針對消費電子應用的一種低功耗實(shí)現方案

Qpixel針對AV市場(chǎng)需求的方法和解決方案

考慮到AV市場(chǎng)的需求和H.264的技術(shù)特征，我們把努力定位在下列方向：

·適用于便攜式應用的最低功耗的編解碼器；

·高品質(zhì)標準清晰度視頻處理(同時(shí)關(guān)注將來(lái)的高清晰分辯率)；

·滿(mǎn)足特定市場(chǎng)需求的專(zhuān)用H.264編解碼器算法和結構。更為特別的是，我們選擇主規范的Level-3，它非常好的視頻品質(zhì)是標準清晰度應用最適合的選擇。

利用視頻壓縮技術(shù)的基本理論，推薦采取下列處理：

(a)人類(lèi)的心理視覺(jué)系統忽視高頻紋理的細節；

(b)通過(guò)在許多可能的選項之間找到最佳的運動(dòng)估值匹配，可以減少最終的比特率；

(c)熵編碼可以不損失信息而獲得最少的比特數。

項目(a)和(b)需要多次算法迭代才能找到人眼針對給定比特率的最佳感覺(jué)，項目(c)需要一種創(chuàng )新的實(shí)現方案。

一般地說(shuō)，編碼器需要生成符合標準的比特流，與此同時(shí)，在H.264標準中并沒(méi)有規定視頻品質(zhì)和壓縮效率。然而，我們的目標是在低功耗的條件下以低比特率實(shí)現高品質(zhì)視頻。這些準則就是我們努力的重點(diǎn)。下面概要介紹了我們的算法努力和方向：

·在不犧牲壓縮效率的前提下，把高度順序處理的H.264句法鏈分割為更小數量的句法單元，因此，容許利用更為并行化的處理來(lái)突破處理能力的瓶頸；

·在不犧牲視頻品質(zhì)的前提下，智能地預選更為有效的壓縮算法，因此，減少所需要的整體處理能力；

·以高度可伸縮的方式來(lái)實(shí)現突發(fā)和依賴(lài)于內容的CABAC特征，因此，為CABAC更為便于采用硬件來(lái)實(shí)現奠定了基礎；

·從實(shí)現成本考慮，以最佳地平衡視頻品質(zhì)為目標來(lái)實(shí)現B圖；

·有效地重用數據以最大化我們的視頻算法的性能；

·具有句法之間依賴(lài)性的高度順序的句法結構；

·長(cháng)期存儲器容許各個(gè)句法單元。

H.264對視頻品質(zhì)的貢獻

我們的技術(shù)來(lái)源于對每一種編碼工具的全面和仔細的分析，揭示了H.264編碼器對視頻品質(zhì)以及在A(yíng)SIC環(huán)境中的實(shí)現成本的貢獻。我們的技術(shù)組不偏不倚地從業(yè)已存在的編碼標準如MPEG-1/2/4開(kāi)始著(zhù)手，把重點(diǎn)放在H.264編碼器中每一個(gè)模塊的最佳成本性能優(yōu)勢上。除了視頻編碼算法之外，我們采用了高度智能的基于TDM的方案，以減少處理大量視頻數據所需要的數據流量，因此，進(jìn)一步降低了功耗。

下面總結了對架構的決策，它使我們能夠滿(mǎn)足物理設計的需要：

·Qpixel H.264視頻壓縮IC的設計目標是滿(mǎn)足便攜式消費設備市場(chǎng)的需求。眾所周知，H.264實(shí)現方案的復雜度幾乎是MPEG-2的十倍。為了實(shí)現高的視頻品質(zhì)并同時(shí)降低系統的功耗，我們提出了一種能夠感覺(jué)功耗的靈活的架構，它利用最先進(jìn)的設計技術(shù)來(lái)減少裸片面積和功耗，與此同時(shí)，有效地處理數據流量以最大程度地提高效率，并使與外部存儲器交互作用所消耗的功率最小。

·影響功耗的主要因素是IC時(shí)鐘樹(shù)。為了完全利用潛在的H.264編碼工具來(lái)實(shí)現高的視頻品質(zhì)，時(shí)鐘頻率必須被提高，以提供更大的處理能力。然而，以更高的頻率運行IC直接增加了動(dòng)態(tài)功耗，所以，在選擇性能目標和系統的功耗時(shí)需要采取折衷措施。

·在給定的功耗目標條件下實(shí)現最高的性能，要對IC進(jìn)行計劃以最小化外部存儲器的延遲周期，此外，要優(yōu)化總線(xiàn)仲裁機制以提高數據傳輸效率。

·根據上述考慮，我們實(shí)現了兩種創(chuàng )新方案，以減少與外部存儲器的數據交換。一種是幀映射方案，另一種是基于TDM的總線(xiàn)仲裁。TDM仲裁針對我們的視頻處理管線(xiàn)做了高度優(yōu)化，幀映射針對最大的DRAM帶寬做了優(yōu)化。我們仔細地評估了H.264壓縮工具，并在視頻品質(zhì)和DRAM帶寬需求之間做了折衷選擇。

結論和下一步的工作

·我們的獨特專(zhuān)利和正在申請專(zhuān)利的視頻算法及架構，使得用最佳的方式來(lái)實(shí)現Qpixel H.264主規范編解碼器成為可能，從而滿(mǎn)足視頻產(chǎn)品對低功耗和高視頻品質(zhì)兩方面的需求。

·在下一代消費AV產(chǎn)品中，存在對高清分辨率和品質(zhì)的需求。我們將繼續在算法和架構技術(shù)上展開(kāi)創(chuàng )新，以提供針對高清分辨率應用的高度有競爭力的解決方案。