消費(fèi)者可以通過(guò)很多的方法獲得視頻內(nèi)容,但是,由于終端產(chǎn)品播放能力的限制,不能使消費(fèi)者享受全部新形式的視頻內(nèi)容。原本能促進(jìn)消費(fèi)市場(chǎng)應(yīng)用的半導(dǎo)體器件現(xiàn)在卻阻礙了消費(fèi)者獲取多種格式的媒體信息。進(jìn)一步,為了轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)碼和播放不同格式的視頻內(nèi)容,在播放終端上又增加了外圍芯片,如硬盤控制器,閃存卡讀取器,DVD控制器等,增加了系統(tǒng)的材料。現(xiàn)實(shí)市場(chǎng)需要滿足消費(fèi)者新需求的新解決方案。

為什么播放器需要支持多種視頻壓縮格式？

消費(fèi)者應(yīng)該能隨意播放任何格式的內(nèi)容；播放器應(yīng)該能不拘格式地自動(dòng)解碼播放。以下根據(jù)來(lái)源舉例說(shuō)明常見的媒體數(shù)據(jù)格式:

移動(dòng)電視:

* 廣播制式:DVB, DMB, DVB-H,S-TiMi等

* 可能采用相對(duì)于固定電視的較窄信號(hào)帶寬,播放預(yù)先減采樣的QVGA低清晰度內(nèi)容

* 可能采用固定電視及其光纜傳播所常用的成熟高清晰MPEG2壓縮(例如現(xiàn)行T-DMB的載波內(nèi)容)

* 可能采用和AVS等高壓縮比算法標(biāo)準(zhǔn)

通過(guò)網(wǎng)絡(luò)下載:

* 采用的高清電視內(nèi)容約占10%

* 采用Real Video 10,或MPEG4/ASP, D1分辨率,的內(nèi)容約站80%

* Real與MPEG4比較,例如壓縮一個(gè)電影,前者可壓縮到300MB,后者維600MB

從DVD和有線電視節(jié)目取得內(nèi)容:

* 通常為MPEG2

* 新興的IP電視應(yīng)用,則需要MPEG4或者更高壓縮比的算法來(lái)滿足較低速網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用

個(gè)人視頻共享:

* 時(shí)興新技術(shù)和應(yīng)用,兩種常見的制式:

o U-Tube

o Flash Video (FLV)

Windows Video Media 9

* 市場(chǎng)上標(biāo)志性的媒體標(biāo)準(zhǔn)功能

中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的AVS標(biāo)準(zhǔn)

* 已經(jīng)被認(rèn)可,并正在逐步為國(guó)內(nèi)的內(nèi)容和運(yùn)營(yíng)行業(yè)所采用。

當(dāng)我們最初定義Vivace VSP 芯片系列的產(chǎn)品規(guī)格時(shí),我們意識(shí)到了:無(wú)論應(yīng)用系統(tǒng)是否便攜、價(jià)位高低、顯示大小,媒體處理芯片的能力必須是不妥協(xié)地實(shí)現(xiàn)解碼各種媒體壓縮格式、保證D1@30fps的實(shí)時(shí)解碼和顯示。否則總是要通過(guò)PC軟件轉(zhuǎn)碼才能達(dá)到設(shè)備之間無(wú)縫的媒體內(nèi)容銜接。

當(dāng)我們最初定義Vivace VSP 芯片系列的產(chǎn)品規(guī)格時(shí),我們意識(shí)到了:無(wú)論應(yīng)用系統(tǒng)是否便攜、價(jià)位高低、顯示屏大小,媒體處理芯片的能力必須能充分實(shí)現(xiàn)解碼各種媒體壓縮格式、保證D1@30fps的實(shí)時(shí)解碼和顯示。否則總是要通過(guò)PC軟件轉(zhuǎn)碼才能達(dá)到設(shè)備之間媒體內(nèi)容地?zé)o縫銜接。

