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视讯娱乐平台设计考量
高解析运算不可小看!

【作者: 王岫晨】2007年04月27日 星期五

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当某一市场具有足够吸引力、未来发展性够长久,且市场够大,便绝对会吸引更多厂商投入大量资源开发相关应用产品。高解析视讯应用正是这样一个例子。在消费市场追求更高解析视讯画面来满足消费者视觉享受的趋势下,高解析显示相关产品陆续推出市场,而各种功能强大的视讯平台,则将负起高解析画面运算处理的重责大任。


目前市面上有针对各种应用所开发的视讯平台,这些平台的接受度并非单纯取决于价格与效能等,重点反而是取决于其对于终端产品开发的容易与否,这将直接影响到产品的上市时程。因为视讯应用多半偏重于消费性市场,而消费市场的特色则在于产品生命周期短,且汰换率高,因此除了价格考量之外,能否协助厂商快速完成新产品的开发并快速上市,则是视讯产品在选择相关平台上的最主要考量。


DSP满足视讯即时处理需求

TI亚洲区市场开发经理李松青指出,视讯平台的设计,针对不同的应用,例如机上盒、数位相机、可携式媒体播放器,乃至于手机、车用视讯与工业监控等用途,其设计重点最重要的一点,就在于即时(Real Time)处理能力。毕竟视讯与其他应用不同的是,视讯应用必须讲求即时性,另外针对手机或视讯会议等应用,则更重视音讯与视讯的同步。


也正因为即时处理的重要性不容忽视,因此处理器的选择便显得格外重要。目前DSP在视讯平台的设计上正扮演着举足轻重的角色,举凡视讯手机、视讯会议等,位于设备两端的画面都必须立即处理及呈现,而DSP正可因应这样的需求。 DSP在多媒体,包括视讯的处理能力是最强的,因为些都是属于讯号处理的应用。而针对不同的应用,影响效能的关键将是DSP技术的成熟度。


其次就是耗电(Power Consumption),特别是针对可携式的视讯应用,视讯讯号在处理上,运算量比起其他档案来得更庞大,因此在处理器的选择上也必须针对需求,一旦选择了处理能力强、时脉快的处理器,相对耗电量大的问题就需要同时解决。因此在视讯平台设计上,也必须依据终端产品之应用来处理耗电量议题。最后便是视讯平台的成本问题,而这也是所有终端产品应用的最重要考量,特别是针对消费性市场的视讯产品而言,价格更是消费者购买与否的最大关键。


在HD高画质视讯应用方面,目前市面上多是偏重在消费性市场的产品,例如各种强调HD解析度的电视产品陆续上市,Sony更是积极推动Full HD的高解析画质应用普及。这些都成为HD在消费性市场上快速成长的动力。


此外,HD目前还有一个逐渐受到重视的应用,就是越来越普及的视讯会议。在特别要求视讯呈现即时性的视讯会议应用上,若欲PC产品的运算能力来满足视讯会议之效能要求可能有点强人所难,因此针对类似的应用,DSP便可以发挥即时处理、并呈现高画质视讯影像的优势。


DSP运算所强调的是讯号处理的能力更快。目前市面上常见x86架构之多核心处理器,DSP依据应用需求也有多核心架构,但针对视讯讯号处理,DSP拥有更强大的处理效能,也因此针对这样的产品设计,以DSP作为讯号处理引擎仍是多厂商的最佳选择。


不同的视讯应用都有不同的编解码需求,数位化的视讯格式,不论是Mpeg2、Mpeg4或者H.264、以及蓝光光碟等,这些多媒体格式大部分都经过压缩以缩小体积,否则以HD高画质画面的需求,一张1920×1080的画面就需要约4MB的容量,而以逐行扫描(progressive)一秒60张画面来计算,每秒钟的画面就大约需要240MB的容量,如此庞大的资料量便需要经过压缩来减小体积。


而压缩过的资料,在播放之前则还需要解压缩的处理,未来诸如H.264这样的视讯规格也都需要更强大的讯算处理器。不同的压缩格式,其最终目的都是将视讯档案尽可能地缩小,但其影像品质与清晰度又不能失真。严格来说所有的压缩解压缩过程都会出现失真,只是程度上的不同罢了。以视讯会议来说,在两端的影像都必须先经过压缩,透过网路传送出去,再经过解压缩还原影像。


