你的位置:首頁 > 光電顯示 > 正文

深入探討視頻系統(tǒng)設(shè)計中的HD技術(shù)

發(fā)布時間:2012-07-06 來源:德州儀器

中心議題:
  • HD指什么?
  • HD還有其它含義嗎?
  • 影響影像質(zhì)量的其它因素
  • 系統(tǒng)資源
  • HD系統(tǒng)多功能性
  • 處理器的選擇

前些年人們所期待的數(shù)字視頻革命現(xiàn)在正如火如荼的進(jìn)行。近年來,技術(shù)的發(fā)展推動了新的視頻功能在終端設(shè)備的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展,小到手機(jī)和MP3播放器,大到電視墻和廣告牌等設(shè)備。由于數(shù)字視頻市場需求旺盛,創(chuàng)新技術(shù)層出不窮,系統(tǒng)制造商必須考慮在新產(chǎn)品中采用何種視頻格式,其中一大考慮因素就是能否支持高清(HD)技術(shù)。HD能大幅改善影像質(zhì)量,為觀眾帶來前所未有的體驗(yàn)??紤]到市場對更大更好設(shè)備的強(qiáng)烈需求,我們也會不假思索的選擇HD技術(shù)。

HD指什么?

若想給出HD的全面說明,就會發(fā)現(xiàn)這個術(shù)語實(shí)在太難定義。對大多數(shù)人和大多數(shù)使用情況來說,HD是指高清電視(HDTV),比傳統(tǒng)的標(biāo)清電視(SDTV)屏幕更大,清晰度更高。SDTV的寬高比為1.33(4:3),而HDTV則為1.78(16:9),更接近于大多數(shù)電影屏幕的寬高比,因此在高清電視屏幕上播放電影時,剪切與遮幅就會更少些。HDTV定義的最高清晰度比SDTV高六倍,使細(xì)節(jié)更加清晰,色彩更加鮮艷。因HDTV采用數(shù)字傳輸技術(shù),所以影像要么傳輸成功,要么傳輸失敗,過去那種有雪花、發(fā)白的影像以及類似模擬視頻常見的縱向滾屏問題均已成為歷史。數(shù)字源還意味著同一屏幕可同時顯示多個畫面,這樣就能方便地進(jìn)行頻道預(yù)覽,參考節(jié)目安排及其它信息等。多音響環(huán)繞立體聲與視覺優(yōu)勢的完美結(jié)合可為家庭娛樂帶來震撼的全新體驗(yàn)。這種色彩鮮艷的大屏幕影像效果可與電影相媲美,因此消費(fèi)者對這種新的數(shù)字傳輸技術(shù)的宣傳非常感興趣也就不足為奇。不過,HDTV 并不等同于數(shù)字電視 (DTV),DTV 的定義更廣,盡管人們總是將二者混為一談。

HD還有其它含義嗎?


新的高端格式還在不斷開發(fā)之中,推動顯示技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展,如實(shí)驗(yàn)室里演示的超高清視頻 (UHDV)格式,清晰度提高了16倍,可達(dá)到1920×1080像素。毋庸贅述,我們可以看到,比HDTV分辨率更高的設(shè)備已用于數(shù)字影院和商業(yè)視頻制作。此外,HD計算機(jī)圖像格式有時也用于視頻顯示技術(shù)。計算機(jī)圖像格式以前都采用1.33的 SD屏幕寬高比,適合CRT 要求,不過為能支持HD數(shù)字視頻等應(yīng)用,又出現(xiàn)了對寬屏LCD的定義。這些寬屏格式包括分辨率達(dá)1280×800的Wide XGA(WXGA)、1680×1050的Wide SXGA+,以及分辨率達(dá) 1920×1200的Wide Ultra XGA(WUXGA)等,寬高比均為1.60。刷新率幾乎都采用逐行掃描技術(shù),比DTV的掃描速率要快得多。盡管這些計算機(jī)圖像格式不同于HDTV的標(biāo)準(zhǔn)格式,但計算機(jī)和 DTV 顯示技術(shù)實(shí)際上目前是緊密相連的,因此大多數(shù)HDTV電視機(jī)實(shí)際上也支持WXGA等VESA分辨率。

