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探究視頻轉碼技術(shù)與系統要求相匹配

Asheesh Bhardwaj 2010/01/25

• 網(wǎng)絡(luò )帶寬；


• 移動(dòng)電話(huà)的處理能力；


• 顯示屏分辨率；


• 存儲器容量；


• 移動(dòng)電話(huà)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:編碼參數的影響

　　對上述關(guān)鍵參數稍加修改，就會(huì )產(chǎn)生迥異的結果。降低細節解析度（可在編碼進(jìn)程中通過(guò)提高量化因數來(lái)實(shí)現）可將視頻解碼的能耗降低75%～85%，但視頻質(zhì)量?jì)H下降5%～13%。

　　轉碼技術(shù)的選擇

　　過(guò)去幾年來(lái)，業(yè)界針對轉碼工作提出了幾種不同的方法，可提高處理與存儲器資源的使用效率。大多數這種方案都建立在這樣一種認識基礎之上，即我們能通過(guò)更先進(jìn)的技術(shù)對初始編碼過(guò)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(wú)用的東西，而不必簡(jiǎn)單地對原始視頻內容進(jìn)行重構。

　　換言之，就是說(shuō)既可摒棄某些信息，也可在來(lái)源與目標之間轉換頻率域信息，而無(wú)須進(jìn)入像素域進(jìn)行解碼。

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

　　通常說(shuō)來(lái)，轉碼可采用三種通用方案或架構，以下給出每種方案的簡(jiǎn)單定義及其比較評定。

　　松弛耦合轉碼器：這種轉碼技術(shù)大多數采用解碼的輸入視頻中的運動(dòng)矢量和其他附屬信息進(jìn)行編碼。再編碼過(guò)程可對運動(dòng)矢量進(jìn)行微調，或根據編碼要求進(jìn)行更高效的運動(dòng)矢量計算。該方法消除了去耦轉碼器所面臨的復雜計算問(wèn)題，同時(shí)還能實(shí)現幾乎相同的視頻質(zhì)量。

　　緊密耦合轉碼：再編碼通過(guò)采用運動(dòng)矢量實(shí)現，并且無(wú)須進(jìn)入像素域對運動(dòng)矢量信息進(jìn)行再計算。轉碼工作也可在轉換域中進(jìn)行。這里需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題是，由于這種方法根本不進(jìn)行運動(dòng)再估計，因此不能更改分辨率。這種方法最大程度地降低了對存儲器和處理器的要求，但代價(jià)是降低了畫(huà)質(zhì)。緊密耦合轉碼算法難以制定，但可根據具體要求進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

　　碼率轉換器：在轉換域對位流進(jìn)行部分解碼，并用網(wǎng)絡(luò )可支持的所需比特率對位流進(jìn)行再編碼。視頻格式在轉碼流過(guò)程中不發(fā)生變化，無(wú)須逆變換，且在頻率域進(jìn)行再量化。通常采用這種方法來(lái)解決具體的問(wèn)題。例如，線(xiàn)纜頭端的通道容量在線(xiàn)纜廠(chǎng)已衰減，但又需要確保向終端設備傳輸的視頻質(zhì)量和分辨率基本不變。

圖1:應用中最常用的松弛耦合轉碼器的典型流程圖

　　使轉碼器與應用相匹配

　　在諸如機頂盒、視頻會(huì )議、IPTV以及一些VoD等對畫(huà)質(zhì)要求較高的應用中，通常采用去耦和松弛耦合轉碼技術(shù)。決定采用何種轉碼技術(shù)需要評估特定應用的預期表現與存儲器帶寬。

　　緊密耦合轉碼最適合存儲器有限或者不需要高畫(huà)質(zhì)的系統。移動(dòng)電話(huà)的點(diǎn)對點(diǎn)視頻電話(huà)應用就是一個(gè)很好的例子，因為視頻只需顯示在小屏幕上，而且分辨率相對較低，無(wú)須通過(guò)整個(gè)網(wǎng)絡(luò )傳輸高保真視頻。此外，對大量生產(chǎn)的設備，尤其是移動(dòng)電話(huà)而言，合計還能節約大量處理功耗、存儲器容量及物料清單成本。

　　如前所述，碼率轉換器通常適用于有線(xiàn)電視、IPTV及視頻電話(huà)應用中的某些特殊情況，并根據可用的系統帶寬來(lái)匹配傳輸數據速率。其可以轉換音頻和視頻的碼率，而且幾乎感覺(jué)不到品質(zhì)的下降。

　　平臺考慮事項

　　長(cháng)期以來(lái)，設計工程師一直都非常清楚地認識到，針對每個(gè)產(chǎn)品需求分別進(jìn)行設計，效率遠不如在初期就設計一個(gè)統一靈活的平臺來(lái)滿(mǎn)足各種不同的需求。機頂盒(STB)就是一個(gè)很好的例子，這種產(chǎn)品存在眾多型號要求。在估算處理性能及其他平臺參數方面，轉碼發(fā)揮著(zhù)重要的作用。

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

　　STB設計能否成功進(jìn)入市場(chǎng)不僅取決于設計初期選擇什么樣的平臺，而且也取決于隨后設計方案的逐步實(shí)施。STB的價(jià)位各不相同并在全球各地銷(xiāo)售，與采用標準化格式的視頻會(huì )議系統截然不同，其必須滿(mǎn)足各種不同視頻格式的需要。

　　STB 設計人員需要考慮以下一些更高級的設計決策：

• STB應同時(shí)處理多少個(gè)頻道（如主視頻和畫(huà)中畫(huà)）以及室內每個(gè)房間中的多少臺電視。


• 需要采用哪些產(chǎn)品差異化功能來(lái)贏(yíng)得市場(chǎng)優(yōu)勢（例如畫(huà)中畫(huà)、專(zhuān)有圖像、藍光光盤(pán)刻錄、視頻通信、連接至 IP 網(wǎng)絡(luò )、有線(xiàn)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系統架構

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

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

　　為了滿(mǎn)足多房間觀(guān)看電視和多頻道欣賞的要求，可通過(guò)DDR2和PCI連接多個(gè)DM6467數字媒體處理器，以在不同設備間交換數據，并確保架構的可擴展性。例如，如果應用需要將攝像機上的SD或HD個(gè)人視頻通過(guò)STB硬盤(pán)驅動(dòng)器傳輸到手機上，那么通過(guò)精巧的工程設計(Clever engineering)方案就可使用另一個(gè)解碼方法將基于達芬奇技術(shù)的DM6467等處理器壓縮到服務(wù)中。

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