視頻處理

視頻處理

計算機軟件術語
在計算機上播放和錄制視頻,可以将家庭電影複制到計算機,使用視頻和音頻剪貼工具進行編輯、剪輯、增加一些很普通的特效效果,使視頻可觀賞性增強,稱之為視頻處理。為了消除這種抖動并再生原始信号,需要采用反轉電影電視(反轉3:2折疊)方式将轉換後的信号轉換回24幀/秒。重點介紹數字視頻所普遍采用的六類處理器:固定功能引擎,專用标準産品(ASSP),媒體處理器,DSP,嵌入式RISC處理器和FPGA。然Vaddis 5R包含兩個RISC處理器,但它在執行計算量最大的任務時使用固定功能硬件加速器,如MPEG-2視頻解碼和彩色空間轉換。
    中文名:視頻處理 外文名: 所屬學科:計算機

概述

在計算機上播放和錄制視頻,可以将家庭電影複制到計算機,使用視頻和音頻剪貼工具進行編輯、剪輯、增加一些很普通的特效效果,使視頻可觀賞性增強,稱之為視頻處理。

傳統電視(綠)與常見的電影畫面長寬比例之比較長寬比(Aspect ratio)是用來描述視頻畫面與畫面元素的比例。傳統的電視螢幕長寬比為4:3(1.33:1)。HDTV的長寬比為16:9(1.78:1)。而35mm膠卷底片的長寬比約為1.37:1。

雖然電腦螢幕上的像素大多為正方形,但是數字視頻的像素通常并非如此。例如使用于PAL及NTSC訊号的數位保存格式CCIR 601,以及其相對應的非等方寬螢幕格式。因此以720x480像素記錄的NTSC規格DV影像可能因為是比較“瘦”的像素格式而在放映時成為長寬比4:3的畫面,或反之由于像素格式較“胖”而變成16:9的畫面。

常見格式

AVI---AVI文件

AVI是音頻視頻交錯(Audio Video Interleaved)的英文縮寫,它是Microsoft公司開發的一種符合RIFF文件規範的數字音頻與視頻文件格式,原先用于Microsoft Video for Windows (簡稱VFW)環境,已被Windows 95/98、OS/2等多數操作系統直接支持。AVI格式允許視頻和音頻交錯在一起同步播放,支持256色和RLE壓縮,但AVI文件并未限定壓縮标準,因此,AVI文件格式隻是作為控制界面上的标準,不具有兼容性,用不同壓縮算法生成的AVI文件,必須使用相應的解壓縮算法才能播放出來。常用的AVI播放驅動程序,主要是Microsoft Video for Windows或Windows 95/98中的Video 1,以及Intel公司的Indeo Video。AVI文件主要應用在多媒體光盤上,用來保存電影、電視等各種影像信息,有時也出現在Internet上,供用戶下載、欣賞新影片的精彩片斷。

MPEG/MPG/DAT---MPEG文件

MPEG文件格式是運動圖像壓縮算法的國際标準,它采用有損壓縮方法減少運動圖像中的冗餘信息,同時保證每秒30幀的圖像動态刷新率,已被幾乎所有的計算機平台共同支持。MPEG标準包括MPEG視頻、MPEG音頻和MPEG系統(視頻、音頻同步)三個部分,前文介紹的MP3音頻文件就是MPEG音頻的一個典型應用,而Video CD (VCD)、Super VCD (SVCD)、DVD (Digital Versatile Disk)則是全面采用MPEG技術所産生出來的新型消費類電子産品。MPEG壓縮标準是針對運動圖像而設計的,其基本方法是:在單位時間内采集并保存第一幀信息,然後隻存儲其餘幀相對第一幀發生變化的部分,從而達到壓縮的目的,它主要采用兩個基本壓縮技術:運動補償技術(預測編碼和插補碼)實現時間上的壓縮,變換域(離散餘弦變換DCT)壓縮技術實現空間上的壓縮。MPEG的平均壓縮比為50∶1,最高可達200∶1,壓縮效率非常高,同時圖像和音響的質量也非常好,并且在微機上有統一的标準格式,兼容性相當好。

這裡值得注意的是DIVX。DIVX視頻編碼技術可以說是一種對 DVD 造成威脅的新生視頻壓縮格式,也有人說它是 DVD 殺手,它由 Microsoftmpeg4 v3 修改而來,使用了MPEG4的壓縮算法。同時它也可以說是為了打破 ASF 的種種協定而發展出來的。而使用這種據說是美國禁止出口的編碼技術MPEG4 壓縮一部 DVD 隻需要 2 張 CDROM。這樣就意味着讀者不需要額外購買DVD光驅也可以得到和它差不多的視頻質量。而且播放這種編碼,對機器的要求也不高,CPU的最低額度隻要求在300MHZ 以上,而且在CPU類型的選擇方面,不論你的芯是PII、CELERON還是PIII、AMDK6/2、AMDK6III、ATHALON,就是CYRIXx86也可以統吃拿下。在配置上64兆内存和一個8兆顯存的顯卡上,DIVX便可以流暢的播放了。