影響影像質(zhì)量的其它因素

開發(fā)人員在進(jìn)行HD設(shè)計之前最好應(yīng)先了解系統(tǒng)在顯示方面的要求。人們的感覺和技術(shù)要求同樣重要,人們要問,系統(tǒng)怎樣使用才能讓顯示格式更吸引觀眾?首先,HD的效果只能通過大屏幕才能體現(xiàn)出來,要是屏幕對角線不到40英寸,那么高清效果就完全體現(xiàn)不出來。顯然,HD對手機(jī)上的顯示屏毫無疑義,再比方說,坐在車后座上的觀眾看前方座椅背后的小顯示屏,也看不出HD和SD的差別。

其次,環(huán)繞音響的效果比高清屏幕的效果更為震撼。換言之,出色的音響效果會讓一般的影像顯得更好,而出色的影像效果則也會因音響不佳而大打折扣。因此,制造商在改進(jìn)視頻的同時,甚至之前,就要考慮怎么改進(jìn)音頻。

第三,視頻壓縮和解壓縮也會產(chǎn)生影響。通常,數(shù)字視頻壓縮后會減少所需的巨大帶寬,否則SDTV廣播格式所需的帶寬就可能超過124 Mbps,而1080i60標(biāo)準(zhǔn)所需的帶寬將達(dá)到 750Mbps。存儲容量也是要考慮的因素,單層DVD的容量約為4.7GB,只能支持較短的未壓縮視頻剪輯。雙層HD-DVD和藍(lán)光光盤的存儲容量分別約為30GB和50GB,不過仍然需要進(jìn)行大量壓縮才能在一張光盤上放下幾個小時的視頻內(nèi)容。

MPEG-2 Main Profile 是目前最通用的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn),通常采用4:2:0 的色彩采樣率,根據(jù)不同的視頻源,能達(dá)到30:1到50:1的壓縮率。由于H.264/MPEG-4 AVC High Profile基本能將這種壓縮率翻番,因此今后幾年視頻廣播和錄制產(chǎn)業(yè)會逐漸向這種新標(biāo)準(zhǔn)過渡。不過所有ITU/MPEG標(biāo)準(zhǔn)都會發(fā)生質(zhì)量損耗,因此解壓縮的影像播放出來肯定低于壓縮前的原始影像質(zhì)量。由于影像在運(yùn)動中而且標(biāo)準(zhǔn)定義時已經(jīng)對人們的觀賞體驗(yàn)進(jìn)行了大量研究,因此影像質(zhì)量的損耗能夠被很好地隱藏起來,往往人們難以覺察到。不過,如果采用MPEG-4 Main Profile標(biāo)準(zhǔn)將壓縮比提高到約60:1乃至100:1,那么就可能暴露出影像的瑕疵,而且HD顯示屏?xí)屵@些瑕疵更明顯。
[page]
系統(tǒng)資源

1080i60視頻解壓縮后比解壓縮的SD 視頻大6倍,解壓縮的720p60比SD大5.3倍,因此可以粗略地說,系統(tǒng)必須為HD提供比SD高6倍的處理吞吐量和存儲容量。此外,由于更高級的編解碼器采用更多存儲器,支持更多處理功能,因此能實(shí)現(xiàn)更高的壓縮比,這樣就會相應(yīng)提高系統(tǒng)要求。舉一個具體例子來說,以MPEG-4 Simple Profile 480i30 SD解碼器為參考幀數(shù)據(jù),那么所需的存儲器約為0.5MB,而H.264 High Profile解碼器對于1080i60 HD所需的最小存儲器都高達(dá)15MB,高出30倍之多。導(dǎo)致這一增加的原因不僅是由于像素分辨率更高,而且還由于MPEG-4 SP的幀預(yù)測算法只要求一個幀,但H.264 Level 4.0 High Profile則要求5個幀。對于HD解碼而言,處理器需要提供30倍的存儲器容量才能支持內(nèi)部參照幀緩沖。此外,還需要更多存儲器空間來支持顯示緩沖以及諸如流媒體緩沖和運(yùn)算表等其它解碼器功能。

