.
  189.  
  190.     A G-3 facsimile receiver demo shows reception of a page
  191.     from a standard G-3 facsimile machine and a real-time display
  192.     of the page on the PS/2 monitor as it is received. The Mwave
  193.     processor implements the V.2/V.27ter modems (2400, 4800, 7200,
  194.     and 9600 bits/second), the T.30 protocol, and the image
  195.     decompression (or compression if transmitting).
  196.  
  197.     A V.32/MNP modem file transfer at 19,200 bits/second is
  198.     shown using MNP Class 5 compression. A file is received by the
  199.     demo machine and displayed in real-time to show the speed of
  200.     the V.32/MNP modem.
  201.  
  202.     A V.22bis modem and the Prodigy application is shown
  203.     using the Mwave V.22bis function (2400 bits/second Full Duplex
  204.     Modem). This is the same as the V.32 modem with Prodigy, just
  205.     not as fast.
  206.  
  207.     A 3-Dimensional FFT of a HiFi microphone input is shown.
  208.     This is the same as the other 3-D demo except its input is
  209.     from a live microphone.
  210.  
  211.     A JPEG plus V.32 modem with Prodigy application demo is shown
  212.     which is the same as the V.32 modem with Prodigy demo, but the
  213.     JPEG image decompression is done at the same time as the modem
  214.     is communicating using Prodigy.
  215.  
  216.     A sampled sound synthesizer, V.22bis modem with Prodigy
  217.     application, plus a HiFi microphone input, are all shown
  218.     simultaneously with a 3 input mixer combining all three independent
  219.     audio sources, i.e., the synthesizer output, the sound of the
  220.     modem on the telephone line, and the HiFi microphone input. The
  221.     output of the mixer is sent to the HiFi outputs.
  222.  
  223.     A V.22bis/MNP modem is shown running concurrently with
  224.     JPEG image decompression, which is synchronized with
  225.     Sub Band Decoding decompression on an audio file from disk.
  226.     The audio stream additionally can be speeded up or slowed down
  227.     using time domain harmonic scaling (TDHS) without altering the
  228.     pitch of the audio source. This is an example of extensive
  229.     multitasking with 18 tasks running simultaneously on the Mwave
  230.     processor under Mwave/OS. The Procomm Plus application program
  231.     transmits a file through the Mwave V.22bis/MNP modem at
  232.     4800 bits/second. Simultaneous with this, a multimedia video
  233.     and audio presentation is given.
  234.  
  235.   Other Possible Mwave Applications that the Mwave architecture could
  236.   support with future tasks and/or enhancements.
  237.  
  238.     Telephone answering machine and speaker phone
  239.     Other Modems like: V.32bis, V.17, V.FAST, cellular
  240.     Other Modem Protocols like SDLC, V.42, V.42bis
  241.     Speech synthesis
  242.     Speech recognition
  243.     MPEG audio processing
  244.     Picture phone
  245.     Windowed motion video
  246.  
  247.  
  248.       ZDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD?
  249.       | Mwave Digital Signal Processor (DSP) Overview|
  250.       @DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDY
  251.  
  252.  The Mwave Processor has been developed to meet the increasing
  253.  performance demands imposed by a growing list of real-time
  254.  applications.  The processor consists of a core digital signal
  255.  processor (DSP) plus peripheral elements that enhance its ability
  256.  to efficiently support Mwave/OS and interface to the host system.
  257.  Key components of the Mwave Processor include:
  258.  
  259.     Micro Channel Busmaster DMA capability provides applications
  260.     with virtual DMA channels.  This allows concurrent applications
  261.     to have individual high-speed data transfer paths between
  262.     the host and the Mwave Processor's core DSP.
  263.  
  264.     Hardware I/O circuits were designed to automatically stream
  265.     data between peripheral devices and data buffers in the Mwave
  266.     Processor's memory space without involving the Mwave Processor
  267.     directly.  This provides efficient data movement between the
  268.     Mwave Processor and its peripherals.
  269.  
  270.     Virtual interrupt channels provide concurrent applications
  271.     with efficient communication paths between the Mwave Processor
  272.     and the PS/2 host processor.
  273.  
  274.  Certain fundamental architectural features characterize the
  275.  architecture of the Mwave Processor's DSP core.
  276.  They include:
  277.  
  278.     Deterministic Instruction Execution
  279.       Real-time signal processing applications run in a
  280.       very deterministic environment, not a statistical one.
  281.       That is, the time limits set for tasks in real-time signal
  282.       processing applications must typically be adhered to absolutely,
  283.       not just on average.  The requirement this imposes is that it
  284.       be possible to measure the maximum run time of each real-time
  285.       signal processing task to determine if particular combinations
  286.       of tasks can run concurrently.  Hardware features within the
  287.       Mwave processor, along with features of Mwave/OS, make this
  288.       task determinism possible.
  289.  
