高质视频播放的新型视频应用解决方案-解决方案.doc
高质视频播放的新型视频应用解决方案 -解决方案 全球消费类视频应用正在进入一个令人兴奋的新阶段。传统的视频内容只提供有限的商业电视节目以及电影或与个人录像节目等。如今,视频内容的选择种类大幅增加,而且获得视频内容的途径也变得多种多样:互联网、共享媒体、地面及卫星广播、 IP 广播、手机、视频点播、新媒体格式以及 P2P 传输等。 消费者可以通过很多的方法获得视频内容,但是,由于终端产品播放能力的限制,不能使消费者享受全部新形式的视频内容。原本能促进消费市场应用的半导体器件现在却阻碍了消费者获取多种格式的媒体信息。进一步,为了转移、转码和播放不同格式的视频内容,在播放终端上又增加了外围芯片,如硬盘控制器,闪存卡读取器, DVD 控制器等,增加了系统的材料。现实市场需要满足消费者新需求的新解决方案。 为什么播放器需要支持多种视频压缩格式? 消费者应该能随意播放任何格式的内容;播放器应该能不拘格式地自动解码播放。以下根据来源举 例说明常见的媒体数据格式: 移动电视: *广播制式: DVB,DMB,DVB-H, S-TiMi 等 *可能采用相对于固定电视的较窄信号带宽,播放预先减采样的 QVGA 低清晰度内容 *可能采用固定电视及其光缆传播所常用的成熟高清晰 MPEG2 压缩(例如现行 T-DMB 的载波内容) *可能采用 H.264 和 AVS 等高压缩比算法标准 通过网络下载: *采用 H.264 的高清电视内容约占 10% *采用 RealVideo10,或 MPEG4/ASP, D1 分辨率,的内容约 站 80% *Real与 MPEG4比较,例如压缩一个电影,前者可压缩到 300MB,后者维 600MB 从 DVD 和有线电视节目取得内容: *通常为 MPEG2 *新兴的 IP 电视应用,则需要 MPEG4 或者更高压缩比的算法来满足较低速网络上的应用 个人视频共享: *时兴新技术和应用,两种常见的制式: oU-Tube oFlashVideo(FLV) WindowsVideoMedia9 *市场上标志性的媒体标准功能 中国自主知识产权 的 AVS 标准 *已经被认可,并正在逐步为国内的内容和运营行业所采用。 当我们最初定义 VivaceVSP 芯片系列的产品规格时,我们意识到了:无论应用系统是否便携、价位高低、显示屏大小,媒体处理芯片的能力必须能充分实现解码各种媒体压缩格式、保证 D1@30fps 的实时解码和显示。否则总是要通过 PC软件转码才能达到设备之间媒体内容地无缝衔接。 目前便携媒体播放器 (或称为 MP3.5/MP4)能播放的视频内容 在各种 MP3 播放器,尤其是苹果公司的高端系列产品和内容服务的带动下,MP3 播放 器的市场在过去 5 至 7 年中增长巨大。视频播放功能成为最吸引消费者的卖点。为此, MP3 制造商和 ODM 供应商竞相寻找在保持低价位前提下、能在 MP3播放器中增加视频功能的系统解决方案。幸运的是,闪存和硬盘的部件降价帮助保持了新增视频系统的成本空间。但是,在授权下载和播放的内容从单纯音频到音视内容和电影时,便携 DSP 在应用上遇到了技术挑战。 2006 年,支持有限条件下视频功能的 MP3 播放器产品开始进入市场。然而,几个不利因素制约了其在市场上流行的势头。关键的障碍是使用者在下载内容之后,仍要在 PC 上对内容继续进 行软件 DSP 处理。“转码”的过程事实上是“解码-图像下采样-缩小帧幅-重新压缩到便携 DSP 能力所限制的格式”的长过程。事实上,由于各自媒体压缩标准的不同,根本不可能有所谓的简单“转码”。要转换压缩格式,只有先解压、再压缩。