基本上虽然提到的都是视讯应用,但其实视讯应用有个很重要的部份,就是视讯讯号经常是跟音讯讯号相提并论的。毕竟只要有影像就会有声音,而声音与影像也必须同步,这与系统效能都是相关的。特别在类似手机通讯或者视讯会议的应用上,音讯必须保持最佳品质,也许使用者可以容忍画面的稍微延迟,但声音如果断断续续则可能影响颇大。因此针对不同的应用,技术上的要求,或者相关的配套措施都不同。


《图一 TI亚洲区市场开发经理李松青》
《图一 TI亚洲区市场开发经理李松青》

多功能机上盒提供视讯新体验

与电视应用相关的产品,目前最热门的产品非机上盒莫属。目前机上盒多以外接的形式贩售,未来与电视整合则将是其发展趋势。而未来电视则多以高解析为主流规格,因此相对应的机上盒产品在这些音讯、视讯等讯号处理的效能上可也得赶上。也由于机上盒主要是针对消费性市场为主,因此成本与效能都是影响普及与否的关键,此外耗电与散热也都是设计上需要考量的议题,因此在视讯平台的选择上也必须兼顾经济与处理效能才行。


在不久的将来,消费者都可透过家用网路设备享​​受3C整合所带来的诸多优势,特别是透过机上盒来享受这些数位娱乐,因此提高机上盒之处理能力变得越来越重要,因为只有这样消费者才有可能随时随地在家中享受多媒体服务。而这样的服务内容也远超过传统的单一功能机上盒所能提供的服务,不仅是视讯,同时还包括视讯电话、卡拉OK、电视商务(T-commerce)和线上游戏等功能。新一代机上盒设备还可以支援个人录影(PVR)功能,甚至还可以用于家用网路的媒体伺服器。


就机上盒而言,最重要的能力之一就是处理能力。因为只有具备强大的处理能力,才能不断扩展,满足先进应用要求并支援IP语音、视讯电话和线上游戏等全新服务。特别是高解析度的视讯画面与游戏,都将需要强大的运算引擎来满足消费者对于视讯品质的要求。


在视讯应用上,高品质的用户体验非常重要,特别是在服务供应商推出众多全新业务选择之际。随着服务选择的多样化,机上盒必须保持易用性,这就要求采用更复杂的图形化使用者介面(GUI)。此类GUI需要快速的处理器和强大的绘图运算引擎,Intel便针对这样的应用推出了CE 2110媒体处理器。


另一个重点在于软体升级程式的能力。 IPTV是一项全新的服务,服务提供者仍然在了解消费者的需求。这样的平台就需要可扩充性和中介软体来支援各种服务专案。开发和部署全新的软体服务非常重要,因为这样可以帮助服务提供者在不更换机上盒的情况下即可升级服务内容。


视讯平台

x86提供消费装置核心动力

Intel推出高度整合的消费电子装置专用之多媒体处理器,提供数位机上盒、网路式多媒体播放器等新一代装置的核心动力。 Intel CE 2100媒体处理器采用SoC架构,将1GHz处理核心和影音处理、绘图及I/O零件整合在单一晶片上。由于高度整合零组件设计对市场日益重要,因此消费性电子厂商均努力加快产品上市速度,并开发更有智慧、更具高成本效益的消费电子设计,提供更佳的处理效能、弹性和成长空间,以满足先进的高营收网路服务市场需求,如网路电话(VoIP)、影像电话、互动式游戏、加强型卡拉OK和网路学习等。


William O. Leszinske Jr表示,网际网路为消费性市场带来庞大的破坏性创新(disruptive)商机,Intel与消费性电子系统厂商合作,提供新式智慧型装置的核心动力,将有助于加速推动精彩的新式网际网路资讯和服务,并为消费者带来家庭视讯娱乐经验。


CE 2100媒体处理器包括内嵌式1GHz Intel XScale中央处理器、MPEG-2和H.264硬体视讯解码器、DDR2记忆体介面、2D/3D绘图加速器等,并具有模组化软体开发环境的支援。该平台架构也让消费性电子研发者和制造商得以提供纯粹的网际网路式(IP)或混合式机上盒,透过网际网路或数位广播通路接收资讯内容。


这款SoC多媒体处理器目前已被中华电信的多媒体随选视讯服务(MOD)采用。此外Intel也与多家消费性电子业者合作,透过机上盒将先进视讯和互动式服务带给消费者。


以中国和台湾市场为例,消费者需要透过有线服务供应商获取视讯内容。因此若想推动市场发展并吸引新客户,IPTV提供商便需要​​提供更多吸引消费者的互动式服务,如卡拉OK、音乐点播、IP语音和视讯会议功能等。