RA/RM/RMVB---RealVideo文件

RealVideo文件是RealNetworks公司開發的一種新型流式視頻文件格式,它包含在RealNetworks公司所制定的音頻視頻壓縮規範RealMedia中,主要用來在低速率的廣域網上實時傳輸活動視頻影像,可以根據網絡數據傳輸速率的不同而采用不同的壓縮比率,從而實現影像數據的實時傳送和實時播放。RealVideo除了可以以普通的視頻文件形式播放之外,還可以與RealServer服務器相配合,在數據傳輸過程中邊下載邊播放視頻影像,而不必像大多數視頻文件那樣,必須先下載然後才能播放。Internet上已有不少網站利用RealVideo技術進行重大事件的實況轉播。

RMVB影片格式比原先的RM多了VB兩字,在這裡VB是VBR(Variable Bit Rate--可變比特率)的縮寫。在保證了平均采樣率的基礎上,設定了一般為平均采樣率兩倍的最大采樣率值,在處理較複雜的動态影像時也能得到比較良好的效果,處理一般靜止畫面時則靈活的轉換至較低的采樣率,有效的縮減了文件的大小。

MOV/QT---QuickTime文件

QuickTime是Apple計算機公司開發的一種音頻、視頻文件格式,用于保存音頻和視頻信息,具有先進的視頻和音頻功能,被包括Apple Mac OS、Microsoft Windows 95/98/NT在内的所有主流電腦平台支持。QuickTime文件格式支持25位彩色,支持RLE、JPEG等領先的集成壓縮技術,提供150多種視頻效果,并配有提供了200多種MIDI兼容音響和設備的聲音裝置。新版的QuickTime進一步擴展了原有功能,包含了基于Internet應用的關鍵特性,能夠通過Internet提供實時的數字化信息流、工作流與文件回放功能,此外,QuickTime還采用了一種稱為QuickTime VR (簡作QTVR)技術的虛拟現實(Virtual Reality,VR)技術,用戶通過鼠标或鍵盤的交互式控制,可以觀察某一地點周圍360度的景像,或者從空間任何角度觀察某一物體。QuickTime以其領先的多媒體技術和跨平台特性、較小的存儲空間要求、技術細節的獨立性以及系統的高度開放性,得到業界的廣泛認可,已成為數字媒體軟件技術領域的事實上的工業标準。國際标準化組織(ISO)選擇QuickTime文件格式作為開發MPEG4規範的統一數字媒體存儲格式。

ASF/WMV----MICROSOFT流媒體文件

Microsoft公司推出的Advanced Streaming Format(ASF,高級流格式),也是一個在Internet上實時傳播多媒體的技術标準,Microsoft公司的野心很大,希圖用ASF取代QuickTime之類的技術标準。ASF的主要優點包括:本地或網絡回放、可擴充的媒體類型、部件下載、以及擴展性等。ASF應用的主要部件是NetShow服務器和NetShow播放器。有獨立的編碼器将媒體信息編譯成ASF流,然後發送到NetShow服務器,再由NetShow服務器将ASF流發送給網絡上的所有NetShow播放器,從而實現單路廣播或多路廣播。這和Real系統的實時轉播則是大同小異。WMV又是一種獨立于編碼方式的在Internet上實時傳播多媒體的技術标準,Microsoft公司希望用其取代QuickTime之類的技術标準以及WAV、AVI之類的文件擴展名。wmv的主要優點包括:本地或網絡回放、可擴充的媒體類型、部件下載、可伸縮的媒體類型、流的優先級化、多語言支持、環境獨立性、豐富的流間關系以及擴展性等。

AVI(n AVI)

如果你發現原來的播放器突然打不開這種格式的avi文件了,那你就要考慮是不是碰到了nAVI。n AVI是 newAVI 的縮寫,是一個名為 ShadowRealm 的地下組織發展起來的一種新視頻格式。它是由Microsoft ASF 壓縮算法的修改而來的(并不是想象中的AVI),視頻格式追求的無非是壓縮率和圖象質量,所以 NAVI 為了追求這個目标,改善了原始的 ASF 格式的一些不足,讓NAVI 可以擁有更高的幀率(frame rate)。當然,這是犧牲 ASF 的視頻流特性作為代價的。概括來說, NAVI 就是一種去掉視頻流特性的改良型 ASF 格式,也可以被視為是非網絡版本的 ASF 。

ISO、BIN、IMG、TAO、DAO、CIF、FCD-鏡像文件格式

鏡像文件其實就是一個獨立的文件,和其他文件不同,它是由多個文件通過刻錄軟件或者鏡像文件制作工具制作而成的。

鏡像文件的應用範圍比較廣泛,最常見的應用就是數據備份(如軟盤和光盤)。随着寬帶網的普及,有些下載網站也有了ISO格式的文件下載,方便了軟件光盤的制作與傳遞。常見的鏡像文件格式有ISO、BIN、IMG、TAO、DAO、CIF、FCD。

打開鏡像文件可以使用WinISO或者IsoBuster,下載這些軟件的地方都有相關教程,不再贅述。.

