讓繁雜的音視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)不再束縛您的設(shè)計(jì)

數(shù)字音視頻從誕生那一刻開始，科學(xué)家和工程人員就在為縮小音視頻碼流而做著不懈的努力，各種先進(jìn)的視頻壓縮算法不斷涌現(xiàn)和標(biāo)準(zhǔn)化，這不僅是為了滿足降低視頻信號的存儲(chǔ)量和帶寬的需求，更是為在此基礎(chǔ)上提供更高的分辨率和更佳的音視頻質(zhì)量，以滿足消費(fèi)者對音視頻體驗(yàn)的無休止的需求。

無論在便攜式多媒體播放還是在數(shù)字家庭娛樂領(lǐng)域，多樣的音視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)一直是工程師比較頭疼的問題。在便攜式領(lǐng)域，由于移動(dòng)帶寬的昂貴和網(wǎng)絡(luò)多媒體內(nèi)容的豐富，音視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)更新很快，種類也十分繁多，給工程師的設(shè)計(jì)造成了持續(xù)的挑戰(zhàn)。在家庭娛樂領(lǐng)域，隨著高清內(nèi)容的逐漸普及和傳輸方式的多樣化，視頻帶寬不斷增加，視頻處理和各種高速接口的設(shè)計(jì)也更加復(fù)雜，機(jī)頂盒和數(shù)字電視的設(shè)計(jì)面臨著新的挑戰(zhàn)。

應(yīng)對便攜式多媒體設(shè)備多標(biāo)準(zhǔn)解碼的挑戰(zhàn)

近年來隨著各種便攜式多媒體設(shè)備售價(jià)不斷降低，視頻顯示效果不斷提高，多媒體內(nèi)容也更加豐富，消費(fèi)者已經(jīng)不再局限于在客廳和房間內(nèi)觀看電視和視頻內(nèi)容，漸漸習(xí)慣了隨時(shí)隨地觀看視頻的習(xí)慣，便攜式多媒體處理器，包括各種多媒體ASIC、SoC、專用DSP，也迎來新一輪的發(fā)展機(jī)會(huì)。

由于便攜式設(shè)備音視頻內(nèi)容的多樣性，方案設(shè)計(jì)和終端廠商在選擇多媒體處理器方案時(shí)首先考慮的往往是需要支持的音視頻格式。目前流行的視頻內(nèi)容隨地域的差異呈現(xiàn)不同，Tensilica公司移動(dòng)多媒體方案市場總監(jiān)Larry Przywara表示：“就歐美市場來看，H.264將會(huì)是未來流行的編解碼格式，其次是MPEG-4、MPEG-2、WMV等格式，中國市場RMVB在近年來比較流行，但未來H.264有望將取得主導(dǎo)，另外中國自主標(biāo)準(zhǔn)AVS將有比較大的發(fā)展空間?！盠arry同時(shí)表示：“目前中國多數(shù)便攜式多媒體設(shè)備廠商主要還是立足本土，重點(diǎn)關(guān)注在RMVB格式上的支持，但本土廠商實(shí)力的不斷壯大，進(jìn)軍國際市場將是大勢所趨，因此需要針對各個(gè)地區(qū)市場進(jìn)行產(chǎn)品規(guī)劃，特別需要關(guān)注內(nèi)容合法性的問題。廠商應(yīng)在多標(biāo)準(zhǔn)支持上面下功夫，這樣也會(huì)反過來促使合法的視頻內(nèi)容提供商，包括中國本土運(yùn)營商，提供更加格式豐富的視頻內(nèi)容?！?/p>

Tensilica公司Larry Przywara。

縱觀現(xiàn)階段中國本土便攜式多媒體播放器市場，終端廠商往往會(huì)重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)對RMVB格式播放的支持，目前本土市場上熱銷的解決方案，如瑞芯RK27XX系列、君正Jz47系列正是因?yàn)閷M格式的良好支持取得了很好的市場成績。不過隨著版權(quán)保護(hù)日益受到重視，未經(jīng)授權(quán)的RMVB視頻內(nèi)容發(fā)展空間有限，終端廠商不應(yīng)該只盯著RMVB不放。

ADI公司個(gè)人媒體播放器技術(shù)部門主任Maury Wood同樣強(qiáng)調(diào)了多標(biāo)準(zhǔn)支持的重要性，Maury說，“多格式支持是非常重要的，需要支持的標(biāo)準(zhǔn)很多，包括AVI(XVID，DivX3.11)、RM/RMVB(RealVideo9/10，RealMedia Variable Bitrate)、FLV(flash video VP6/H.263)、WMV(V7/V8，V9)、ASF、3GP、MPEG-1、MPEG-4(SP)、H.264 MP等，而MPEG4和H.264將是發(fā)展的方向。分辨率方面，QVGA屏短期內(nèi)仍然將占據(jù)大部分市場份額。至于音頻格式，MP3、OGG Vorbis、WMA(WMA9)、FLAC、APE (Monkey‘s Audio)、AAC LC、WAV(PCM, ADPCM)、AC3、CUE(metadata)、ID3(metadata)、DAT等都需要在設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行考量?！?/p>

