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光電/顯示技術  

在手機上播放HD視訊的最佳化設計

上網時間: 2008年09月09日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:多媒體處理器  行動高解析  影像感測器 

試著設想一款具有高解析(HD)視訊品質的手機,它能用來觀看電視節目、視訊短片或電影,記錄生活中各種瞬間鏡頭,甚至是3D遊戲,這是多麼令人嚮往的場景。而無線市場中正在發生的戲劇性變化,將使得設計師很可能在行動設備上實現令人稱奇的高解析品質視訊。

今天的高解析度行動顯示器品質有了巨大改良,行動內容儲存的成本正快速下降、3G行動網路支援寬頻下載速度、低功率媒體處理性能也獲得顯著提升,所有這些技術,都正推動著下一代複雜型手機和可攜式媒體產品功能將品質上的躍進。行動視訊市場要想跨越早期試用階段,設備製造商必須突破目前技術的極限,實現高解析行動多媒體產品。

未來的手機將能記錄和播放高解析視訊,目前的粗粒度、低解析度照相手機將成為歷史。而當前數位相機上的先進性能:自動曝光補償、光學校正、影像穩定、紅眼消除和人臉檢測等,都將被應用到手機上,以實現高品質靜止照片捕捉。3D遊戲性能也將與手持視訊播放器相當。最終,行動設備將能播放幾乎任何格式的高解析視訊,並透過HDMI介面輸出到高解析電視上。

高解析消費性應用是未來行動多媒體的關鍵組成部份。然而,伴隨這個顯著改變無線多媒體前景而來的,是必須設計出能滿足嚴格性能和功率要求,以便實現行動高解析裝置艱鉅挑戰。為應對這個挑戰,必須採用低功率多媒體處理技術。設計工程師必須採用新的標準,充分考慮高解析的可能性和挑戰及相關處理架構。

行動高解析視訊播放

隨著蜂巢式網路頻寬的提高和WiFi的普及,越來越多的消費者會把視訊下載到他們的手機和行動媒體播放器上。網際網路是今天最主要的視訊來源。在2008年1月,僅美國就有超過98億個視訊為線上收看,其中三分之一來自YouTube網站。其他來源包括視訊共用站點、音訊視訊站點以及提供線上影集的電視網路。

對於想在手機上觀看這些視訊的用戶來說,行動多媒體處理器必須識別和支援許多視訊編碼標準。表1列出了目前使用的各種視訊編解碼器。內容相容性是支援‘任何地方瀏覽任何內容’這個理想目標的關鍵。為了推廣行動視訊的普及度,用戶不必知道其設備支援何種格式或解析度。用戶也許無法在手機上以full HD觀看高解析編碼視訊,但他們希望能用手機播放,並送到電視上觀看高解析內容。

如表1所示,許多應用都有向H.264視訊標準轉變的趨勢,因為H.264具有很高的編解碼效率。H.264針對從低解析度視訊會議到HDTV等各種類型應用都具有不同類別。為了最大化相容性,行動設備應支援H.264基線類別,以及運算能力更強的主要類別和高階類別,後者使用更高效率的CABAC(內容自適應二進位運算編碼)無損壓縮技術。H.264高階類別在指定位元率下可以提供更高的品質,是高解析藍光光碟首選的視訊編解碼標準。

雖然H.264已經成為當前視訊編解碼標準主流,但隨著技術不斷發展,成功的行動多媒體架構還需要支援未來的媒體標準。透過採用一定程度的軟體可編程特性,成功的行動多媒體架構將支援新特性和新應用的快速整合,並支援未來不斷演變的新款音視訊編解碼器。

手機或行動媒體設備的電池壽命是設計視訊播放功能的重要考慮因素。要從很小的文件中解碼出高品質的圖片,通常需要很強的處理能力。行動設備想支援幾個小時的視訊播放,同時保留足夠的電池使用時間,行動多媒體處理器的視訊解碼功率必須小於200mW,其中包括繪圖記憶體在內。具備高功效並解碼720p高解析視訊僅需160mW的裝置,在使用典型900mAH手機電池時可播放6小時視訊。