  290.     Harvard Architecture
  291.       A simple technique for reducing instruction execute latency
  292.       is to separate the data and instruction memories (the
  293.       Harvard architecture) and provide totally separate data
  294.       and instruction buses.
  295.  
  296.  
  297.       ZDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD?
  298.       | Mwave Digital Signal Processor (DSP) Details |
  299.       @DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDY
  300.  
  301.   * Peak performance of 51 Million Operations Per Second (MOPS)
  302.   * Up to 3 operations per instruction  (17 MIPS guaranteed)
  303.      * 51 MOPS = 17 MIPS * 3 operations/instruction
  304.   * Specific features for the handling of realtime multi-media objects
  305.   * Integrated UART registers emulating current modem interfaces
  306.      * Compatible with industry standard communication software
  307.      * FIFO capability
  308.      * Can be disabled for future high speed modems using DMA
  309.   * MIDI port with function extensions
  310.      * 3 modes (PS/1,smart,snoop)
  311.      * Integrated DMA support
  312.   * Serial port for 196 kHz DAC audio output
  313.      * Stereo, 16 bit, oversampled (DSP output is 44.1 kHz)
  314.   * Serial port for 44.1 kHz ADC audio input
  315.      * Stereo, 16 bit
  316.   * Serial ports to control telephony functions
  317.      * US telephony attachment with status/control features
  318.      * Seperate Telephone/Handset support
  319.      * Features for world-trade support
  320.   * General-purpose ports for future card functions
  321.      * Two 4-Mbit Full-duplex ports
  322.   * Complete Bus control logic for Microchannel or AT bus
  323.      * Support for virtual DMA channels (packet chaining)
  324.   * High-Performance Bus Master capability for Microchannel and AT
  325.  
  326.  
  327.  
  328.    ZDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD?
  329.    | Illustrated below is a high level functional overview    |
  330.    | of a prototype "non-production" single-slot microchannel |
  331.    | card that was used to demonstrate the Mwave technology.  |
  332.    |DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD|
  333.    | This drawing is not to be misconstrued as a product      |
  334.    | commitment or plan by IBM or TI.  Its sole purpose is    |
  335.    | to be used as a "protoboard" when discussing different   |
  336.    |    possible market segments and customer demands.        |
  337.    @DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDY
  338.  
  339.                                                    Midi Breakout Cable
  340.                                                          ZD?
  341.       ZDDDDDDDDDDDDD?                ZDDDDDDDDDDD? Jack  | |DD IN
  342.       |             |DDDDDDDDDDDDDDDD|   MIDI    |DD<<DDD| |DD OUT
  343.       |  Mwave DSP  |   ZDDDDDDDDDD? | Interface |       | |DD THRU
  344.       |  Processor  |   |  16 bit  | @DDDDDDDDDDDY       @DY
  345.       |             |   | 196 kHz  |DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD> L out
  346.       |             |DDD|Oversample|DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD> R out
  347.       |   51 MOP    |   |Stereo DAC|  ZDDDDDDDDDDDD?       Audio Jacks
  348.       | Multi-Media |   @DDDDDDDDDDY  |   16 bit   |DDDDDDDDDD< L in
  349.       |     DSP     |                 |  44.1 kHz  |DDDDDDDDDD< R in
  350.       |             |DDDDDDDDDDDDDDDDD| Stereo ADC |
  351.       |             |                 @DDDDDDDDDDDDY
  352.       |             |  ZDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD?
  353.       |             |DD| 32Kx16 Static Data RAM    |
  354.       |             |  |DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD|
  355.       |             |DD| 32Kx24 Static Instruc RAM |     Telephony
  356.       |             |  @DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDY     Daughter-card
  357.       |DDDDDDDD?    |             ZDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD?
  358.       |Micro   |    |      ZD?  ZD|                        |
  359. DDDDDD| Channel|    |      |C|  |C|    ZDDDDDDD?   ZDDDDDDD|
  360. System|        |    |      |O|  |O|DDDD| Codec |DDD| RJ-11 | Phone
  361.  BUS  |  or    |    |      |N|  |N|    @DDDDDDDY   |  Jack |Company
  362. DDDDDD|        |    |DDDDDD|N|  |N|    ZDDDDDDD?   |DDDDDDD|
  363.       |  ISA   |    |DDDDDD|E|  |E|DDDD| Codec |DDD| RJ-11 |Telephone
  364.       |DDDDDDDDY    |      |C|  |C|    @DDD+DDDY   |  Jack |
  365.       |             |      |T|  |T|        |       @DDDDDDD|
  366.       |             |      |O|  |O|  ZDDDDD+DDDDDD?        |
  367.       |             |      |R|  |R|DD|   Stuff    |        |
  368.       |             |      @DY  @D|  @DDDDDDDDDDDDY        |
  369.       @DDDDDDDDDDDDDY             @DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDY
  370.  
  371.  
  372.