但这种方法并不理想,“转码”存在三方面问题:第一,播放器中的视频处理器没有同时支持多种媒体格式的功能,因此视频内容必须转换为手持设备所能接收的某种格式;第二,播放器中的 DSP 芯片处理能力达不到 D1@30fps 的实时解码速度;第三,播放器中的低性能芯片无法对高分辨率内容进行缩小帧尺寸的运算处 理,以适应便携式产品的显示分辨率。总之,当前的便携播放器 DSP 芯片已不能满足消费者所追求的视频体验。 芯慧同用 VSP 芯片支持的 MP4 播放器方案 下文介绍 VSP 媒体处理器系列中的一款新产品: VSP100 媒体处理器。 VSP100采用专门设计以满足视频市场的需求,尤其适合作为视频协处理器应用。它能实时处理多种数据格式和不同分辨率的视频内容,能缩放内容以适合便携显示的通常分辨率,可延长播放时间,缩短系统产品进入市场的时间,增加视频功能的系统设计成本最低。 VSP100 芯片特性: *功耗 25~50mW,支持 QVGA 和 H.264 标准的媒体解码和播放 *ViViD 媒体 DSP 子系统 (图 1)运行时钟为 125MHz *RISC 通用 CPU 运行时钟达 180MHz *内部集成的 8-16 比特的 SDRAM/DDR 内存控制器 *支持所有主流媒体标准 *高达 VGA 分辨率的 LCD 控制器 *在中芯国际以 130 纳米工艺制造 图 1 给出了 VSP100 芯片上所集成的主要功能模块。 图 1: VSP100SoC 架构。 (右上角为芯慧专利 ViViD 多核子系统 ) VSP100 芯片由多核的 ViViD 子系统承担视频 DSP 的工作。如下图所示,它包含了三个定制设计的视频 DSP 核,每个 DSP 核又分别配置了针对视频算法加速的定制硬件化宏指令 (DDCU)。三核组成流水线操作 (码流处理、图像变换和运动补偿 ),保证在任意时刻都能同时处理在三个不同阶段的解码任务。 DSP 采用 VLIW体系结构,在每个并行运行的数据通道上都能任选一个定制的宏指令加速器来执行。定制 宏指令加速器预先编程并硬件化,实现运算功能 (如 ALU)或视频编解码常用的 DSP 过程。 VSP100 能在很低的时钟频率和低功耗下实现高速处理。 ViViD 视频子系统的设计基于芯慧同用的自主知识产权和专利技术。处理器采用的 VLIW 结构具有增强的实用创新和改进,例如:设计者定制的宏指令加速单元 (DDCU)在多个并行数据路径上的动态调动和运行。各个并行 DSP 核都经过芯慧同用工程师采用媒体算法编程、优化并进行硬件化实现。预先定制的宏指令单元库已经足够支持处理器面向各种流行媒体标准的灵活重构,并支持优化的高速处理性 能。 基于 VSP100 的创新媒体系统方案 方案 I 从 MP3 衍生到 MP4+音视频播放器 典型的 MP3 播放器包含主体和媒体携处理器,电源及电池控制芯片,音频编解码器,闪存, SDRAM/DDR 存储器,和硬盘控制器等 (如图 3 所示 )。加入 VSP100使这样的系统增加了高性能的视频功能。 VSP100 从输入比特流 (系统比特流或者原始视频比特流 )开始,完全承担所有的视频解压运算。视频内容被一帧帧解压并送入存储器,同时通过视频输出、或直接通过 LCD 控制器显示。 图 2: ViViD 视频子系统中典型比特流处理器指令。 在图 3 建议的系统方案当中, VSP100 芯片与系统主处理器通过通用并行从接口 (ParallelSlavePort,或 PSP)与原 MP3 平台电路建立数据联接,实现音视频数据的导入。同时 VSP100 通过 GPIO 在其通用 CPU 核和原 MP3 平台 CPU 之间建立命令联接。 VSP100 的片上 RISC 通用处理器管理音视频信号的 分离 (demux),音频解码和数字版权管理 (DRM)。原 MP3平台的主 CPU也能承担纯音频内容的编解码,就如在原先的 MP3播放器中的模式。