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探究視頻轉(zhuǎn)碼技術(shù)與系統(tǒng)要求相匹配

Asheesh Bhardwaj 2010/01/25

• 網(wǎng)絡(luò)帶寬；


• 移動(dòng)電話的處理能力；


• 顯示屏分辨率；


• 存儲(chǔ)器容量；


• 移動(dòng)電話的能耗，人們往往不把這一因素視為視頻回放所要考慮的條件。

表1:編碼參數(shù)的影響

　　對(duì)上述關(guān)鍵參數(shù)稍加修改，就會(huì)產(chǎn)生迥異的結(jié)果。降低細(xì)節(jié)解析度（可在編碼進(jìn)程中通過提高量化因數(shù)來實(shí)現(xiàn)）可將視頻解碼的能耗降低75%～85%，但視頻質(zhì)量?jī)H下降5%～13%。

　　轉(zhuǎn)碼技術(shù)的選擇

　　過去幾年來，業(yè)界針對(duì)轉(zhuǎn)碼工作提出了幾種不同的方法，可提高處理與存儲(chǔ)器資源的使用效率。大多數(shù)這種方案都建立在這樣一種認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)之上，即我們能通過更先進(jìn)的技術(shù)對(duì)初始編碼過程中創(chuàng)建的量子化和頻率域信息進(jìn)行修改，更好地加以利用，摒棄其中無用的東西，而不必簡(jiǎn)單地對(duì)原始視頻內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu)。

　　換言之，就是說既可摒棄某些信息，也可在來源與目標(biāo)之間轉(zhuǎn)換頻率域信息，而無須進(jìn)入像素域進(jìn)行解碼。

　　具體而言，傳統(tǒng)方案的最重要優(yōu)勢(shì)在于，其交付的視頻與原始視頻內(nèi)容相比具有極高的保真度。因此，如果采用其他的轉(zhuǎn)碼技術(shù)，那么就需在保證盡可能高的視頻質(zhì)量的同時(shí)，還要降低對(duì)系統(tǒng)處理功能和存儲(chǔ)器資源的要求。只有讓轉(zhuǎn)碼技術(shù)與特定的應(yīng)用相匹配，才能實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。

　　通常說來，轉(zhuǎn)碼可采用三種通用方案或架構(gòu)，以下給出每種方案的簡(jiǎn)單定義及其比較評(píng)定。

　　松弛耦合轉(zhuǎn)碼器：這種轉(zhuǎn)碼技術(shù)大多數(shù)采用解碼的輸入視頻中的運(yùn)動(dòng)矢量和其他附屬信息進(jìn)行編碼。再編碼過程可對(duì)運(yùn)動(dòng)矢量進(jìn)行微調(diào)，或根據(jù)編碼要求進(jìn)行更高效的運(yùn)動(dòng)矢量計(jì)算。該方法消除了去耦轉(zhuǎn)碼器所面臨的復(fù)雜計(jì)算問題，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)幾乎相同的視頻質(zhì)量。

　　緊密耦合轉(zhuǎn)碼：再編碼通過采用運(yùn)動(dòng)矢量實(shí)現(xiàn)，并且無須進(jìn)入像素域?qū)\(yùn)動(dòng)矢量信息進(jìn)行再計(jì)算。轉(zhuǎn)碼工作也可在轉(zhuǎn)換域中進(jìn)行。這里需要重點(diǎn)考慮的問題是，由于這種方法根本不進(jìn)行運(yùn)動(dòng)再估計(jì)，因此不能更改分辨率。這種方法最大程度地降低了對(duì)存儲(chǔ)器和處理器的要求，但代價(jià)是降低了畫質(zhì)。緊密耦合轉(zhuǎn)碼算法難以制定，但可根據(jù)具體要求進(jìn)行開發(fā)。

　　碼率轉(zhuǎn)換器：在轉(zhuǎn)換域?qū)ξ涣鬟M(jìn)行部分解碼，并用網(wǎng)絡(luò)可支持的所需比特率對(duì)位流進(jìn)行再編碼。視頻格式在轉(zhuǎn)碼流過程中不發(fā)生變化，無須逆變換，且在頻率域進(jìn)行再量化。通常采用這種方法來解決具體的問題。例如，線纜頭端的通道容量在線纜廠已衰減，但又需要確保向終端設(shè)備傳輸?shù)囊曨l質(zhì)量和分辨率基本不變。