目前便攜媒體播放器(或稱為MP3.5/MP4)能播放的視頻內(nèi)容

在各種MP3播放器,尤其是蘋果公司的高端系列產(chǎn)品和內(nèi)容服務(wù)的帶動(dòng)下,MP3播放器的市場(chǎng)在過(guò)去5至7年中增長(zhǎng)巨大。視頻播放功能成為最吸引消費(fèi)者的賣點(diǎn)。為此,MP3制造商和ODM供應(yīng)商競(jìng)相尋找在保持低價(jià)位前提下、能在MP3播放器中增加視頻功能的系統(tǒng)解決方案。幸運(yùn)的是,閃存和硬盤的部件降價(jià)幫助保持了新增視頻系統(tǒng)的成本空間。但是,在授權(quán)下載和播放的內(nèi)容從單純音頻到音視內(nèi)容和電影時(shí),便攜DSP在應(yīng)用上遇到了技術(shù)挑戰(zhàn)。

2006年,支持有限條件下視頻功能的MP3播放器產(chǎn)品開始進(jìn)入市場(chǎng)。然而,幾個(gè)不利因素制約了其在市場(chǎng)上流行的勢(shì)頭。關(guān)鍵的障礙是使用者在下載內(nèi)容之后,仍要在PC上對(duì)內(nèi)容繼續(xù)進(jìn)行軟件DSP處理。“轉(zhuǎn)碼”的過(guò)程事實(shí)上是“解碼-圖像下采樣-縮小幀幅-重新壓縮到便攜DSP能力所限制的格式”的長(zhǎng)過(guò)程。事實(shí)上,由于各自媒體壓縮標(biāo)準(zhǔn)的不同,根本不可能有所謂的簡(jiǎn)單“轉(zhuǎn)碼”。要轉(zhuǎn)換壓縮格式,只有先解壓、再壓縮。但這種方法并不理想,“轉(zhuǎn)碼”存在三方面問(wèn)題:第一,播放器中的視頻處理器沒有同時(shí)支持多種媒體格式的功能,因此視頻內(nèi)容必須轉(zhuǎn)換為手持設(shè)備所能接收的某種格式；第二,播放器中的DSP芯片處理能力達(dá)不到D1@30fps的實(shí)時(shí)解碼速度；第三,播放器中的低性能芯片無(wú)法對(duì)高分辨率內(nèi)容進(jìn)行縮小幀尺寸的運(yùn)算處理,以適應(yīng)便攜式產(chǎn)品的顯示分辨率。總之,當(dāng)前的便攜播放器DSP芯片已不能滿足消費(fèi)者所追求的視頻體驗(yàn)。

芯慧同用VSP芯片支持的MP4播放器方案

下文介紹VSP媒體處理器系列中的一款新產(chǎn)品:VSP100媒體處理器。VSP100采用專門設(shè)計(jì)以滿足視頻市場(chǎng)的需求,尤其適合作為視頻協(xié)處理器應(yīng)用。它能實(shí)時(shí)處理多種數(shù)據(jù)格式和不同分辨率的視頻內(nèi)容,能縮放內(nèi)容以適合便攜顯示的通常分辨率,可延長(zhǎng)播放時(shí)間,縮短系統(tǒng)產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)的時(shí)間,增加視頻功能的系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本最低。VSP100芯片特性:

* 功耗25~50mW,支持QVGA和標(biāo)準(zhǔn)的媒體解碼和播放

* ViViD媒體DSP子系統(tǒng)(圖1)運(yùn)行時(shí)鐘為125MHz

* RISC通用CPU運(yùn)行時(shí)鐘達(dá)180MHz

* 內(nèi)部集成的8-16比特的SDRAM/DDR內(nèi)存控制器

* 支持所有主流媒體標(biāo)準(zhǔn)

* 高達(dá)VGA分辨率的LCD控制器

* 在中芯國(guó)際以130納米工藝制造

圖1:ViViD多核子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。    

圖2給出了VSP100芯片上所集成的主要功能模塊。

圖2:VSP100 SoC架構(gòu)。(右上角為芯慧專利ViViD多核子系統(tǒng))

VSP100芯片由多核的ViViD子系統(tǒng)承擔(dān)視頻DSP的工作。如下圖所示,它包含了三個(gè)定制設(shè)計(jì)的視頻DSP核,每個(gè)DSP核又分別配置了針對(duì)視頻算法加速的定制硬件化宏指令(DDCU)。三核組成流水線操作(碼流處理、圖像變換和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償),保證在任意時(shí)刻都能同時(shí)處理在三個(gè)不同階段的解碼任務(wù)。DSP采用VLIW體系結(jié)構(gòu),在每個(gè)并行運(yùn)行的數(shù)據(jù)通道上都能任選一個(gè)定制的宏指令加速器來(lái)執(zhí)行。定制宏指令加速器預(yù)先編程并硬件化,實(shí)現(xiàn)運(yùn)算功能(如ALU)或視頻編解碼常用的DSP過(guò)程。VSP100能在很低的時(shí)鐘頻率和低功耗下實(shí)現(xiàn)高速處理。

