如何应对高清移动多媒体设计的挑战

作者：Broadcom公司 Robert Nalesnik

欢迎访问e展厅 展厅 2 手机/通信/网络设备展厅 手机, 调制解调器, 网管控制器, 光传输系统, 程控交换机, ... 可以设想一个具有高清视频质量的手机，它能用来观看电视节目、视频短片或电影，记录生活镜头，甚至通过控制台玩高质量的3D游戏，这是多么令人惬意的事啊！而在无线市场中正发生的戏剧性变化能驱使设计师在移动设备上实现令人称奇的高清视频。如今，高分辨率移动显示器有了巨大的改进，移动存储的成本正在快速下降，3G网络支持宽带下载，低功率媒体处理性能也有了显著的提高，这些技术的进步将使下一代精密手机和便携式媒体产品产生质的飞跃。移动视频市场要想跨越早期的试用阶段，设备制造商必须突破目前的技术限制以实现高清移动多媒体应用。 未来的手机将能记录和回放高清视频，粗颗粒、低分辨率的手机摄像将成为过去。数码相机上的先进性能，如自动曝光补偿，光学校正，图像稳定，红眼消除和人脸检测等，都将被用到手机上以捕获高质量的静止照片。而未来手机上的3D游戏性能也将媲美专用的手持式播放器的视频效果。最终，移动设备将能播放几乎所有格式的高清视频，并通过HDMI接口输出到高清电视机上。 高清消费体验是未来移动多媒体的关键组成部分，因此也是一个很好的市场机遇。然而，随着市场机遇给无线多媒体带来的显著变化，移动高清的实现也面临着严格的性能、功耗需求所带来的设计挑战。为了应对这个挑战，设计工程师必须获取低功率多媒体处理技术，同时采用新的标准，以及充分考虑高清的可能性和挑战及相关的处理架构。 实现移动高清视频回放 随着蜂窝网络带宽的提高和WiFi的普及，越来越多的消费者会把视频下载到他们的手机和移动媒体播放器上。互联网是今天最主要的视频来源。2008年1月，仅美国就提供了超过98亿个可在线收看的视频，其中三分之一来自YouTube网站。其他来源包括视频共享站点、音视频站点以及提供在线剧情的电视网络。 对于想在手机上观看视频的用户来说，移动多媒体处理器需要识别和支持多种视频编码标准。表1列出了目前在用的各种视频编解码器。内容兼容性是支持“任何地方，任何内容”这个理想目标的关键。为了推进移动视频的普及，用户不必知道他们的设备支持何种格式或分辨率。用户也许不能在他们的手机上以全高清的分辨率观看高清编码的视频，但他们希望能用手机播放出来，并能输送到电视机上观看。 正如表1所示那样，许多应用都有向H.264视频标准转变的趋势，因为H.264具有很高的编解码效率。H.264标准具有广泛的协议以适用于从低分辨率视频会议到HDTV等各种类型的应用。为了最大化兼容性，移动设备应支持H.264基线协议(Baseline profile)以及运算能力更强的主要协议(Main profile)和高端协议(High profile)，后者使用更高效率的CABAC(内容自适应二进制算术编码)无损压缩技术。H.264高端协议在指定比特率下可以提供更高的质量，是高清蓝光盘首选的视频编解码标准。 目前，虽然H.264已经成为主要的视频编解码标准，但随着技术的不断发展，成功的移动多媒体架构还需要支持未来的媒体标准。通过采用一定程度的软件可编程性，成功的移动多媒体架构将支持新特性和新应用的快速集成，并支持不断演变的音视频编解码器。 手机或移动媒体设备的电池寿命是设计视频回放功能的重要考虑因素。从很小的文件中解码出高质量的图片通常需要很强的处理能力。移动设备要想支持几个小时的视频回放，同时保留足够的电池使用时间，移动多媒体处理器的视频解码功率必须小于200mW，其中包括图形存储器在内。高功效且解码720p高清视频只需160mW的设备使用900mAH手机电池可以实现6小时的视频回放。 考虑到移动视频回放的各种使用情况，用户很可能希望同时在手机和电视机上观看视频。为了实现这个目标，多媒体处理器必须具备强大的缩放引擎，该引擎能够在尺寸完全不同的显示器上同时缩放和显示图像。为了高性价比地支持同时在模拟电视和HDTV上进行视频回放，处理器应采用片上模拟电路来支持复合接口、S端子或HDMI接口。 实现移动高清摄像机 除了解码高清视频以便用户能在手机上回放这些视频外，未来的无线技术将能帮助用户在移动设备上实现高质量高清视频的记录。虽然目前有些手机已经支持视频记录，但采用的是低分辨率的QVGA格式，只能产生粗颗粒、低质量的视频。在手机上播放高清视频是移动媒体领域中的重大进展，但使用移动设备记录远超QVGA质量的高清视频代表了这一行业更大的进步。 在考虑用移动设备记录高质量视频的要求时，图像传感器不是主要因素，而高效的视频编码和图像信号处理(ISP)是最重要的。在移动设备上编码视频所需的处理功率要比解码相同视频大得多。 100万像素图像传感器很容易捕获高清720p图像产生的921,600个像素，因此主要挑战不在于传感器。困难来自于这个事实：这些100万像素必须以30帧/秒的速度进行记录，相当于264Mbps的原始数据流。另外，为了具备高质量高清视频所需的图像校正、防抖、自动对焦、去噪声和曝光控制等先进功能，ISP管线必须足够快地处理这些实时数据。采用正确的视频编码和ISP架构，使用H.264高端协议压缩，720p的视频可以从庞大的264Mbps压缩到可管理的2-5Mbps，相当于记录一个小时的视频内容只需2GB。 随着闪存容量的迅速提高以及价格的迅速下降，未来移动多媒体设备有望具备16GB以上的内容存储器。从存储器角度来看，支持长时间高清视频记录不成问题，只要高清编码具有足够高的功效。 仅仅实现庞大的移动视频数据的管理和压缩是不够的，还必须以足够低的功率来完成，以保证手机电池有足够的使用时间。采用H.264高端协议的视频编码具有针对功率优化的多媒体架构，因此完全可以胜任。高质量高清记录(包括图形存储器在内)的处理功率小于450mW时，在使用标配电池的手机上记录音视频的时间可以长达数小时。在满足这种处理器功率规范的条件下，用户可以在手机上记录长达3小时的高清视频。手机提供高清摄像功能将极大地提升用户生成的内容等级，有助于推进移动多媒体应用的普及，进一步扩大基于web的视频共享应用范围。 高清已经离我们不远了 现在正是有创新能力的设计工程师开发未来移动设备的合适时机。设计足够的处理能力以使手机与其他多媒体设备能够播放和记录高清视频是一个令人兴奋的机遇，同时也是一个艰巨的任务。 Broadcom最近推出的一款多媒体处理器可以让消费者在手机上记录与回放高清视频、捕获高质量照片，同时还能玩3D游戏。这款型号为BCM2727 VideoCore III的多媒体处理器是该公司首个高能效、大功率多媒体处理器，可以在低功耗条件下用H.264高端协议的压缩技术提供720p高清编码和解码功能，从而实现移动高清应用。 一些领先的手机和便携式媒体播放器公司正在设计下一代高清移动设备。在今后几年内，全球手机用户将能在手机上观看和记录高质量高清视频、捕获高质量照片，并同时玩3D游戏。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (9/5/2008)