常見處理數據

視頻處理需要使用大量數據作為測試和訓練集,如:Visual Object Classes Challenge 2011 (VOC2011)(PASCAL視覺目标分類挑戰賽2011)、BEHAVE - Crowds(人群行為視頻數據集)、交通視頻數據庫(2010年-2011年間的數據)、IR Marks video data set (加利福尼亞大學聖叠戈分校臉部運動視頻數據庫)、The Honda/UCSD Video Database(加利福尼亞大學聖叠戈分校臉部追蹤視頻數據庫) 、VIRAT Video Dataset(美國國防部高級研究計劃局VIRAT視頻數據庫)等。

信息處理

根據三基色原理,在視頻領域利用R、G、B三色不同比例的混合來表現豐富多彩的世界。由于攝像機中的原始信号和電視機、監視器、計算機顯示器裡的最終信号都是RGB信号,因此,使用RGB信号作為視頻信号的傳輸和記錄方式,無疑會有極高的信号質量。但在實際應用中卻并非如此,因為。一則這會極大地增加視頻帶寬,增加相關設備的成本,二則這也與現行的黑白電視不兼容。

①視頻信号

⒈YUV分量信号

按亮度方程将RGB轉換生成亮度信号Y和兩個色差信号U(B-Y)、V((R-Y),就得到YUV分量信号。

YUV分量的特點

由于Y與UV是分離的,隻有Y而沒有U、V的圖就是黑白灰度的。黑白電視機能接收彩色電視信号正是利用了YUV的分離特性。

可利用人眼的特性來降低數字彩色圖像需要的存儲容量。人眼對彩色細節的分辨能力遠比對亮度細節的分辨能力低,把N個相鄰像素不同彩色值當作相同彩色值來處理(降低彩色分量的分辨率)可以減少存儲容量,而不明顯影響圖像質量。

Y/C信号

把YUV信号中的U、V信号進一步合成為一個色度信号C,得到Y/C信号。由于對色度信号進行了将頻處理,這種記錄方式又稱為彩色降頻方式。

複合信号

把Y/C信号中的Y信号和C信号進一步合成,得到複合視頻,也就是彩色全電視信号。應用複合視頻主要是為了方便傳輸以及電視信号的發射。

②采樣

③量化

④壓縮

有損壓縮/無損壓縮

硬件壓縮/軟件壓縮

壓縮比

⑤計算機顯示系統

色彩空間與像素資料量

U-V色盤範例,其中Y值=0.5色彩空間(Color Space)或色彩模型(Color model name)規定了視頻當中色彩的描述方式。例如NTSC電視使用了YIQ模型,而PAL使用了YUV模型,SECAM使用了YDbDr模型。

在數位視頻當中,像素資料量(bits per pixel,簡寫為bpp)代表了每個像素當中可以顯示多少種不同顔色的能力。由于帶寬有限,所以設計者經常借由色度抽樣之類的技術來降低bpp的需求量。(例如 4:4:4, 4:2:2, 4:2:0)。

相關技術

硬件技術

①視頻處理硬件的發展方向

與網絡通信技術結合,由視頻采集卡附加網絡通信卡構成多媒體視頻會議、可視電話、視頻郵件、多媒體通信終端等。

與影視制作技術結合,構成壓縮/解壓縮、合成輸出、特技效果于一體的影視制作非線性編輯系統。

②視頻采集卡

③視頻輸出卡(電視編碼卡)

④MPEG1壓縮/解壓縮卡

⑤電視接收卡

⑥非線性編輯卡

⑦MPEG2壓縮/解壓縮卡

視頻品質

視頻品質(或譯為“畫質”,“影像質素”)可以利用客觀的峰值信噪比(peak signal-to-noise ratio, PSNR)來量化,或借由專家的觀察來進行主觀視頻品質的評量。

●對一套視頻處理系統(例如壓縮算法或傳輸系統),典型的主觀畫質評量通常包含下列幾個步驟:

●選擇一組未處理的視頻片段(稱為SRC)作為比較基準。

●選擇處理或傳輸系統的設定值(稱為HRC)。

●訂定如何将處理過的視頻呈現給評估者并且收集其評價的科學方法。

●邀請足夠數量的評估者,通常不少于15人。

●實施評量。

●計算每個評估者給予每組不同HRC所打的分數(通常取平均值)。

在ITU-T建議書 BT.500當中描述了許多種進行主觀畫質評量的方法。其中一種标準化的作法是DSIS(Double StimulusImpairment Scale)。在DSIS評量中,評估者會先觀看一段未處理過的視頻片段,再觀看處理過的視頻片段。最後再針對處理過的視頻片段做出評價,從“與原始影像分不出差異”到“與原始影像相比嚴重劣化”。

視頻壓縮技術

視頻壓縮技術(僅适用數位訊号),自從數位信号系統被廣泛使用以來,人們發展出許多方法來壓縮視頻串流。由于視頻資料包含了空間的與時間的冗餘性,所以使得未壓縮的視頻串流以傳送效率的觀點來說是相當糟糕的。

