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處理器/DSP  

用數位訊號處理器最佳化視訊編碼器

上網時間: 2008年12月23日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:視訊  多媒體  編解碼 

高壓縮比標準的各種特性為技術人員提供了廣闊的空間,在複雜性、延遲以及其他約束即時性能的因素之間獲得最佳平衡。

用數位視訊編碼進行視訊壓縮能夠在盡可能降低視訊容量的同時保持可接受的視訊品質。但是,為便於傳輸和儲存而降低大小的視訊壓縮可能會犧牲一些影像品質。此外,視訊壓縮還要求處理器具備較高性能,並且在設計中要支援豐富的功能,因為不同類型的視訊應用在解析度、頻寬以及靈活性方面都有著不同的要求。具有更高靈活性的數位訊號處理器(DSP)不僅能夠充分滿足上述需求,而且還可充分發揮高階視訊壓縮標準提供的豐富選項來幫助系統開發人員實現產品最佳化。

視訊編解碼(編解碼器)演算法的固有結構和複雜性促使我們必須採用最佳化方案。編碼器非常重要,因為它們不但必須滿足應用要求,而且也是視訊應用進行大量處理任務的主要部份。雖然編碼器是基於資訊理論之上的,但在實施過程中仍需要在不同因素間權衡取捨,因此會非常複雜。編碼器應當具有高度的可配置性,並能針對各種視訊應用提供簡單易用的系統介面且實現性能最佳化,使開發人員受益匪淺。

視訊壓縮的特性

原始數位視訊的傳輸或儲存需要佔用大量空間。像H.264/MPEG-4 AVC等高階視訊編解碼器能實現高達60:1到100:1的壓縮比並確保持續不變的吞吐量,這使我們能夠利用較窄的傳輸通道實現傳輸,並能減少視訊儲存所佔的空間。

與靜態影像領域的JPEG標準一樣,ITU與MPEG視訊編碼演算法也需要結合採用離散轉換編碼(DCT或類似技術)、量化和可變長度編碼等技術來壓縮訊框中的巨集模組。一旦演算法設立了基線編碼內(I訊框),只需透過視覺內容的差值或它們之間的殘留值進行編碼,就可設立眾多的後續預測訊框(P訊框)。我們可用所謂運動補償技術來實現這種訊框間差值。該演算法首先估算前一參考訊框巨集模組移入到目前訊框的位置,然後再消除冗餘並壓縮剩餘部份。

圖1為一般性運動補償視訊編碼器的結構圖。運動向量(MV)數據描述了各模組的行動位置,該數據在估算階段製作,這通常是演算法中運算強度最大的階段。

圖1:一般性運動補償視訊編碼器的結構圖。
圖1:一般性運動補償視訊編碼器的結構圖。

圖2顯示了P訊框(右)及其參考訊框(左)。在P訊框下方,剩餘部份(黑色部份)顯示了運算出運動向量(藍色部份)後剩餘的編碼量。

圖2:顯示運算運動向量後剩餘編碼量的P 訊框及參考訊框。
圖2:顯示運算運動向量後剩餘編碼量的P 訊框及參考訊框。

視訊壓縮標準僅指定位流語法與解碼進程,使編碼器擁有很大的創新空間。速率控制也是一個可以創新的領域,使編碼器能分配量化參數,以適當的方式確定視訊訊號中的雜訊。此外,高階H.264/MPEG-4 AVC標準還可提供巨集模組大小、運動補償四分之一畫素解析度(quarter-pel resolution)、多參考訊框、雙向訊框預測(B訊框)以及自適應環內去區塊濾波(in-loop deblocking)等多種選擇,既提高了靈活性同時還增強了功能。

多樣化的應用需求

視訊應用要求差異很大。高階壓縮標準的各種特性為技術人員提供了廣闊的空間,在複雜性、延遲以及其他約束即時性能的因素之間獲得最佳平衡。例如,我們可以設想,視訊電話、視訊會議以及數位相機(DVR)對視訊就有著不同的要求。


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