數字家庭影院中的HD顯示技術(shù)與分析

消費人群對視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)享受的追求，使音視頻技術(shù)發(fā)生了革命性的變革。HD可能是近年來(lái)出現頻率較多的詞匯之一，其在音視頻領(lǐng)域代表高解析度（HighDefinition）的音視頻信號質(zhì)量。目前的家庭影院解決方案和相關(guān)技術(shù)也早已不再把目光局限于分辨率只有720x480的DVD標清（SD，StandardDefinition）效果，日本NHK科學(xué)技術(shù)研究實(shí)驗室甚至在2006年就推出了令人乍舌的具有7680x4320像素分辨率（逐行掃描，60fps）的“SuperHiVision”技術(shù)。此外，在市場(chǎng)方面，據產(chǎn)業(yè)研究機構In-Stat預測，全球數字家庭市場(chǎng)收入將在2009年達到200億美元，中國和亞太地區市場(chǎng)數字家庭設備和技術(shù)發(fā)展速度將持續領(lǐng)先，年復合增長(cháng)率可達到30%。高清晰度創(chuàng )造了廣闊的技術(shù)和市場(chǎng)前景，但同時(shí)也給相關(guān)系統帶來(lái)了數倍甚至數十倍的負擔。

HD系統的性能要求

HD技術(shù)目前正應用于各種場(chǎng)合。由于帶寬、壓縮程度及顯示格式的不同，各種HD系統的要求，如處理速度、存儲容量、編解碼器的選擇等差別很大。德州儀器（TI）首席科學(xué)家方進(jìn)（GeneFrantz）先生針對媒

體處理方案和技術(shù)表示，視頻輸入流和應用會(huì )不斷變化，HD輸出會(huì )越來(lái)越豐富，因此系統顯然需要一定的靈活性。設計人員在選擇視頻系統的底層技術(shù)時(shí)，一定要考慮到上述問(wèn)題。

德州儀器公司（TI）針對三個(gè)典型HD編解碼器應用總結了其各自對應的一般系統要求，其主要包括廣播、視頻會(huì )議，和數碼相機（表1）。首先，廣播HDTV的輸出比特率最高，采用MPEG-2或H。264/MPEG-4進(jìn)行實(shí)時(shí)壓縮。當前技術(shù)情況下，壓縮HDTV節目進(jìn)行傳輸的廣播系統需要大量高頻率數字信號處理器（DSP）和現場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA），以及數千兆字節（GB）存儲器的支持。眾多刀片式設備可以作為并行處理陣列運行，以支持多個(gè)通道的壓縮HDTV輸出。

視頻會(huì )議作為另一種HD應用，需要做相應的縮放，要考慮到多數廣域網(wǎng)連接不到百兆帶寬的情況，同時(shí)還滿(mǎn)足在大屏幕上顯示HD影像的要求。短暫時(shí)延可以接受，但不能妨礙對話(huà)的實(shí)時(shí)性。雖然比HDTV示例中的標準要低，但仍屬于高端標準。

數碼相機（DSC）是視頻壓縮的常見(jiàn)消費類(lèi)應用之一。我們可用數碼相機捕獲較短的視頻剪輯，隨后可在HD顯示屏上播放。DSC系統必須方便易用，價(jià)格低廉，因此采用MPEG-4SimpleProfile以確保處理和存儲器的要求較低?；贒SP的高集成度的單個(gè)SoC專(zhuān)為便攜式應用進(jìn)行優(yōu)化，能滿(mǎn)足上述應用的編解碼器要求。

HD格式對存儲器與處理能力要求均大大超過(guò)SD格式。這些要求會(huì )提高組件成本，不過(guò)像所有半導體成本一樣，最終會(huì )隨著(zhù)時(shí)間的推移而下降。因此TI認為，對系統制造商來(lái)說(shuō)，問(wèn)題在于是現在成本高的時(shí)候就支持HD，還是一兩年后繼續支持SD，等組件成本降下來(lái)和HD需求提高之后再進(jìn)入市場(chǎng)。

媒體處理器及國內代表性方案

HD音視頻給人們感官享受的同時(shí)，也給播放系統帶來(lái)更大的負擔。相比SD內容，目前HD要求的處理能力和存儲容量要高約5~6倍。特殊的功能和性能的要求也產(chǎn)生了多種視頻處理器架構，如TI的DaVinci系列、SigmaDesigns的系列產(chǎn)品、Freescale的iMX系列、以及Intel、AMD等廠(chǎng)商的X86架構產(chǎn)品等。