總體而言,空間冗餘性可以借由“隻記錄單幀畫面的一部份與另一部份的差異性”來減低;這種技巧被稱為幀内壓縮(intraframe compression)。并且與圖像壓縮密切相關。而時間冗餘性則可借由“隻記錄兩幀不同畫面間的差異性”來減低;這種技巧被稱為幀間壓縮(interframe compression),包括運動補償以及其他技術。目前最常用的視頻壓縮技術為DVD與衛星直播電視所采用的MPEG-2,以及因特網傳輸常用的MPEG-4。

位元傳輸率

位元傳輸率(僅适用于數位訊号),位元傳輸率(又譯為位元速率或比特率或碼率)是一種表現視頻串流中所含有的資訊量的方法。其數量單位為bit/s(每秒間所傳送的位元數量,又寫為bps)或者Mbit/s(每秒間所傳送的百萬位元數量,又寫為Mbps)。較高的位元傳輸率将可容納更高的視頻品質。例如DVD格式的視頻(典型位元傳輸率為5Mbps)的畫質高于VCD格式的視頻(典型位元傳輸率為1Mbps)。HDTV格式擁有更高的(約20Mbps)位元傳輸率,也因此比DVD有更高的畫質。

可變位元速率(Variable bit rate,簡寫為VBR)是一種追求視頻品質提升并同時降低位元傳輸率的手段。采用VBR編碼的視頻在大動态或複雜的畫面時段會自動以較高的速率來記錄影像,而在靜止或簡單的畫面時段則降低速率。這樣可以在保證畫面品質恒定的前提下盡量減少傳輸率。但對于傳送帶寬固定,需要即時傳送并且沒有暫存手段的視頻串流來說,固定位元速率(Constant bit rate,CBR)比VBR更為适合。視頻會議系統即為一例。

影響

多數消費類視頻産品是以解壓過程中和解壓後所采用的視頻處理技術以及算法來區分的。一些視頻處理技術可能會采用不同于下面所列舉的方式來實現,而且下列技術在不同的應用場合可能有不同的名稱。

影視

電影通常以每秒24幀的速率進行錄制,在電視上觀看需要将視頻轉換為每秒多少場,這種過程稱為電視電影(telecine),或者X:Y折疊。将電影膠片轉換為NTSC電視制式被稱為3:2折疊,它是将每秒24幀轉換為大約每秒60場。這個轉換過程包含兩個步驟:首先将電影的速率降低1%。其次将電影中的4幀畫面轉換為10場NTSC制式的畫面,這個轉換過程是利用NTSC制式的交織性質将4幀畫面擴展到5幀實現的。作為電視電影的3:2(或實際上是2:3)其實就是電影的第一幀顯示2場,然後第二幀顯示3場,第三幀再顯示2場,這樣交替下去。在任何電影向電視的轉換過程中都會産生一些被稱為“抖動”的失真。為了消除這種抖動并再生原始信号,需要采用反轉電影電視(反轉3:2折疊)方式将轉換後的信号轉換回24幀/秒。反轉電影電視是一種去交織的方式。

去交織

為了充分利用HD電視和顯示非交織(或逐行掃描)視頻的其它顯示器的優勢,視頻廣播流必須從交織方式轉換成非交織方式,這個轉換過程被稱為去交織。必須對從NTSC等複合信号轉換成RGB或YCbCr等分量信号時實施去交織。去交織算法通常有幾種不同的方式(名稱也不同),包括電影模式、視頻模式、運動補償、場合并(交織、混合、選擇性混合)以及場擴展(尺寸減半,雙線技術)等。每種方式各有利弊,最好的去交織辦法是将這些方法結合起來。MPEG解碼器有時仍使用3:2折疊方式,這樣無需使用去交織。

縮放

對于每個支持多分辨率的視頻設備來說縮放(scaling)幾乎都是必需的,這是因為信号必須從一種分辨率轉換到适合終端設備的另一種分辨率。當采用去交織時,分量信号不能進行定标,除非先把它們轉換為複合信号。有幾種定标方案,圖像,而像素複制就是通過複制像素以擴大圖像。正如你所想像的,這種方法會産生裕量并引入失真。線性插值也好不了多少,它也會造成失真,特别是對于高頻成分。反鋸齒再取樣的效果最理想,因為它能保證頻率成分得到正确的定标。目前有好幾種反鋸齒的方法,需要根據終端設備來決定最優的方法。

去塊和去振鈴

視頻幀通常被分成16個采樣值x16行的若幹個組,這樣的組也稱為宏塊,這些宏塊用于運動估計和運動矢量。當宏塊被解壓和再生時,相鄰的宏塊邊緣可能不是特别匹配,因為在重建受損編解碼器時會出現自然誤差。當邊緣不能很好匹配時,宏塊的邊界就顯露出來,為消除這些不良後果,必須使用低通去塊濾波器進行混合和消除這些失真。H.26?包含了一個應用于宏塊級的去塊濾波器,對其它編解碼器來說該濾波器必須另外構建。當編碼器在宏塊量化過程中丢失太多信息時,圖像邊緣就會出現失真,這種類型的錯誤被稱為振鈴。就像去塊那樣,去振鈴需要采用自适應低通有限脈沖響應濾波器來掩蓋振鈴效應。

