如何應對高清移動(dòng)多媒體設計中的挑戰？

可以設想一個(gè)具有高清視頻質(zhì)量的手機，它能用來(lái)觀(guān)看電視節目、視頻短片或電影，記錄生活鏡頭，甚至通過(guò)控制臺玩高質(zhì)量的3D游戲，這是多么令人愜意的事啊!而在無(wú)線(xiàn)市場(chǎng)中正發(fā)生的戲劇性變化能驅使設計師在移動(dòng)設備上實(shí)現令人稱(chēng)奇的高清視頻。如今，高分辨率移動(dòng)顯示器有了巨大的改進(jìn)，移動(dòng)存儲的成本正在快速下降，3G網(wǎng)絡(luò )支持寬帶下載，低功率媒體處理性能也有了顯著(zhù)的提高，這些技術(shù)的進(jìn)步將使下一代精密手機和便攜式媒體產(chǎn)品產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。移動(dòng)視頻市場(chǎng)要想跨越早期的試用階段，設備制造商必須突破目前的技術(shù)限制以實(shí)現高清移動(dòng)多媒體應用。

未來(lái)的手機將能記錄和回放高清視頻，粗顆粒、低分辨率的手機攝像將成為過(guò)去。數碼相機上的先進(jìn)性能，如自動(dòng)曝光補償，光學(xué)校正，圖像穩定，紅眼消除和人臉檢測等，都將被用到手機上以捕獲高質(zhì)量的靜止照片。而未來(lái)手機上的3D游戲性能也將媲美專(zhuān)用的手持式播放器的視頻效果。最終，移動(dòng)設備將能播放幾乎所有格式的高清視頻，并通過(guò)HDMI接口輸出到高清電視機上?！　「咔逑M體驗是未來(lái)移動(dòng)多媒體的關(guān)鍵組成部分，因此也是一個(gè)很好的市場(chǎng)機遇。然而，隨著(zhù)市場(chǎng)機遇給無(wú)線(xiàn)多媒體帶來(lái)的顯著(zhù)變化，移動(dòng)高清的實(shí)現也面臨著(zhù)嚴格的性能、功耗需求所帶來(lái)的設計挑戰。為了應對這個(gè)挑戰，設計工程師必須獲取低功率多媒體處理技術(shù)，同時(shí)采用新的標準，以及充分考慮高清的可能性和挑戰及相關(guān)的處理架構。

實(shí)現移動(dòng)高清視頻回放

隨著(zhù)蜂窩網(wǎng)絡(luò )帶寬的提高和WiFi的普及，越來(lái)越多的消費者會(huì )把視頻下載到他們的手機和移動(dòng)媒體播放器上?；ヂ?lián)網(wǎng)是今天最主要的視頻來(lái)源。2008年1月，僅美國就提供了超過(guò)98億個(gè)可在線(xiàn)收看的視頻，其中三分之一來(lái)自YouTube網(wǎng)站。其他來(lái)源包括視頻共享站點(diǎn)、音視頻站點(diǎn)以及提供在線(xiàn)劇情的電視網(wǎng)絡(luò )。

對于想在手機上觀(guān)看視頻的用戶(hù)來(lái)說(shuō)，移動(dòng)多媒體處理器需要識別和支持多種視頻編碼標準。表1列出了目前在用的各種視頻編解碼器。內容兼容性是支持“任何地方，任何內容”這個(gè)理想目標的關(guān)鍵。為了推進(jìn)移動(dòng)視頻的普及，用戶(hù)不必知道他們的設備支持何種格式或分辨率。用戶(hù)也許不能在他們的手機上以全高清的分辨率觀(guān)看高清編碼的視頻，但他們希望能用手機播放出來(lái)，并能輸送到電視機上觀(guān)看。

正如表1所示那樣，許多應用都有向H.264視頻標準轉變的趨勢，因為H.26?具有很高的編解碼效率。H.264標準具有廣泛的協(xié)議以適用于從低分辨率視頻會(huì )議到HDTV等各種類(lèi)型的應用。為了最大化兼容性，移動(dòng)設備應支持H.264基線(xiàn)協(xié)議(Baseline profile)以及運算能力更強的主要協(xié)議(Main profile)和高端協(xié)議(High profile)，后者使用更高效率的CABAC(內容自適應二進(jìn)制算術(shù)編碼)無(wú)損壓縮技術(shù)。H.264高端協(xié)議在指定比特率下可以提供更高的質(zhì)量，是高清藍光盤(pán)首選的視頻編解碼標準。

目前，雖然H.264已經(jīng)成為主要的視頻編解碼標準，但隨著(zhù)技術(shù)的不斷發(fā)展，成功的移動(dòng)多媒體架構還需要支持未來(lái)的媒體標準。通過(guò)采用一定程度的軟件可編程性，成功的移動(dòng)多媒體架構將支持新特性和新應用的快速集成，并支持不斷演變的音視頻編解碼器。