ViViD視頻子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基于芯慧同用的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和專利技術(shù)。處理器采用的VLIW結(jié)構(gòu)具有增強(qiáng)的實(shí)用創(chuàng)新和改進(jìn),例如:設(shè)計(jì)者定制的宏指令加速單元(DDCU)在多個(gè)并行數(shù)據(jù)路徑上的動(dòng)態(tài)調(diào)動(dòng)和運(yùn)行。各個(gè)并行DSP核都經(jīng)過(guò)芯慧同用工程師采用媒體算法編程、優(yōu)化并進(jìn)行硬件化實(shí)現(xiàn)。預(yù)先定制的宏指令單元庫(kù)已經(jīng)足夠支持處理器面向各種流行媒體標(biāo)準(zhǔn)的靈活重構(gòu),并支持優(yōu)化的高速處理性能。

基于VSP100的創(chuàng)新媒體系統(tǒng)方案

方案I 從MP3衍生到MP4+音視頻播放器

典型的MP3播放器包含主體和媒體攜處理器,電源及電池控制芯片,音頻編解碼器,閃存,SDRAM/DDR存儲(chǔ)器,和硬盤控制器等(如圖3所示)。加入VSP100使這樣的系統(tǒng)增加了高性能的視頻功能 。VSP100從輸入比特流(系統(tǒng)比特流或者原始視頻比特流)開始,完全承擔(dān)所有的視頻解壓運(yùn)算。視頻內(nèi)容被一幀幀解壓并送入存儲(chǔ)器,同時(shí)通過(guò)視頻輸出、或直接通過(guò)LCD控制器顯示。

圖3: ViViD視頻子系統(tǒng)中典型比特流處理器指令。      

在圖4建議的系統(tǒng)方案當(dāng)中,VSP100芯片與系統(tǒng)主處理器通過(guò)通用并行從接口(Parallel Slave Port, 或PSP)與原MP3平臺(tái)電路建立數(shù)據(jù)聯(lián)接,實(shí)現(xiàn)音視頻數(shù)據(jù)的導(dǎo)入。同時(shí)VSP100通過(guò)GPIO在其通用CPU核和原MP3平臺(tái)CPU之間建立命令聯(lián)接。VSP100的片上RISC通用處理器管理音視頻信號(hào)的分離(demux), 音頻解碼和數(shù)字版權(quán)管理(DRM)。原MP3平臺(tái)的主CPU也能承擔(dān)純音頻內(nèi)容的編解碼,就如在原先的MP3播放器中的模式。原MP3平臺(tái)的軟、硬件作需要的修改為最小、最省力,即制成了D1性能的MP4+播放器新產(chǎn)品。

圖4:典型的VSP100協(xié)處理器解決方案,應(yīng)用于MP3播放器中。    

方案II. 最簡(jiǎn)化單功能媒體播放器

通過(guò)外設(shè)橋管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)IO(如圖5所示)。

圖5:VSP100結(jié)合外設(shè)橋接設(shè)備的典型方案。      

方案III. 通過(guò)USB和硬盤聯(lián)接的數(shù)字電視播放器

在數(shù)字電視的附件模塊方案中,VSP100能構(gòu)成直接USB媒體播放接口(如圖6示)。在這個(gè)直接簡(jiǎn)單的應(yīng)用中,為了實(shí)現(xiàn)在大屏幕數(shù)字電視上播放多來(lái)源的多標(biāo)準(zhǔn)視頻內(nèi)容,“無(wú)轉(zhuǎn)碼”是成敗的關(guān)鍵(電視不同于PC,無(wú)法運(yùn)行轉(zhuǎn)碼軟件)。在這個(gè)方案中VSP100的D1視頻處理功能將使大屏幕顯示達(dá)到最佳效果,支持了來(lái)源不同的各種媒體標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容播放。