其它技術

在廣播或回放過程中可能有多種原因導緻錯誤發生,例如,DVD常常被刮傷而無法糾錯。差錯隐藏方法往往能彌補不可糾正的差錯。插值或用前、後幀數據替換損壞數據等技術都可以用來隐藏這種類型的差錯。邊緣增強方法采用過程濾波器增加邊緣兩側較亮和較暗像素的對比度來改善圖像的銳利度。這種處理技術對低檔顯示器來說較為有用,而且遠距離觀看效果更好。由于邊緣增強方法降低了圖像的質量,所以一般不用于高端顯示器。代碼轉換就是從一種數字信号格式直接轉換成另一種格式,它包括選取一個編碼後的視頻格式,将其解碼或解壓縮成原先的格式,就像要進行重放一樣(圖1)。然後,視頻流又被壓縮或編碼成新的想要的格式。大部分編解碼器是有損的,造成的差錯和引起的失真會産生累積,最終導緻圖像質量不斷惡化。“未來幾年内代碼轉換将成為視頻系統的一項最具挑戰性的功能。”TI公司流媒體事業部首席技術官Jeremiah Golston表示。“在各種不同視頻編解碼格式、位速率以及分辨率之間進行轉換時,必須保持高質量的視頻信号,以滿足家庭媒體設備間互相共享内容的需要。”Golston補充道。“在I/O帶寬和整體成本等系統預算非常緊張的情況下,要達到這些目标就必須在算法和架構上進行創新。基于DSP技術的實時HD代碼轉換解決方案可以同時提供高性能和靈活性,從而滿足這些苛刻的要求。”專用編解碼器和視頻處理芯片如果優先考慮速度,具有編解碼器和視頻處理功能的專用芯片将是首選方案。表1列舉了一系列本身具有編解碼和圖像處理功能的現有芯片。該表并未搜羅所有相關産品,所列舉的公司也大多不隻提供一種或一個系列的視頻處理産品。高清電視不隻是進行數字處理。平闆HDTV的單一固定式顯示分辨率必須匹配多種顯示标準,這樣就出現了CRT電視所不曾經曆的設計難題,對于PC中的圖形卡來說要解決這種問題辦法很多,但HDTV接收機必須比PC圖形卡完成得更快更好,當HDTV必須處理來自VHS/DVD播放器的傳統視頻時挑戰就更為嚴峻。不過,這個問題主要是針對高端系統。大衆市場的HD設備隻需要處理電纜輸入問題,為了得到外部SD數據源,消費者必須另外付錢購買額外的連接器。模拟前端(AFE)芯片可以完成該處理,但是它們要比人們熟知的僅作為ADC信号調節器的AFE複雜得多。一些模拟公司提供的産品設法解決了這些問題。Intersil公司的自動黑電平補償(ABLC)功能和模拟器件公司(ADI)的視頻噪聲整形技術以獨特的方法解決了這些挑戰。模拟視頻信号包含了水平和垂直的回掃間隔,在此間隔期間CRT的電子束要重定向到新的一行或場的起始端,但是由于平闆電視缺少垂直或水平回掃,它們就需要一個像素時鐘。模拟視頻信号不提供像素時鐘,所以要由一個鎖相環(PLL)來産生時鐘。HD分辨率要求用低抖動的PLL,但是HD标準所允許的範圍對于模拟PLL提出了設計挑戰,因為當水平分量頻率在10-150kHz時環路濾波器很難得到優化。偏移量是另一個内在的AFE挑戰。AFE視頻路徑通常包括直流恢複鉗位電路、偏移和增益修正以及模數轉換電路。好的直流恢複電路可以消除AFE輸入端的偏移,但是随後的有源器件還會再産生偏移。偏移量是随機的,将随着設備的不同而不同,它們通常有較大的溫度系數,因此顯示器發熱時偏移量會産生漂移。 這裡講述有關偏移量的問題。在分量視頻信号中,Y信号(亮度、灰度級信息)和Pb、Pr信号(色度,顔色信息)通過三個獨立的通道發送出去。Y信号是單極性的,Y通道上Y偏移量将會影響亮度。Pb和Pr信号是雙極性的,它們形成了正交色彩空間。Pb和Pr的随機偏移量會将該空間的中心從0伏移走,這樣就會在本該是灰色的圖像上添加顔色,從而移動了整個顔色空間,導緻顔色顯示不正确。過去,顯示器生産商在顯示産品測試時隻做一次校正或對這一問題根本不作處理,交付的設備具有很大的黑電平和顔色變化。這樣做的結果是需要用戶手動調整設置值。

處理器

主流視頻處理器

為了創造一個成功的數字視頻産品,你需要選擇合适的處理器。聽起來簡單,當然,實際上并不簡單。其中的一個大問題是,有太多的處理器款式供你選擇:通用CPU,FPGA,DSP,可配置處理器,固定功能芯片以及其它類型的處理器等。

令問題更加複雜的是,數字視頻是一個迅速發展的領域,标準不斷發展和變化。因此,在數字視頻領域,處理器适應變化的能力比在其它應用中顯得更加重要,但是,這種靈活性通常是以降低效率為代價的。