HD系統(tǒng)多功能性

除了成本等因素,制造商要考慮HD系統(tǒng)設(shè)計的多功能性。幾乎目前設(shè)計的所有數(shù)字視頻系統(tǒng)都必須解決編解碼器不斷發(fā)展擴(kuò)充的問題。不管是DTV廣播、IPTV、視頻會議還是其它應(yīng)用,今后幾年H.264/MPEG-4 AVC標(biāo)準(zhǔn)都將發(fā)揮巨大影響力。此外還有一些WMV9/VC-1 與中國的AVS以及ITU/MPEG標(biāo)準(zhǔn)等競爭性標(biāo)準(zhǔn)等。機(jī)頂盒(STB)等系統(tǒng)可能要動態(tài)支持多種不同標(biāo)準(zhǔn)格式,還可能要連接到娛樂和游戲設(shè)備上,并支持家庭電腦系統(tǒng),今后還要支持視頻電話。這種系統(tǒng)不僅要支持解碼,重要的是還要支持轉(zhuǎn)碼和轉(zhuǎn)速率、視頻流和不同的顯示屏,更不要說不同的應(yīng)用和控制軟件了。視頻監(jiān)視系統(tǒng)這樣比較封閉式的應(yīng)用也要支持編解碼器的升級以及搜索和識別等特性。

處理器的選擇

為了支持HD視頻系統(tǒng)的高吞吐量、多應(yīng)用要求,處理器必須以合理的價格支持高性能和多功能。根據(jù)設(shè)計,數(shù)字信號處理器(DSP)提供高性能,滿足音視頻編解碼器和HD級數(shù)據(jù)流所需的實(shí)時算法要求。有的處理器集成了DSP和RISC,這樣就具備更多優(yōu)勢,能進(jìn)行功能分區(qū),讓DSP負(fù)責(zé)信號處理,而RISC負(fù)責(zé)控制、通訊和應(yīng)用軟件。采用達(dá)芬奇技術(shù)的TI數(shù)字媒體處理器等多核心DSP還包括視頻圖形協(xié)處理器(VICP),能為視頻編碼器常用的具體操作提供硬件加速,此外還具備更多片上硬件,能分擔(dān)視頻縮放以及圖形視頻混合等顯示處理工作,支持屏上顯示功能。

可編程DSP提供了支持多種編解碼器和顯示標(biāo)準(zhǔn)所需的靈活性,還使系統(tǒng)具有較強(qiáng)的靈活性,以滿足新功能的要求。此外,統(tǒng)一的基本設(shè)計能根據(jù)不同市場乃至不同地區(qū)要求快速進(jìn)行再編程。DSP近年來在用戶友好性方面也取得了長足進(jìn)步,達(dá)芬奇等處理技術(shù)包括全面的開放式軟件平臺,提供音頻視頻應(yīng)用編程接口(API),確保DSP的透明性,這樣開發(fā)人員只需用C語言和標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)工具對RISC進(jìn)行編程就能完成設(shè)計工作了。最后,支持片上系統(tǒng)(SoC)集成的DSP再配合存儲子系統(tǒng)和專為視頻功能而設(shè)計的外設(shè),這樣才能提供全面的解決方案,在支持 HD 和其它高級視頻特性的同時還有助于降低系統(tǒng)成本。

總結(jié)


TV與其它應(yīng)用的高清顯示技術(shù)是數(shù)字視頻領(lǐng)域的重要組成部分,視頻系統(tǒng)制造商在是否實(shí)施HD技術(shù)方面面臨著決策壓力。不要人云亦云,因?yàn)閯e人都投入HD而隨大流做出系統(tǒng)決策。應(yīng)當(dāng)記住,HD 包括多種格式,必須確定到底應(yīng)當(dāng)支持哪種或哪些格式。此外,并不是所有應(yīng)用都需要 HD,具體取決于屏幕大小、帶寬及系統(tǒng)成本等。HD需要巨大的數(shù)據(jù)吞吐量,比SD的實(shí)施成本更為昂貴,而且系統(tǒng)可能要支持多種編解碼器和應(yīng)用軟件。因此,必須根據(jù)實(shí)時信號處理性能、編程的靈活性和易用性以及 SoC 集成是否物美價廉來認(rèn)真選擇底層處理技術(shù)。近期上市的基于 DSP 的媒體處理器提供了專用視頻架構(gòu)和開放式軟件平臺,有助于加速開發(fā)過程,降低開發(fā)成本。利用這種技術(shù),系統(tǒng)開發(fā)人員能設(shè)計出全新的HD產(chǎn)品,滿足不同市場的需求。
要采購工具么,點(diǎn)這里了解一下價格!
特別推薦
技術(shù)文章更多>>
技術(shù)白皮書下載更多>>
熱門搜索
?

關(guān)閉

?

關(guān)閉