圖6: 通過(guò)USB在數(shù)字電視上播放多媒體內(nèi)容的方案。      

方案IV. 通過(guò)USB的硬盤數(shù)字電視播放器

在移動(dòng)數(shù)字電視應(yīng)用中,VSP100能承擔(dān)信源解碼器和控制器的功能,因此設(shè)計(jì)成單功能和低成本的簡(jiǎn)單移動(dòng)電視(如圖7示)。

圖7: 在移動(dòng)數(shù)字電視上播放多媒體內(nèi)容的典型方案。  

VSP100方便了數(shù)據(jù)和控制的鏈接,與移動(dòng)電視信道解調(diào)模塊的流行產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)無(wú)縫聯(lián)接。信道解調(diào)芯片或模塊可來(lái)自多個(gè)供應(yīng)商,與VSP100集成為便攜移動(dòng)電視,即可支持不同標(biāo)準(zhǔn)(DAB,T-DMB,S-TiMi)上的廣播系統(tǒng)。VSP100的可重配置和現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)能力支持廣播系統(tǒng)中變化的數(shù)據(jù)流帶寬以及特定的數(shù)據(jù)壓縮標(biāo)準(zhǔn)。移動(dòng)電視通過(guò)VSP100集成于手機(jī)或者PDA,不僅為原系統(tǒng)增加了移動(dòng)電視的功能,而且為原系統(tǒng)增加了適應(yīng)多種媒體格式的視頻處理功能。綜合高性能、多制式、低功耗,低時(shí)鐘,低噪音等突出特點(diǎn),芯慧同用VSP100成為智能手機(jī)中視頻協(xié)處理器的良好選擇。

VSP100可處理多種媒體標(biāo)準(zhǔn),采用VSP100方案的設(shè)計(jì)公司和ODM無(wú)需第三方提供的解碼軟件包。 所有的媒體編解碼軟件和優(yōu)化實(shí)現(xiàn)都隨芯片一起提供給開發(fā)商。請(qǐng)參照本文最后的列表。

本文小結(jié)

現(xiàn)在大量視頻內(nèi)容可以提供給消費(fèi)者,這促使OEM及ODM產(chǎn)品商為其便攜音頻播放產(chǎn)品增加高質(zhì)視頻功能。對(duì)多樣媒體格式和原始分辨率數(shù)據(jù)的處理功能,是新播放器產(chǎn)品制造商對(duì)半導(dǎo)體公司提出的挑戰(zhàn)。市場(chǎng)應(yīng)用要求芯片供應(yīng)商提供新功能和高性能,但同時(shí)要求保持消費(fèi)類產(chǎn)品的低功耗和低成本苛求。高端和“真正無(wú)轉(zhuǎn)碼”播放器將引領(lǐng)市場(chǎng)增長(zhǎng),為應(yīng)對(duì)多媒體消費(fèi)電子領(lǐng)域即將到來(lái)的變革,芯慧同用向市場(chǎng)推出VSP100和VSP200系列產(chǎn)品。這些產(chǎn)品能夠輕松地集成到廠家現(xiàn)有產(chǎn)品的系統(tǒng)中,一次升級(jí)即能使其成為具有高質(zhì)視頻的多媒體播放器。

芯慧同用產(chǎn)品使系統(tǒng)廠商的產(chǎn)品具有如下多媒體編解碼功能:

視頻解碼器:

*  baseline/Main profile, MPEG2, MPEG4 ASP, Windows Media Video 9, RealVideo, AVS, On2 VP6 (Flash), OGG Theora

音頻解碼器:

* MPEG L1/L2, MP3, AAC+v2, Dolby Digital, Dolby ProLogic, Windows Media Audio 9, RealAudio, OGG Vorbis

媒體編碼器:

* MPEG-4 ASP + MPEG L1/L2

圖像:

* JPEG & TIFF 壓縮和解壓縮

數(shù)字版權(quán)管理:

* Microsoft DRM 10, Real Helix DRM, DRM-enabled for other standards

加密支持:

* True random-number generator, Unique chip ID, AES/DES/3DES/SHA-1

操作系統(tǒng):

* Linux 2.6 Microsoft Windows CE Mobile 5.0

芯慧同用半導(dǎo)體公司供稿