選擇處理器的時候,難免要作一些折衷,但關鍵是要知道,如何選擇處理器,才不至于使産品的成功打折扣。

各取所需

由于有這麼多的處理器供你選擇,實際上不可能挨個都看一遍——甚至無法詳細了解各個主要大類,可以采用分級方法:利用對你來說最重要的篩選标準先排除不适合的候選者。

進行初選時普遍采用的标準包括:

速度。數字視頻任務,像許多其它類型的信号處理任務一樣,都要求處理器承擔沉重的計算任務。針對目标應用,仔細分析處理器是否具有足夠的速度,最好使用BDTI Video Benchmarks等面向視頻的測試基準。

價格。雖然芯片價格很重要,但每通道成本或者總體系統成本可能更加重要。

能源效率。在多數情況下,評估能源效率比功耗更有意義,因為能源使用情況決定着電池壽命。

靈活性。有些種類的處理器比其它種類的處理器更加靈活,可以适應未來産品特點的變化,或者允許現場升級,如增加對新壓縮算法的支持。但是,一般來說,處理器靈活性越高,其成本和能源使用效率越低。

開發工具質量。處理器是否擁有用于支持信号處理應用(或者更進一步,視頻應用)開發的工具,可能對于開發時間産生重大影響,并進而影響産品上市時間。

與早期處理器型号的兼容性。如果你期望重複使用早期産品所用的軟件,這點通常很重要。

供應商路線圖。供應商的産品路線圖,是否非常符合你的後續産品開發計劃?在你的産品壽命期内,處理器能否得到支持或者升級?

以芯片或者可授權内核形式銷售。有些處理器是作為封裝好的現成芯片出售的;有些是作為可授權知識産權出售的――通常被稱為可授權内核,用于制造定制芯片。本文所讨論的多數處理器種類都既包括封裝式芯片,也包括可授權内核。

各類處理器優劣

重點介紹數字視頻所普遍采用的六類處理器:固定功能引擎,專用标準産品(ASSP),媒體處理器,DSP,嵌入式RISC處理器和FPGA。這些範圍複蓋了最專業的和最靈活的産品,讨論各類處理器的優劣,并對每類中的一個具體産品進行分析。

首先談談固定功能引擎。它采用硬布線處理器結構,以獲得最大效率;它們不使用指令流,不可以編程。硬布線邏輯犧牲了靈活性,以換取非凡的處理速度、能源效率,而且經常能夠取得成本效益。

采用固定功能引擎可以簡化系統設計和測試。由于固定功能引擎不可編程,産品開發人員就不必學習編程工具,也不必集成多個軟件模塊。而且他們不需要考慮,處理器所執行的多個任務是否可能以其不希望的方式相互影響,是否會幹擾系統的實時特點等問題。

固定功能引擎一般以可授權知識産權(IP)的方式提供,以便于集成到定制芯片之中。采用這種形式,固定功能引擎最适合于手機等大批量應用。固定功能引擎有時也可以芯片的形式提供。固定功能視頻芯片,如MPEG-2解碼

器芯片,能夠以較低的成本給現有産品增加功能,特别是當産品具有能夠處理需求控制和用戶接口功能的主機處理器的時候。

比如Hantro公司的5150 MPEG-4視頻解碼器,這是以IP形式出售的固定功能引擎的例子。該引擎準備用作協處理器,附屬于一個通用處理器,後者處理一些MPEG-4解碼所需要的要求不太高的子任務。

固定功能硬件的主要缺點是缺乏靈活性。由于它不可編程,産品開發人員就不能很容易地修改固定功能硬件,使其支持新标準或者不同的功能。這點很令人關切,因為許多視頻應用目前來看仍然不夠成熟,标準和功能變化很快。

因此,固定功能引擎經常被用作專用标準産品的一部分,下面就說一說ASSP。

專用标準産品(ASSP)是集成度很高的專用芯片。可以與專用集成電路(ASIC)作一番比較。ASIC是由系統公司設計的,并用于它們自己的産品之中。而ASSP是由芯片公司設計的,作為現成的芯片提供給多家系統開發商。由于開發一種複雜芯片又費錢又耗時,ASSP通常用于已達到大批量的已定型産品,或者預計會有較高的批量的産品。

比如卓然公司的Vaddis 5R,是面向DVD錄像機中音頻和視頻處理的高度專業化的芯片。所需要的關鍵算法都已确定:最突出的是MPEG-2視頻壓縮與解壓縮。

然Vaddis 5R包含兩個RISC處理器,但它在執行計算量最大的任務時使用固定功能硬件加速器,如MPEG-2視頻解碼和彩色空間轉換。出于上述原因,Vaddis 5R (和其它類似的ASSP)也具有固定功能引擎的優缺點:擁有良好的性能和能源效率,但靈活性有限。

靈活性有限,意味着系統設計人員在設計産品時,使其産品與采用同樣ASSP的其它産品容易雷同。它還意味着,系統設計人員高度依賴芯片供應商的路線圖,因為需要新款芯片支持顯着不同的功能。