手機或移動(dòng)媒體設備的電池壽命是設計視頻回放功能的重要考慮因素。從很小的文件中解碼出高質(zhì)量的圖片通常需要很強的處理能力。移動(dòng)設備要想支持幾個(gè)小時(shí)的視頻回放，同時(shí)保留足夠的電池使用時(shí)間，移動(dòng)多媒體處理器的視頻解碼功率必須小于200mW，其中包括圖形存儲器在內。高功效且解碼720p高清視頻只需160mW的設備使用900mAH手機電池可以實(shí)現6小時(shí)的視頻回放。

考慮到移動(dòng)視頻回放的各種使用情況，用戶(hù)很可能希望同時(shí)在手機和電視機上觀(guān)看視頻。為了實(shí)現這個(gè)目標，多媒體處理器必須具備強大的縮放引擎，該引擎能夠在尺寸完全不同的顯示器上同時(shí)縮放和顯示圖像。為了高性?xún)r(jià)比地支持同時(shí)在模擬電視和HDTV上進(jìn)行視頻回放，處理器應采用片上模擬電路來(lái)支持復合接口、S端子或HDMI接口。

實(shí)現移動(dòng)高清攝像機

除了解碼高清視頻以便用戶(hù)能在手機上回放這些視頻外，未來(lái)的無(wú)線(xiàn)技術(shù)將能幫助用戶(hù)在移動(dòng)設備上實(shí)現高質(zhì)量高清視頻的記錄。雖然目前有些手機已經(jīng)支持視頻記錄，但采用的是低分辨率的QVGA格式，只能產(chǎn)生粗顆粒、低質(zhì)量的視頻。在手機上播放高清視頻是移動(dòng)媒體領(lǐng)域中的重大進(jìn)展，但使用移動(dòng)設備記錄遠超QVGA質(zhì)量的高清視頻代表了這一行業(yè)更大的進(jìn)步。

在考慮用移動(dòng)設備記錄高質(zhì)量視頻的要求時(shí)，圖像傳感器不是主要因素，而高效的視頻編碼和圖像信號處理(ISP)是最重要的。在移動(dòng)設備上編碼視頻所需的處理功率要比解碼相同視頻大得多。

100萬(wàn)像素圖像傳感器很容易捕獲高清720p圖像產(chǎn)生的921,600個(gè)像素，因此主要挑戰不在于傳感器。困難來(lái)自于這個(gè)事實(shí)：這些100萬(wàn)像素必須以30幀/秒的速度進(jìn)行記錄，相當于26?Mbps的原始數據流。另外，為了具備高質(zhì)量高清視頻所需的圖像校正、防抖、自動(dòng)對焦、去噪聲和曝光控制等先進(jìn)功能，ISP管線(xiàn)必須足夠快地處理這些實(shí)時(shí)數據。采用正確的視頻編碼和ISP架構，使用H.26?高端協(xié)議壓縮，720p的視頻可以從龐大的26?Mbps壓縮到可管理的2-5Mbps，相當于記錄一個(gè)小時(shí)的視頻內容只需2GB。

隨著(zhù)閃存容量的迅速提高以及價(jià)格的迅速下降，未來(lái)移動(dòng)多媒體設備有望具備16GB以上的內容存儲器。從存儲器角度來(lái)看，支持長(cháng)時(shí)間高清視頻記錄不成問(wèn)題，只要高清編碼具有足夠高的功效。

僅僅實(shí)現龐大的移動(dòng)視頻數據的管理和壓縮是不夠的，還必須以足夠低的功率來(lái)完成，以保證手機電池有足夠的使用時(shí)間。采用H.26?高端協(xié)議的視頻編碼具有針對功率優(yōu)化的多媒體架構，因此完全可以勝任。高質(zhì)量高清記錄(包括圖形存儲器在內)的處理功率小于450mW時(shí)，在使用標配電池的手機上記錄音視頻的時(shí)間可以長(cháng)達數小時(shí)。在滿(mǎn)足這種處理器功率規范的條件下，用戶(hù)可以在手機上記錄長(cháng)達3小時(shí)的高清視頻。手機提供高清攝像功能將極大地提升用戶(hù)生成的內容等級，有助于推進(jìn)移動(dòng)多媒體應用的普及，進(jìn)一步擴大基于web的視頻共享應用范圍。

高清已經(jīng)離我們不遠了

現在正是有創(chuàng )新能力的設計工程師開(kāi)發(fā)未來(lái)移動(dòng)設備的合適時(shí)機。設計足夠的處理能力以使手機與其他多媒體設備能夠播放和記錄高清視頻是一個(gè)令人興奮的機遇，同時(shí)也是一個(gè)艱巨的任務(wù)。