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常見(jiàn)問(wèn)題

湖南【安防監(jiān)控】視頻編解碼技術(shù)

  隨著數(shù)字多媒體的應(yīng)用日漸廣泛,視頻解碼在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中變成一個(gè)基本要素。視頻標(biāo)準(zhǔn)有多種,依賴于產(chǎn)品可實(shí)施其中的一個(gè)或者多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然這不是全部,視頻僅僅是多媒體碼流的一部分,另外還有音頻或者語(yǔ)音需要并行處理。因此,一個(gè)處理存儲(chǔ)或數(shù)據(jù)流的同步層是必需的。此外,視頻解碼本身對(duì)性能要求較高,需要不同于先前基于語(yǔ)音和信息應(yīng)用的系統(tǒng)架構(gòu);這就對(duì)便攜系統(tǒng)提出了特殊挑戰(zhàn),而桌面應(yīng)用同樣面臨這些問(wèn)題。

  視頻編碼技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)電視發(fā)展的初條件。只有高效的視頻編碼才能保證在現(xiàn)實(shí)的互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下提供視頻服務(wù)。除了ITU-T和ISO/IEC兩個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)以外,美國(guó)微軟公司和Real Network公司都有自己的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。事實(shí)上,他們也是常用的網(wǎng)絡(luò)電視標(biāo)準(zhǔn)。

  通用視頻標(biāo)準(zhǔn)和編解碼器

  聯(lián)合視頻組(Joint Video Team, JVT)由ITU的視頻編碼專家組(Video Coding Experts Group, VCEG)和ISO/IEC運(yùn)動(dòng)圖像專家組(Moving Picture Experts Group, MPEG)組成。VCEG開發(fā)自愿性標(biāo)準(zhǔn),用于會(huì)話和非會(huì)話類音/視頻應(yīng)用的先進(jìn)移動(dòng)圖像編碼。MPEG開發(fā)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),用于移動(dòng)圖像、音頻及兩者組合的壓縮、編碼、解壓縮、處理等,以滿足各種應(yīng)用??傊?,JVT已經(jīng)開發(fā)了包括ITU H.262/MPEG2和H.264/MPEG-4 AVC在內(nèi)流行的視頻標(biāo)準(zhǔn)。

  MPEG-2 Video/H.262:MPEG2(ISO/IEC 13818-2),也被稱為ITU-T H.262,是目前消費(fèi)類電子視頻設(shè)備中使用廣泛的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。MPE2視頻用于數(shù)字電視廣播:包括地面、電纜和直接衛(wèi)星廣播。它能在25fps(Pal)或者30fps(NTSC)的固定幀率下達(dá)到720x576象素成像。此外,它也是DVD視頻中的編解碼器。

  MPEG-4-SP/ASP:ISO/IEC 14496-2描述了MPEG4簡(jiǎn)單類(Simple Profile, SP)/簡(jiǎn)單類(Advanced Simple Profile, ASP)。其中,SP用于下一代便攜式終端和窄帶互聯(lián)網(wǎng)。而ASP增加若干工具,編碼效率提高了1.5到2倍。他們兩個(gè)均在市場(chǎng)上獲得越來(lái)越多的接受

  MPEG-4-AVC/ITU-T H.264:先進(jìn)視頻編碼(AVC)是由ISO/MPEG和ITU-T聯(lián)合技術(shù)委員會(huì)開發(fā)的多媒體標(biāo)準(zhǔn)。AVC提供更高的壓縮率,更好的視頻質(zhì)量和比MPEG2更高的容錯(cuò)性,有望用于互聯(lián)網(wǎng)廣播和移動(dòng)通訊。

  Windows Media Video(WVM)/SMPTE VC-1:WMV9是微軟的多媒體標(biāo)準(zhǔn),其特性包括支持流處理,可變比特率,以及與MPEG-4-AVC/H.264相媲美的容錯(cuò)工具。除了用于家庭電腦,WMV9目前也在電影院用于數(shù)字投影。電影中使用的編碼可以是7~12Mbps的恒定比特率CBR或可變比特率VBR,并達(dá)到DVE解析度(720x480)。