圖1:應(yīng)用中最常用的松弛耦合轉(zhuǎn)碼器的典型流程圖

　　使轉(zhuǎn)碼器與應(yīng)用相匹配

　　在諸如機(jī)頂盒、視頻會(huì)議、IPTV以及一些VoD等對(duì)畫質(zhì)要求較高的應(yīng)用中，通常采用去耦和松弛耦合轉(zhuǎn)碼技術(shù)。決定采用何種轉(zhuǎn)碼技術(shù)需要評(píng)估特定應(yīng)用的預(yù)期表現(xiàn)與存儲(chǔ)器帶寬。

　　緊密耦合轉(zhuǎn)碼最適合存儲(chǔ)器有限或者不需要高畫質(zhì)的系統(tǒng)。移動(dòng)電話的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)視頻電話應(yīng)用就是一個(gè)很好的例子，因?yàn)橐曨l只需顯示在小屏幕上，而且分辨率相對(duì)較低，無須通過整個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳輸高保真視頻。此外，對(duì)大量生產(chǎn)的設(shè)備，尤其是移動(dòng)電話而言，合計(jì)還能節(jié)約大量處理功耗、存儲(chǔ)器容量及物料清單成本。

　　如前所述，碼率轉(zhuǎn)換器通常適用于有線電視、IPTV及視頻電話應(yīng)用中的某些特殊情況，并根據(jù)可用的系統(tǒng)帶寬來匹配傳輸數(shù)據(jù)速率。其可以轉(zhuǎn)換音頻和視頻的碼率，而且?guī)缀醺杏X不到品質(zhì)的下降。

　　平臺(tái)考慮事項(xiàng)

　　長(zhǎng)期以來，設(shè)計(jì)工程師一直都非常清楚地認(rèn)識(shí)到，針對(duì)每個(gè)產(chǎn)品需求分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，效率遠(yuǎn)不如在初期就設(shè)計(jì)一個(gè)統(tǒng)一靈活的平臺(tái)來滿足各種不同的需求。機(jī)頂盒(STB)就是一個(gè)很好的例子，這種產(chǎn)品存在眾多型號(hào)要求。在估算處理性能及其他平臺(tái)參數(shù)方面，轉(zhuǎn)碼發(fā)揮著重要的作用。

　　由于對(duì)STB而言最重要的就是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量視頻，因此只能將松弛耦合轉(zhuǎn)碼作為主要方法。

　　STB設(shè)計(jì)能否成功進(jìn)入市場(chǎng)不僅取決于設(shè)計(jì)初期選擇什么樣的平臺(tái)，而且也取決于隨后設(shè)計(jì)方案的逐步實(shí)施。STB的價(jià)位各不相同并在全球各地銷售，與采用標(biāo)準(zhǔn)化格式的視頻會(huì)議系統(tǒng)截然不同，其必須滿足各種不同視頻格式的需要。

　　STB 設(shè)計(jì)人員需要考慮以下一些更高級(jí)的設(shè)計(jì)決策：

• STB應(yīng)同時(shí)處理多少個(gè)頻道（如主視頻和畫中畫）以及室內(nèi)每個(gè)房間中的多少臺(tái)電視。


• 需要采用哪些產(chǎn)品差異化功能來贏得市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)（例如畫中畫、專有圖像、藍(lán)光光盤刻錄、視頻通信、連接至 IP 網(wǎng)絡(luò)、有線電視網(wǎng)絡(luò)等）。


• 市場(chǎng)部給出的初步價(jià)格點(diǎn)是多少。

圖2:典型的STB系統(tǒng)架構(gòu)

　　圖3:基于達(dá)芬奇技術(shù)的TMS320DM6467數(shù)字媒體處理器方框圖

　　德州儀器(TI)基于達(dá)芬奇(DaVinciTM)技術(shù)的數(shù)字媒體處理器可實(shí)施這種架構(gòu)。該架構(gòu)的簡(jiǎn)化版如圖3所示。

　　為了滿足多房間觀看電視和多頻道欣賞的要求，可通過DDR2和PCI連接多個(gè)DM6467數(shù)字媒體處理器，以在不同設(shè)備間交換數(shù)據(jù)，并確保架構(gòu)的可擴(kuò)展性。例如，如果應(yīng)用需要將攝像機(jī)上的SD或HD個(gè)人視頻通過STB硬盤驅(qū)動(dòng)器傳輸?shù)绞謾C(jī)上，那么通過精巧的工程設(shè)計(jì)(Clever engineering)方案就可使用另一個(gè)解碼方法將基于達(dá)芬奇技術(shù)的DM6467等處理器壓縮到服務(wù)中。

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