在競爭激烈的音視頻技術(shù)領(lǐng)域，國內廠(chǎng)商也在努力打破壟斷，相繼推出創(chuàng )新性的產(chǎn)品和技術(shù)，其中代表性的廠(chǎng)商如C2MICrosystems和上海杰得微電子等。

杰得微電子的產(chǎn)品定位為手持信息終端、移動(dòng)電視、IPTV等領(lǐng)域的移動(dòng)多媒體SoC。其產(chǎn)品多選用ARM926EJ內核。產(chǎn)品優(yōu)勢在于通過(guò)高效和精簡(jiǎn)的數學(xué)算法提高效率并減少功耗。

C2Microsystems的SoC產(chǎn)品針對IP機頂盒、便攜式媒體播放器、PVR等多媒體應用。C2的方案可以理解為一個(gè)多核架構的可編程多媒體專(zhuān)用處理器，其采用一個(gè)CPU加3個(gè)專(zhuān)用DSP的結構。專(zhuān)用DSP分別針對圖像和多媒體處理運算所需要的運動(dòng)估計（MotionEstimation）、熵編碼（EntropyEncoding）和向量處理而設置的，SoC的整體結構也同時(shí)兼顧了開(kāi)發(fā)的靈活性需求。C2Micro-systems市場(chǎng)經(jīng)理劉明璋先生表示，TI的DaVinci采用ARM加通用DSP的技術(shù)雖然可實(shí)現較高的性能和靈活性，但通用DSP沒(méi)有對音視頻專(zhuān)門(mén)進(jìn)行優(yōu)化設計，如果簡(jiǎn)單地通過(guò)提高主頻來(lái)保證視頻處理需要運算資源的話(huà)，必然會(huì )給PCB設計增加復雜度和成本；而完全通過(guò)硬件模塊處理視頻又犧牲了靈活性。

多核和可編程架構的煩惱

多核可編程結構在處理性能上有很大優(yōu)勢，但也有其應用上的弊端。多核處理技術(shù)已存在多年，性能上的優(yōu)勢無(wú)需多談，而帶來(lái)的麻煩也很多，其中主要集中在開(kāi)發(fā)難度方面。

消費人群對視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)享受的追求，使音視頻技術(shù)發(fā)生了革命性的變革。HD可能是近年來(lái)出現頻率較多的詞匯之一，其在音視頻領(lǐng)域代表高解析度（HighDefinition）的音視頻信號質(zhì)量。目前的家庭影院解決方案和相關(guān)技術(shù)也早已不再把目光局限于分辨率只有720x480的DVD標清（SD，StandardDefinition）效果，日本NHK科學(xué)技術(shù)研究實(shí)驗室甚至在2006年就推出了令人乍舌的具有7680x4320像素分辨率（逐行掃描，60fps）的“SuperHiVision”技術(shù)。此外，在市場(chǎng)方面，據產(chǎn)業(yè)研究機構In-Stat預測，全球數字家庭市場(chǎng)收入將在2009年達到200億美元，中國和亞太地區市場(chǎng)數字家庭設備和技術(shù)發(fā)展速度將持續領(lǐng)先，年復合增長(cháng)率可達到30%。高清晰度創(chuàng )造了廣闊的技術(shù)和市場(chǎng)前景，但同時(shí)也給相關(guān)系統帶來(lái)了數倍甚至數十倍的負擔。

HD系統的性能要求

HD技術(shù)目前正應用于各種場(chǎng)合。由于帶寬、壓縮程度及顯示格式的不同，各種HD系統的要求，如處理速度、存儲容量、編解碼器的選擇等差別很大。德州儀器（TI）首席科學(xué)家方進(jìn)（GeneFrantz）先生針對媒

體處理方案和技術(shù)表示，視頻輸入流和應用會(huì )不斷變化，HD輸出會(huì )越來(lái)越豐富，因此系統顯然需要一定的靈活性。設計人員在選擇視頻系統的底層技術(shù)時(shí)，一定要考慮到上述問(wèn)題。

德州儀器公司（TI）針對三個(gè)典型HD編解碼器應用總結了其各自對應的一般系統要求，其主要包括廣播、視頻會(huì )議，和數碼相機（表1）。首先，廣播HDTV的輸出比特率最高，采用MPEG-2或H。264/MPEG-4進(jìn)行實(shí)時(shí)壓縮。當前技術(shù)情況下，壓縮HDTV節目進(jìn)行傳輸的廣播系統需要大量高頻率數字信號處理器（DSP）和現場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA），以及數千兆字節（GB）存儲器的支持。眾多刀片式設備可以作為并行處理陣列運行，以支持多個(gè)通道的壓縮HDTV輸出。