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应对便携式多媒体设备多标准解码的挑战
发布时间:2021-01-26 05:59

  AVS视频从诞生那一刻开始,科学家和工程人员就在为缩小音视频码流而做着不懈的努力,各种先进的视频压缩算法不断涌现和标准化,这不仅是为了满足降低视频信号的存储量和带宽的需求,更是为在此基础上提供更高的分辨率和更佳的音视频质量,以满足消费者对音视频体验的无休止的需求。

  无论在便携式多媒体播放还是在数字家庭娱乐领域,多样的音视频压缩标准一直是工程师比较头疼的问题。在便携式领域,由于移动带宽的昂贵和网络多媒体内容的丰富,音视频压缩标准更新很快,种类也十分繁多,给工程师的设计造成了持续的挑战。在家庭娱乐领域,随着高清内容的逐渐普及和传输方式的多样化,视频带宽不断增加,视频处理和各种高速接口的设计也更加复杂,机顶盒和数字电视的设计面临着新的挑战。

  近年来随着各种便携式多媒体设备售价不断降低,视频显示效果不断提高,多媒体内容也更加丰富,消费者已经不再局限于在客厅和房间内观看电视和视频内容,渐渐习惯了随时随地观看视频的习惯,便携式多媒体处理器,包括各种多媒体ASIC、SoC、专用DSP,也迎来新一轮的发展机会。

  由于便携式设备音视频内容的多样性,方案设计和终端厂商在选择多媒体处理器方案时首先考虑的往往是需要支持的音视频格式。目前流行的视频内容随地域的差异呈现不同,Tensilica公司移动多媒体方案市场总监Larry Przywara表示:“就欧美市场来看,H.264将会是未来流行的编解码格式,其次是MPEG-4、MPEG-2、WMV等格式,中国市场RMVB在近年来比较流行,但未来H.264有望将取得主导,另外中国自主标准AVS将有比较大的发展空间。”Larry同时表示:“目前中国多数便携式多媒体设备厂商主要还是立足本土,重点关注在RMVB格式上的支持,但本土厂商实力的不断壮大,进军国际市场将是大势所趋,因此需要针对各个地区市场进行产品规划,特别需要关注内容合法性的问题。厂商应在多标准支持上面下功夫,这样也会反过来促使合法的视频内容提供商,包括中国本土运营商,提供更加格式丰富的视频内容。”

  纵观现阶段中国本土便携式多媒体播放器市场,终端厂商往往会重点强调对RMVB格式播放的支持,目前本土市场上热销的解决方案,如瑞芯RK27XX系列、君正Jz47系列正是因为对RM格式的良好支持取得了很好的市场成绩。不过随着版权保护日益受到重视,未经授权的RMVB视频内容发展空间有限,终端厂商不应该只盯着RMVB不放。

  随着Youtube在线视频、苹果iphone手机的大热,支持各种格式的Flash视频播放也正在成为终端厂商的新目标。目前已有多家多媒体芯片厂商宣布对Flash视频的支持,而解决方案采用的解码方式各不相同。C2公司高级市场经理刘明璋表示:“现在流行的Flash Video主要包含3种视频格式,Sorenson(基于H.263)、On2的VP6和H.264。前两种格式由于Youtube等视频网站的流行,导致网络存在大量的内容。H.264是新兴起的Flash Video格式,得到了Adobe的支持。对ASIC来说,需要硬件同时支持3种格式解码难度较大,重新设计芯片成本也很高。如果用纯软件解决,性能无法保证,而且需要ASIC集成一个高性能的通用CPU来实现视频编解码,这和ASIC设计的本意是违背的。”

  目前市场上一些主流的ASIC方案宣称支持FLV格式,实际上可能只支持Sorenson或者VP6,不能支持H.264,而一些更新的解码格式,比如On2公司的VP7,可以用15Kbps左右的码率支持QCIF分辨率的流媒体视频播放,采用已经上市的ASIC方案进行解码还不现实,ASIC较长的开发和流片周期已经很难满足标准快速变化的需求。刘明璋表示:“可编程架构处理器价格不断下降,ASIC架构芯片价格优势会逐渐丧失,采用DSP SoC架构的媒体处理器才是大势所趋。”

  ADI公司的Maury也非常看好可编程DSP,他说:“现今的PMP需要支持越来越多的编解码功能,不仅包括Flash、Real等视频内容解码,还需要支持WiFi、蓝牙互联、TV输出、互联网流媒体播放等功能,因此,可编程方案将越来越流行,采用硬件加速器的低端ASIC的发展空间将越来越小。”Maury同时推荐了ADI新一代Blackfin处理器ADSP-BF52x。Maury表示,BF52x采用低功耗的90nm工艺,最高工作频率达到600MHz,达到了ARM11级别的处理能力和最高性能的DSP,可以提供对目前主流音视频格式的全面支持。