ADI公司Maury Wood

隨著Youtube在線視頻、蘋果iphone手機(jī)的大熱，支持各種格式的Flash視頻播放也正在成為終端廠商的新目標(biāo)。目前已有多家多媒體芯片廠商宣布對Flash視頻的支持，而解決方案采用的解碼方式各不相同。C2公司高級市場經(jīng)理劉明璋表示：“現(xiàn)在流行的Flash Video主要包含3種視頻格式，Sorenson(基于H.263)、On2的VP6和H.264。前兩種格式由于Youtube等視頻網(wǎng)站的流行，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)存在大量的內(nèi)容。H.264是新興起的Flash Video格式，得到了Adobe的支持。對ASIC來說，需要硬件同時(shí)支持3種格式解碼難度較大，重新設(shè)計(jì)芯片成本也很高。如果用純軟件解決，性能無法保證，而且需要ASIC集成一個(gè)高性能的通用CPU來實(shí)現(xiàn)視頻編解碼，這和ASIC設(shè)計(jì)的本意是違背的。”

目前市場上一些主流的ASIC方案宣稱支持FLV格式，實(shí)際上可能只支持Sorenson或者VP6，不能支持H.264，而一些更新的解碼格式，比如On2公司的VP7，可以用15Kbps左右的碼率支持QCIF分辨率的流媒體視頻播放，采用已經(jīng)上市的ASIC方案進(jìn)行解碼還不現(xiàn)實(shí)，ASIC較長的開發(fā)和流片周期已經(jīng)很難滿足標(biāo)準(zhǔn)快速變化的需求。劉明璋表示：“可編程架構(gòu)處理器價(jià)格不斷下降，ASIC架構(gòu)芯片價(jià)格優(yōu)勢會(huì)逐漸喪失，采用DSP SoC架構(gòu)的媒體處理器才是大勢所趨?！?/p>

ADI公司的Maury也非?？春每删幊藾SP，他說：“現(xiàn)今的PMP需要支持越來越多的編解碼功能，不僅包括Flash、Real等視頻內(nèi)容解碼，還需要支持WiFi、藍(lán)牙互聯(lián)、TV輸出、互聯(lián)網(wǎng)流媒體播放等功能，因此，可編程方案將越來越流行，采用硬件加速器的低端ASIC的發(fā)展空間將越來越小。”Maury同時(shí)推薦了ADI新一代Blackfin處理器ADSP-BF52x。Maury表示，BF52x采用低功耗的90nm工藝，最高工作頻率達(dá)到600MHz，達(dá)到了ARM11級別的處理能力和最高性能的DSP，可以提供對目前主流音視頻格式的全面支持。

家庭娛樂視頻解碼標(biāo)準(zhǔn)的迷局

相比近年來才興起的便攜音視頻應(yīng)用，數(shù)字家庭音視頻應(yīng)用存在了較長的時(shí)間，編解碼標(biāo)準(zhǔn)也更加穩(wěn)定，且在很大程度上受當(dāng)?shù)卣瓦\(yùn)營商引導(dǎo)。家庭娛樂設(shè)備的主流壓縮標(biāo)準(zhǔn)也是因地域而不同，恩智浦半導(dǎo)體大中華區(qū)家庭娛樂事業(yè)部數(shù)字電視系統(tǒng)市場總監(jiān)鐘亞倫表示：“在歐洲，MPEG-2還是占據(jù)主導(dǎo)地位，不過隨著衛(wèi)星電視和地面電視全高清(1080P)內(nèi)容的逐漸普及，MPEG-4逐漸得以采納。尤其在一些還沒有進(jìn)行數(shù)字廣播的地區(qū)，如歐洲的部分國家、東歐和東南亞國家，可能會(huì)直接上MPEG-4或H.264。在美國，MPEG-2做為ATSC規(guī)范的解碼部分，已經(jīng)占據(jù)統(tǒng)治地位，考慮到基礎(chǔ)設(shè)施成本和市場容量，要進(jìn)行改變不太可行。在日本，MPEG-2 HD廣播也已經(jīng)被采納，不過由于基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)量并不多，可以適量的向MPEG-4和H.264轉(zhuǎn)移?！敝劣谥袊箨懯袌?，鐘亞倫特別對中國自主AVS標(biāo)準(zhǔn)表示了支持。鐘亞倫指出，歷史證明，一些主流的國際標(biāo)準(zhǔn)往往不能在中國奏效，而本土標(biāo)準(zhǔn)往往會(huì)勝出，比如VCD和DMB-T就是最好的例子。這是因?yàn)?，首先，中國?biāo)準(zhǔn)組織對本土自主知識產(chǎn)權(quán)的標(biāo)準(zhǔn)非常重視，會(huì)大力推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)業(yè)化，其次，本土消費(fèi)電子廠商對成本十分敏感，因懼怕國外標(biāo)準(zhǔn)高額的專利授權(quán)費(fèi)用而選擇生產(chǎn)只需很低版權(quán)費(fèi)用的本土標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。