原 MP3平台的软、硬件作需要的修改为最小、最省力,即制成了 D1 性能的 MP4+播放器新产品。 图 3:典型的 VSP100 协处理器解决方案,应用于 MP3 播放器中。 方案 II.最简化单功能媒体播放器 通过外设桥管理系统的数据 IO(如图 4 所示 )。 图 4: VSP100 结合外设桥接设备的典型方案。 方案 III.通过 USB 和硬盘联接的数字电视播放器 在数字电视的附件模块方案中, VSP100 能构成直接 USB 媒体播放接口 (如图6 示 )。在这个直接简单的应用中,为了实现在大屏幕数字电视上播放多来源的多标准视频内容,“无转码”是成败的关键 (电视不同于 PC,无法运行转码软件 )。在这个方案中 VSP100 的 D1 视频处理功能将使大屏幕显示达到最佳效果,支持了来源不同的各种媒体标准的内容播放。 图 5:通过 USB 在数字电视上播放多媒体内容的方案。 方案 IV.通过 USB 的硬盘数字电视播放器 在移动数字电视应用中, VSP100 能承担信源解码器和控制器的功能,因此设计成单功能和低成本的简单移动电视 (如图 6 示 )。 图 6:在移动数字电视上播放多媒体内容的典型方案。 VSP100 方便了数据和控制的链接,与移动电视信道解调模块的流行产品实现无缝联接。信道解调芯片或模块可来自多个供应商,与 VSP100 集成为便携移动电视,即可支持不同标准 (DAB,T-DMB,S-TiMi)上的广播系统。 VSP100 的可重配置和现场升级能力支持广播系统中变化的数据流带宽以及特定的数据压缩标准。移动电视通过 VSP100 集成于手机或者 PDA,不仅为原系统增加了移动电视的功能,而且为原系统增加了适应多种媒体格式的视频处理功能。综合高性能、多制式、低功耗,低时钟,低噪音等突出特点,芯慧同用 VSP100 成为智能手机中视频协处理器的良好选择。 VSP100 可处理多种媒体标准,采用 VSP100 方案的设计公司和 ODM 无需第三方提供的解码软件包。所有的媒体编解码软件和优化实现都随芯片一起 提供给开发商。请参照本文最后的列表。 本文小结 现在大量视频内容可以提供给消费者,这促使 OEM 及 ODM 产品商为其便携音频播放产品增加高质视频功能。对多样媒体格式和原始分辨率数据的处理功能,是新播放器产品制造商对半导体公司提出的挑战。市场应用要求芯片供应商提供新功能和高性能,但同时要求保持消费类产品的低功耗和低成本苛求。高端和“真正无转码”播放器将引领市场增长,为应对多媒体消费电子领域即将到来的变革,芯慧同用向市场推出 VSP100 和 VSP200 系列产品。这些产品能够轻松地集成到厂家现有产品的系 统中,一次升级即能使其成为具有高质视频的多媒体播放器。 芯慧同用产品使系统厂商的产品具有如下多媒体编解码功能: 视频解码器: *H.264Baseline/Mainprofile,MPEG2,MPEG4ASP,WindowsMediaVideo9,RealVideo,AVS,On2VP6(Flash),OGGTheora 音频解码器: *MPEGL1/L2,MP3,AAC+v2,DolbyDigital,DolbyProLogic,WindowsMediaAudio9,RealAudio,OGGVorbis 媒体编码器: *MPEG-4ASP+MPEGL1/L2 图像: *JPEG&TIFF 压缩和解压缩 数字版权管理: *MicrosoftDRM10,RealHelixDRM,DRM-enabledforotherstandards 加密支持: *Truerandom-numbergenerator,UniquechipID,AES/DES/3DES/SHA-1 操作系统: *Linux2.6MicrosoftWindowsCEMobile5.0