考慮到行動視訊播放的各種使用情況,用戶很可能希望同時在手機和電視機上觀看視訊。為了實現這個目標,多媒體處理器必須包含強大的縮放引擎,這種引擎能夠在尺寸完全不同的顯示器上同時縮放和顯示影像。為支援在類比電視和HDTV上同時進行視訊播放,處理器應採用晶片上類比電路來支援複合、S視訊或HDMI介面。

表1:主流的視訊播放器和相關編解碼器。
表1:主流的視訊播放器和相關編解碼器。

行動高解析相機

除了解碼高解析視訊以便用戶能在手機上播放這些視訊外,未來的無線技術將能幫助用戶在行動設備上錄製高品質高解析視訊。雖然目前有些手機已經支援視訊錄製,但均採用低解析度的QVGA格式,只能產生粗粒度、低品質視訊。雖然在手機上播放高解析視訊是行動媒體領域中的重大進展,但使用行動設備記錄品質遠超過QVGA的高解析視訊,則代表著此一產業的更大進步。

在考慮用行動設備記錄高品質視訊的要求時,非常令人驚訝的是,影像感測器不是主要因素。相反,高效的視訊編碼和影像訊號處理(ISP)是最重要的因素。在行動設備上編碼視訊所需的處理功率要比解碼相同視訊大得多。

100萬畫素影像感測器很容易擷取高解析720p影像(1,280x720畫素)產生的921,600個畫素,因此主要挑戰不在於感測器。困難來自於這個事實:這些100萬畫素的訊框必須以每秒30個的速度記錄,相當於每秒264Mb/s的原始資料串流。另外,為包含產生高品質高解析視訊所需的影像校正、防震、自動對焦、去雜訊和曝光控制等先進功能,ISP管線必須快速即時處理這些資料。採用正確的視訊編碼和ISP架構,使用H.264高階類壓縮,720p視訊可以從每秒龐大的264Mb/s壓縮到每秒可管理的2到5Mb/s,相當於記錄一小時的視訊內容只需2GB。

隨著快閃記憶體容量的迅速提高以及價格迅速下降,未來行動多媒體設備可望包含4到16GB記憶體,甚至更多。從記憶體角度看支援長時間高解析視訊記錄沒有什麼問題,只要高解析編碼具有足夠高的功效。

僅僅實現龐大的行動視訊資料的管理和壓縮是不夠的,還必須以足夠低的功率來完成,以便使手機電池有足夠的使用時間。採用H.264高階類別的視訊編碼具有針對功率最佳化的多媒體架構,可勝任這項工作。高品質高解析記錄(包括繪圖記憶體在內)的處理功率小於450mW時,在使用標準配備電池的手機上記錄音視訊的時間可長達數小時。在滿足這種處理器功率規格的條件下,用戶可在手機上記錄長達3小時的高解析視訊。手機提供高解析品質的攝影功能將大幅提升用戶產生的內容等級,有助於推進行動多媒體應用的廣泛採納,進一步擴大基於web的視訊共用應用範圍。

高解析時代來臨

現在正是有創新能力的設計工程師開發未來行動設備的良好時機。設計足夠的處理功能協助手機與其他多媒體設備播放和記錄高解析視訊,正面臨著商機與挑戰共存的局面。

Broadcom最近推出了一款多媒體處理器BCM2727,可讓消費者在手機上記錄與播放高解析視訊、擷取高品質照片,同時還能執行3D遊戲。BCM2727 VideoCore III多媒體處理器以在低功耗條件下用H.264高階類壓縮技術提供720p高解析編碼和解碼功能,實現行動高解析應用。

一些手機和可攜式媒體播放器公司正在設計下一代高解析行動設備。未來幾年內,全球手機用戶將能在手機上觀看和記錄高品質高解析視訊、擷取高品質照片,同時執行3D遊戲。

作者:Robert Nalesnik

行動平台部資深行銷總監

Broadcom公司





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