Alun Jones

目前中國網(wǎng)通AVS IPTV進(jìn)展良好，該公司計(jì)劃今年在大連市配置30萬部基于AVS標(biāo)準(zhǔn)的IP機(jī)頂盒。一些國際機(jī)頂盒芯片大廠已經(jīng)陸續(xù)推出了AVS機(jī)頂盒方案，如ST的STi520x和STi710x系列參考設(shè)計(jì)、Broadcom的BCM7405單芯片、NXP的STB222參考設(shè)計(jì)、TI與聯(lián)合信源公司合作的基于達(dá)芬奇的HM2006方案等。而本土的展訊、龍晶微電子和摩威科技也相繼有AVS解碼芯片發(fā)布，為AVS提供強(qiáng)有力的支持。盡管在市場容量最大的衛(wèi)星和有線電視領(lǐng)域，AVS已經(jīng)失去了先機(jī)，但在新興的IPTV領(lǐng)域，AVS仍有望取得突破。AVS的支持者認(rèn)為，雖然AVS標(biāo)準(zhǔn)與H.264框架相似，但它在許多單點(diǎn)技術(shù)上，如整數(shù)變換、自適應(yīng)系數(shù)編碼等方面，都采用了自主知識產(chǎn)權(quán)的替代算法，AVS壓縮效率與H.264 MP相當(dāng)，但算法復(fù)雜度總體來說降低了50%左右。最重要的是AVS標(biāo)準(zhǔn)僅象征性地向終端設(shè)備制造商收取每臺1元人民幣的專利費(fèi)，如果能夠出現(xiàn)更多開源的編解碼包，其普及力度將大為加速。

除了AVS以外，專門用于音頻編解碼算法的本土標(biāo)準(zhǔn)DRA也值得大家關(guān)注。廣晟數(shù)碼董事長鐘金松表示，杜比在碟機(jī)、音響等領(lǐng)域有專利優(yōu)勢，DTS控制著數(shù)字電影技術(shù)上的專利，DRA進(jìn)入上述傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域很難，而廣播電視的產(chǎn)業(yè)升級以及IPTV等新型產(chǎn)業(yè)的起步，為AVS和DRA等創(chuàng)造了機(jī)會(huì)，“在IPTV等新業(yè)務(wù)領(lǐng)域大家都在同一起跑線上，DRA甚至具備10幾項(xiàng)領(lǐng)先的核心專利。”另一家本土DRA供應(yīng)商數(shù)維科技目前也正在為中國多媒體廣播(CMMB)、直播電視衛(wèi)星以及地面數(shù)字電視等項(xiàng)目提供音頻技術(shù)方案，數(shù)維科技還強(qiáng)調(diào)了DRA做為指定音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)在CMMB便攜設(shè)備上的應(yīng)用：“在ARM處理器和在ADI的ADI-BF53x的DSP芯片上約40多MIPS便可實(shí)現(xiàn)128kbps立體聲實(shí)時(shí)解碼?！?/p>

不斷升級的優(yōu)秀的編解碼算法有效緩解了帶寬的緊張，不過在數(shù)字電視時(shí)代，不管運(yùn)營商采用何種編解碼標(biāo)準(zhǔn)和傳輸形式，機(jī)頂盒或者iDTV終端接收和解調(diào)解碼對視頻質(zhì)量影響已經(jīng)不大，而對于數(shù)字家庭娛樂設(shè)備來說，視頻質(zhì)量往往是最重要的。NXP的鐘亞倫特別強(qiáng)調(diào)了這一點(diǎn)：“目前電視機(jī)屏幕從CRT轉(zhuǎn)向LCD實(shí)際上是視頻質(zhì)量的倒退，主要原因是液晶面板響應(yīng)時(shí)間更長、對比度變低(由于暗場背光泄漏所致)和刷新率偏低(相對于100Hz或120Hz高端CRT電視)所致。因此，視頻后處理顯得非常重要?！辩妬唫愅扑]了NXP的PNX5100視頻后處理器和動(dòng)態(tài)背光技術(shù)。視頻后處理器PNX5100具備運(yùn)動(dòng)估計(jì)和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償功能，并通過up-conversion和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)1920X1080p@120Hz分辨率；動(dòng)態(tài)背光技術(shù)通過降低較暗場景的背光亮度能有效提升對比度，比如TV543數(shù)字電視一體機(jī)參考設(shè)計(jì)方案采用了NXP獨(dú)特的二維彩色調(diào)光(2D-Color-Dimming)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了卓越的對比度和生動(dòng)的色彩，也大大降低了功耗。