  當(dāng)僅用于播放音頻時(shí)—如典型的MP3播放器,也可使用單DSP解決方案。此系統(tǒng)中DSP進(jìn)行音頻解碼、文件/流數(shù)據(jù)處理,還同時(shí)控制鍵盤、顯示屏和存儲(chǔ)器等。由于DSP處理音頻解碼更為高效,因此使用如ZSP400 DSP而非微控制器可以顯著降低功耗。此外,基于DSP的解決方案可進(jìn)行軟件升級(jí),以支持運(yùn)算更為密集的音頻標(biāo)準(zhǔn)(比如aac Plus),此時(shí)微控制器可能無(wú)法處理額外增加的負(fù)荷。

  視頻移動(dòng)電話:該類應(yīng)用的視頻尺寸是QCIF或者CIF,幀率從10到30幀每秒。是否需要支持多種視頻/音頻解碼標(biāo)準(zhǔn)取決于電話的功能要求。視頻將是流視頻或者短的視頻序列回放。通過(guò)軟件解碼而無(wú)需額外硬件,既可滿足這些設(shè)備的性能要求。而且大多數(shù)的電話集成了微控制器和DSP,因此視頻解碼可通過(guò)DSP實(shí)現(xiàn),這也使得低功耗精巧系統(tǒng)成為可能。另外一些電話可能包含PMP或者數(shù)碼攝像機(jī)的一些功能,單純的DSP設(shè)計(jì)方案無(wú)法滿足要求,這就需要額外的硬件加速。

  視頻桌面電話:該設(shè)備提供視頻會(huì)議功能,需要在強(qiáng)實(shí)時(shí)限制下完成編解碼。如果幀尺寸和幀率有限,單DSP解決方案仍然可行。然而,大部分桌面電話具備QVGA或者更大的顯示屏;此外,用戶通常期望有比無(wú)線移動(dòng)設(shè)備更佳的語(yǔ)音/視頻質(zhì)量。這意味幀率應(yīng)當(dāng)更高,掉幀率/卡幀率應(yīng)當(dāng)盡可能低,此時(shí)可能需要采用硬件解決方案完成視頻編解碼。語(yǔ)音編解碼可通過(guò)低成本的DSP(如ZSPneo)或者系統(tǒng)中的微控制器實(shí)現(xiàn)。

  移動(dòng)數(shù)碼攝像機(jī)(DVR):對(duì)于該類設(shè)備,多標(biāo)準(zhǔn)編解碼沒(méi)有必要,大多數(shù)僅使用單一視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)。由于大尺寸,高幀率和低功耗的苛刻要求,純硬件解決方案通常是選擇。而不需要DSP,此時(shí)系統(tǒng)微控制器用于驅(qū)動(dòng)視頻和音頻硬件模塊。

  機(jī)頂盒:機(jī)頂盒需要完成高質(zhì)量視頻流的處理和已錄制的視頻文件的解碼。同DVR一樣,視頻質(zhì)量的要求(幀尺寸,幀率,比特率和容錯(cuò)能力)使其幾乎只能通過(guò)硬件解碼來(lái)進(jìn)行。當(dāng)然,因?yàn)椴幌褚苿?dòng)設(shè)備對(duì)功耗要求那樣苛刻,也可采用多DSP核配合一些基本的硬件加速的方案來(lái)設(shè)計(jì)可處理各種視頻編解碼器的系統(tǒng)。根據(jù)功能要求,機(jī)頂盒可能需要一定的靈活性:尤其是將其用于媒體播放器、數(shù)字VCR或網(wǎng)絡(luò)流媒體領(lǐng)域。這時(shí)可用DSP中的軟件處理音頻。為了實(shí)現(xiàn)這種靈活性,要選擇不同的編解碼器完成回放、編碼、譯碼等功能,此時(shí)用于音頻處理的DSP將會(huì)是如ZSP500這樣的高性能處理器,以實(shí)現(xiàn)迎合家庭影院潮流的環(huán)繞聲、聲音處理等功能要求。

  嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)取決于特定的目標(biāo)應(yīng)用。軟件靈活性、功耗和性能的綜合考慮決定配置方案。應(yīng)用很廣泛,解決方案則反映了不同應(yīng)用的需求。一些應(yīng)用需要低功耗而其他需要靈活性和/或高性能。DSP可提供良好的性能和低功耗,同時(shí)可增加靈活性;適合于各種應(yīng)用。由于整個(gè)多媒體解決方案(音/視頻編解碼和音/視頻同步)可作為單一模塊輕松集成至現(xiàn)有和新系統(tǒng)中;這將使大量復(fù)雜問(wèn)題得到一次性解決并在以后可多次重用,從而降低了使用多媒體模塊的系統(tǒng)的開發(fā)成本和總體開發(fā)時(shí)間。