  相比近年来才兴起的便携音视频应用,数字家庭音视频应用存在了较长的时间,编解码标准也更加稳定,且在很大程度上受当地政府和运营商引导。家庭娱乐设备的主流压缩标准也是因地域而不同,恩智浦半导体大中华区家庭娱乐事业部数字电视系统市场总监钟亚伦表示:“在欧洲,MPEG-2还是占据主导地位,不过随着卫星电视和地面电视全高清(1080P)内容的逐渐普及,MPEG-4逐渐得以采纳。尤其在一些还没有进行数字广播的地区,如欧洲的部分国家、东欧和东南亚国家,可能会直接上MPEG-4或H.264。在美国,MPEG-2做为ATSC规范的解码部分,已经占据统治地位,考虑到基础设施成本和市场容量,要进行改变不太可行。在日本,MPEG-2 HD广播也已经被采纳,不过由于基础设施数量并不多,可以适量的向MPEG-4和H.264转移。”至于中国大陆市场,钟亚伦特别对中国自主AVS标准表示了支持。钟亚伦指出,历史证明,一些主流的国际标准往往不能在中国奏效,而本土标准往往会胜出,比如VCD和DMB-T就是最好的例子。这是因为,首先,中国标准组织对本土自主知识产权的标准非常重视,会大力推动标准的产业化,其次,本土消费电子厂商对成本十分敏感,因惧怕国外标准高额的专利授权费用而选择生产只需很低版权费用的本土标准的产品。

  目前中国网通AVS IPTV进展良好,该公司计划今年在大连市配置30万部基于AVS标准的IP机顶盒。一些国际机顶盒芯片大厂已经陆续推出了AVS机顶盒方案,如ST的STi520x和STI710x系列参考设计、Broadcom的BCM7405单芯片、NXP的STB222参考设计、TI与联合信源公司合作的基于达芬奇的HM2006方案等。而本土的展讯、龙晶微电子和摩威科技也相继有AVS解码芯片发布,为AVS提供强有力的支持。尽管在市场容量最大的卫星和有线电视领域,AVS已经失去了先机,但在新兴的IPTV领域,AVS仍有望取得突破。AVS的支持者认为,虽然AVS标准与H.264框架相似,但它在许多单点技术上,如整数变换、自适应系数编码等方面,都采用了自主知识产权的替代算法,AVS压缩效率与H.264 MP相当,但算法复杂度总体来说降低了50%左右。最重要的是AVS标准仅象征性地向终端设备制造商收取每台1元人民币的专利费,如果能够出现更多开源的编解码包,其普及力度将大为加速。

  除了AVS以外,专门用于音频编解码算法的本土标准DRA也值得大家关注。广晟数码董事长钟金松表示,杜比在碟机、音响等领域有专利优势,DTS控制着数字电影技术上的专利,DRA进入上述传统应用领域很难,而广播电视的产业升级以及IPTV等新型产业的起步,为AVS和DRA等创造了机会,“在IPTV等新业务领域大家都在同一起跑线几项领先的核心专利。”另一家本土DRA供应商数维科技目前也正在为中国多媒体广播(CMMB)、直播电视卫星以及地面数字电视等项目提供音频技术方案,数维科技还强调了DRA做为指定音频压缩标准在CMMB便携设备上的应用:“在ARM处理器和在ADI的ADI-BF53x的DSP芯片上约40多MIPS便可实现128kbps立体声实时解码。”

  不断升级的优秀的编解码算法有效缓解了带宽的紧张,不过在数字电视时代,不管运营商采用何种编解码标准和传输形式,机顶盒或者iDTV终端接收和解调解码对视频质量影响已经不大,而对于数字家庭娱乐设备来说,视频质量往往是最重要的。NXP的钟亚伦特别强调了这一点:“目前电视机屏幕从CRT转向LCD实际上是视频质量的倒退,主要原因是液晶面板响应时间更长、对比度变低(由于暗场背光泄漏所致)和刷新率偏低(相对于100Hz或120Hz高端CRT电视)所致。因此,视频后处理显得非常重要。”钟亚伦推荐了NXP的PNX5100视频后处理器和动态背光技术。视频后处理器PNX5100具备运动估计和运动补偿功能,并通过up-conversion和运动补偿实现分辨率;动态背光技术通过降低较暗场景的背光亮度能有效提升对比度,比如TV543数字电视一体机参考设计方案采用了NXP独特的二维彩色调光(2D-Color-Dimming)技术,实现了卓越的对比度和生动的色彩,也大大降低了功耗。

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