還有一種是主要依賴可編程處理器執行繁重視頻任務的ASSP,為獲得靈活性而犧牲了能源效率和成本效率。這類ASSP通常與視頻解碼器和硬件驅動器等關鍵軟件相捆綁,使系統開發人員不必從事許多低級軟件的開發工作。但是,與采用基于固定功能硬件的ASSP相比,仍可能需要在軟件開發和集成方面花費很大的精力。

媒體處理器在專業化/靈活性方面處于ASSP與數字信号處理器(DSP)之間。媒體處理器針對與音頻和視頻處理相關的任務進行了優化,不象DSP那樣面向廣泛的信号處理任務進行優化。媒體處理器通常要采用多個處理器,包括一個類似于DSP的主處理引擎、兩個或三個專用協處理器,以及音頻與視頻專用外設。

飛利浦的PNX1500就是一款媒體處理器。像典型的媒體處理器一樣,PNX1500基于一個功能強大的、高度并行的處理器内核,該内核在執行視頻處理任務時具有較高的效率。PNX1500還包含幾個固定功能硬件加速器和專用外設器件,這也是典型的媒體處理器的特點。主處理器内核處理壓縮等複雜的視頻任務,系統設計人員可以對該内核進行編程。

與卓然公司的Vaddis 5R類似, PNX1500非常适合于MPEG-2解碼。但與卓然的ASSP不同的是,PNX1500具有足夠的靈活性,可以與H.264等其它視頻壓縮标準一同使用。當然,這種靈活性也是有代價的:與固定功能硬件相比,軟件視頻解碼器的能源與成本效率通常較低。

由于媒體處理器采用多個不同的處理器,與其它可編程處理器相比,給軟件開發造成極大的困難。例如,為了執行一項特定的視頻任務,一般必須給兩個或更多的處理單元編程,并對它們加以協調。為了幫助彌補這個缺點,媒體處理器供應商經常提供優化的軟件構件庫。

媒體處理器供應商通常強調在開發軟件時使用C或C++,不推薦或支持彙編語言。之所以強調用高級語言開發軟件,是為了使程序員不需面對處理器架構方面的許多複雜問題。但不足之處是,程序員必須依賴編譯器來生成有效代碼,而這不總是現實的。開發人員可能需要投入很大的精力,手工調整其高級語言代碼,以獲得最佳性能。

數字信号處理器(DSP)是為一系列信号處理應用所設計。與媒體處理器相比,DSP所采用的規格不太偏重于視頻處理,而且并行性較低。為了彌補并行性較低的弱點,在給定的應用中,DSP的指令執行速度通常必須高于媒體處理器。較高的指令速度可能導緻系統設計複雜化,并增加能耗。另一方面,與嵌入RISC處理器(下面将會說到)相比,DSP在處理視頻任務時需要的時鐘速度較低。DSP的關鍵優勢在于其靈活性和強大的應用開發工具。

立體視頻

“立體視頻”(Stereoscopic video)是針對人的左右兩眼送出略微不同的視頻以營造立體物的感覺。由于兩組視頻畫面是混合在一起的,所以直接觀看時會覺得模糊不清或顔色不正确,必須借由遮色片或特制眼鏡才能呈現其效果。此方面的技術仍在繼續進化中,預料2006年末HD DVD與Blu-ray Disc兩方都會出現含有立體視頻的影片。參見Stereoscopy與3-D film。

