HD 系统的性能要求
HD技术目前正应用于各种场合。由于带宽、压缩程度及显示格式的不同,各种HD系统的要求,如处理速度、存储容量、编解码器的选择等差别很大。 德州仪器(TI)首席科学家方进(Gene Frantz)先生针对媒体处理方案和技术表示,视频输入流和应用会不断变化,HD 输出会越来越丰富,因此系统显然需要一定的灵活性。设计人员在选择视频系统的底层技术时,一定要考虑到上述问题。
德州仪器公司(TI)针对三个典型HD编解码器应用总结了其各自对应的一般系统要求,其主要包括广播、视频会议,和数码相 机(表1)。首先,广播HDTV的输出比特率最高,采用MPEG-2或H.264/MPEG-4进行实时压缩。当前技术情况下,压缩HDTV节目进行传输 的广播系统需要大量高频率数字信号处理器(DSP)和现场可编程门阵列(FPGA),以及数千兆字节(GB)存储器的支持。众多刀片式设备可以作为并行处 理阵列运行,以支持多个通道的压缩HDTV输出。
视频会议作为另一种HD应用,需要做相应的缩放,要考虑到多数广域网连接不到百兆带宽的情况,同时还满足在大屏幕上显示HD影像的要求。短暂时延可以接受,但不能妨碍对话的实时性。虽然比 HDTV 示例中的标准要低,但仍属于高端标准。
数码相机(DSC)是视频压缩的常见消费类应用之一。我们可用数码相机捕获较短的视频剪辑,随后可在HD显示屏上播放。DSC系统必须方便易 用,价格低廉,因此采用 MPEG-4 Simple Profile以确保处理和存储器的要求较低。基于DSP的高集成度的单个SoC专为便携式应用进行优化,能满足上述应用的编解码器要求。
HD格式对存储器与处理能力要求均大大超过SD格式。这些要求会提高组件成本,不过像所有半导体成本一样,最终会随着时间的推移而下降。因此 TI认为,对系统制造商来说,问题在于是现在成本高的时候就支持HD,还是一两年后继续支持SD,等组件成本降下来和 HD需求提高之后再进入市场。
媒体处理器及国内代表性方案
HD音视频给人们感官享受的同时,也给播放系统带来更大的负担。相比SD内容,目前HD要求的处理能力和存储容量要高约5~6倍。特殊的功能和 性能的要求也产生了多种视频处理器架构,如TI的Da Vinci系列、Sigma Designs的系列产品、Freescale 的iMX系列、以及Intel、AMD等厂商的X86架构产品等。
在竞争激烈的音视频技术领域,国内厂商也在努力打破垄断,相继推出创新性的产品和技术,其中代表性的厂商如C2 MICrosystems和上海杰得微电子等。
杰得微电子的产品定位为手持信息终端、移动电视、IPTV等领域的移动多媒体SoC。其产品多选用ARM 926EJ内核。产品优势在于通过高效和精简的数学算法提高效率并减少功耗。
C2 Microsystems的SoC产品针对IP机顶盒、便携式媒体播放器、PVR等多媒体应用。C2的方案可以理解为一个多核架构的可编程多媒体专用处理 器,其采用一个CPU加3个专用DSP的结构。专用DSP分别针对图像和多媒体处理运算所需要的运动估计(Motion Estimation)、熵编码(Entropy Encoding)和向量处理而设置的,SoC的整体结构也同时兼顾了开发的灵活性需求。C2 Micro-systems市场经理刘明璋先生表示,TI的DaVinci采用ARM加通用DSP的技术虽然可实现较高的性能和灵活性,但通用DSP没有 对音视频专门进行优化设计,如果简单地通过提高主频来保证视频处理需要运算资源的话,必然会给PCB设计增加复杂度和成本;而完全通过硬件模块处理视频又 牺牲了灵活性。
多核和可编程架构的烦恼
多核可编程结构在处理性能上有很大优势,但也有其应用上的弊端。多核处理技术已存在多年,性能上的优势无需多谈,而带来的麻烦也很多,其中主要集中在开发难度方面。