軟件

Aimersoft Zune Video Converter,可以将多媒體格式轉換為Zune支持的格式 。

iPod視頻轉換器 , 一款強大易用的iPod視頻轉換軟件。

閃電-視頻合并王, 是一款功能非常強大的視頻合并、連接及轉換工具。

閃電視頻轉換王 , 閃電視頻轉換王是一款功能強大的視頻轉換工具 。

閃電3GP手機視頻轉換器 , 使用它可以幫助您将各種流行的視頻格式,快速轉換為手機所支持的視頻 。

超級轉換秀 白金版, 超級轉換秀是國内首個集成音視頻轉換,CD抓軌等一體的影音轉換工具 。

MediaCoder 影音轉碼快車 開發版, 影音轉碼快車是一款免費的通用音頻/視頻批量轉碼工具 流行度40% 詳

VideoCacheView 1,幫您将視頻文件從緩存中提取出來 。

PSP視頻轉換器 ,一款功能強大的Sony PSP視頻轉換工具。

Xilisoft DVD Ripper Platinum , 一個全功能的DVD備份及轉換軟件 。

Xilisoft Video Converter ,視頻轉換工具,可以同時進行多個文件的轉換。

HashMyFiles , NirSoft出品的一款用于效驗文件MD5、SHA1值的小軟件 。

MediaInfo , 檢測視頻編碼信息

ProgDVB For x64 6.20.2,ProgDVB是一款通過電腦和衛星電視接收卡收看衛星電視的軟件。

Ether Easy Video to iPod/MP4/PSP/3GP Converter,視頻轉換軟件 。

Ether Easy RM RMVB to DVD Burner,幫助你轉換RM等影片格式到标準的DVD格式,并集結刻錄成DVD影片 。

Ether MP3 WAV to CD Burner , 燒錄 CD 光盤的軟件 。

Ether Easy Video to MP4 Converter ,将視頻文件轉換為能在MP4播放器、iPod、PSP等設備上播放的視頻。

Ether Easy Video to iPod Converter ,批量文件轉換器。

酷睿i7視頻處理

采集真實遊戲畫面,将其編排制作成融合遊戲和電影元素的精彩視頻内容,用于遊戲産品的宣傳或是遊戲中的劇情交待……這些在過去本應由遊戲開發商的專業設計人員在高性能工作站上完成的任務,今天卻随着PC在視頻編輯制作能力上的不斷強化,開始成為鐵杆遊戲玩家們“業餘”愛好。今年11月25日,土豆網就上傳了一部以“魔獸世界”遊戲為背景、用PC精心制作的1920 x 1080高清制式遊戲電影——《巅鋒傳奇之i7前傳》,該視頻上線一周以來,已在視頻和遊戲發燒友圈子中引發了轟動效應。

在視頻愛好者看來,這部遊戲電影之所以讓他們感到震動,就在于它用事實表明了高清視頻編輯和制作的普及化趨勢,雖然這部電影的拍攝和制作仍有專業人士參與,但這些工作都是在PC平台上完成的,這就意味着每個人都有機會制作自己的高清視頻,從而造就真正意義上的高清時代。而對遊戲發燒友來說,這段視頻最大的閃光點,則是向他們展示了一種全新的娛樂方式,讓他們可以在PC上,通過遊戲和視頻采集及編輯軟件的結合應用,制作出多種多樣的高清遊戲視頻,以展現個性、抒發創意。

雖然從《巅鋒傳奇之i7前傳》身上,人們能夠聯想到這些美妙的應用場景,不過要讓這些夢想變為現實,還有一個前提條件是必須的,那就是要擁有一台具備強大高清視頻編輯和制作能力的PC。在這方面,土豆網的選擇或許可供大家參考——它在拍攝和制作這部代表了網絡遊戲與視頻制作兩大領域跨界合作完美開篇的遊戲電影時,全部采用了基于英特爾酷睿i7的PC系統。

酷睿i7能被土豆網相中,一方面是因為它是這部電影中最關鍵的角色,熟悉i7的觀衆,即使沒有把這部影片看完,可能也會猜到片中正義一方尋找的“铪金寶石”和“納海倫能量”對應的正是英特爾45納米制造工藝中采用的铪金屬和i7的研發代号“Nehalem”;另一方面,則是因為i7擁有當今PC處理器市場上無人能敵的整體性能,而且在運行視頻/高清視頻内容創建、編輯、壓縮、轉碼等專業多媒體應用軟件時表現強悍。在整體性能方面,酷睿i7在整數及浮點性能均比此前最強的四核酷睿2領先了50%,在内存子系統性能上也比後者提升了1倍以上,這使它在全球權威計算機性能評測機構SPEC(标準性能評估機構)的整數及浮點運算吞吐量測試中創下了全新的單處理器系統世界紀錄;而在運行人們常用的Adobe Premiere、Divx、TMPEGEnc和H.264 Encoder等視頻編輯及處理軟件時,它的性能也要比時鐘頻率相同的四核酷睿2系統分别高出了29%、12%、41%和29%。

在土豆網制作《巅鋒傳奇之i7前傳》時,酷睿i7的上述優勢都在實戰中得到了充分驗證。雖然這部視頻最終的長度隻有10分鐘,但在前期拍攝中,它就邀請了206位“魔獸世界”的專業玩家在線出演,并出動15名技術人員用5台基于酷睿i7的PC作為模拟攝像機,在1920 x 1080分辨率及3D特效全開的情況下采集了整整20TB、也就是20000多GB的素材。在後期制作階段,又有15名制作人員用24台基于酷睿i7的PC對這些海量素材進行了編輯,并制作了84個、總時長達334秒的特效。算上前期拍攝和後期制作,這部遊戲電影的制作周期超過了1000個小時,在這個漫長且嚴酷的考驗中,這些PC使用的所有酷睿i7處理器不但性能表現突出,而且還體現出了卓越的穩定性。據悉,5台負責采集素材的PC都曾出現過顯卡因無法承受過高分辨率和特效全開負擔而被燒毀的問題,但在顯卡罷工時,這些PC配備的i7處理器卻仍在正常工作中!

事實上,正是酷睿i7處理器出色的性能和穩定性,才讓《巅鋒傳奇之i7前傳》這個中國第一部以遊戲角色扮演,以專業特效制作團隊為技術支持的草根遊戲大片得以順利問世,完成了中國玩家和影視創造者對遊戲和影視結合效果的一次重要嘗試。可以預見,這次成功,必将激發千千萬萬遊戲玩家和視頻愛好者的創作熱情,在未來催生出更多、更精彩和更具震憾性的“中國造”遊戲視頻作品,為中國網絡遊戲行業的發展創造無數契機,并為人們帶來前所未有的快樂,而酷睿i7和未來的英特爾處理器,還将在這場數字革命中繼續扮演“關鍵角色”。

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