Intel的视讯平台解决方案便是设计用于支援多功能设备。它与传统的机上盒设备有很大区别。 CE 2110媒体处理器具有1GHz处理效能,不仅支援高阶应用,并对未来应用提供大的功能扩充性。 Intel媒体处理器的最大优势在于,可为客户提供更多价值。


Intel消费电子事业部总经理William O. Leszinske Jr指出,Intel过去推出针对数位家庭应用所规划的ViiV处理器,而目前又推出针对数位机上盒应用之CE 2110处理器,这并不代表Intel放弃以电脑做为娱乐中枢的数位家庭规划,CE 2110的推出所代表的意义是Intel将更专注于消费性电子市场。而Intel下一步规划将再推出针对IA架构的消费性处理器,届时透过x86架构的一致性,可方便使用者将机上盒与电脑相互连结,扩增应用便利性。


视讯强者 非DaVinci莫属

提到TI的视讯平台,最为人所熟知的当然就属DSP核心的DaVinci平台了。 DaVinci是一个可编程SoC单晶片,其处理能力强大,只要搭配适当的软体,针对各种视讯应用基本上都不成问题。 DaVinci处理器采用TI的DSP核心、可扩展的可程式DSP系统单晶片、加速器和周边,这些最佳化功能可以满足各种数位视讯终端应用的价格、效能与功能要求。


为了推动数位视讯市场成长,TI认为最好方法就是把数位视讯产品开发所需的视讯处理器、软体、开发工具与支援融为一体。此套数位视讯开发平台整合所有必要的工具,可协助客户有效简化将视讯与网路功能导入最终产品设计的过程。DaVinci技术便是包含处理器、软体、工具和支援的整合产品,可以协助设计人员开发具备高画质视讯与多种省电模式的可携式音讯与视讯应用,包括可携式多媒体播放器、视讯安全装置、医疗装置、资料终端装置、网路摄影机、车用/飞航娱乐系统和其它如机上盒等数位音讯与视讯应用,而针对行动装置等低功耗需求的视讯装置,TI也内建了特殊电源管理功能的系统单晶片以减低系统耗电量。


李松青表示,TI的想法在于所提供的不只是一个晶片,还包括相关的软体与开发环境,且这样的软体与开发环境还能是开放的平台,因此TI的DaVinci平台一系列产品都基于相同的软体开发平台,因此客户在相同的软体开发平台上开发品,从目前的DaVinci平台,到未来更高阶的新款DaVinci平台,都不需要针对不同的平台重新开发新的软体,新的平台可提供更强的处理能力,而相同软体则可提供更高相容性,在嵌入式的应用中,提供客户更容易的产品设计,与更快的新产品上市时程。对客户来说,在硬体上的开发比较没有太大的困难与变化,反倒是软体的开发需投入更多心思。


因此TI在软体上提供开放、相容的软体平台架构,就不需要在新的晶片上市之后,还需要开发新的软体来配合。因此以TI的DaVinci平台来说,未来针对高画质,甚至是更高画质的产品开发上,都将应用相同的软体平台,进行简单的修改,这也将直接反应到上市时程的效益上,特别是在多样性的消费市场中,提供快速设计便可上市的平台对客户来说将有最大助益。目前DaVinci平台包括纯DSP的低价DM643x、高整合度的DM644x,未来更将针对高阶应用推出更高效能的视讯平台。


另外为了让数位电视解决方案产品阵容更为齐全,TI也推出新的整合式HDTV处理器与开发平台。新款高画质电视处理器是TI支援ATSC与DVB-T广播标准解决方案的一部份,采用精密的视讯处理技术及混合讯号系统单晶片设计,可呈现高品质Full HD的1080p画质。而因应即将来临的数位电视换机热潮,TI还推出ATSC至NTSC转换器开发平台。


而为了扩大高画质电视开发平台的功能,并同时让制造商进一步区隔其产品线、提高产品价值,TI还利用DaVinci技术发展出网路数位电视解决方案以及多种网路解决方案。 DaVinci技术可支援多格式编码与转码,现已获得许多领先的网路机上盒供应商采用。透过TI的网路数位电视和DaVinci技术,制造商将能发展高画质电视,并让产品具备即时传送IP内容的功能。


《图二 Intel消费电子事业部总经理William O. Leszinske》
《图二 Intel消费电子事业部总经理William O. Leszinske》

Nexperia STB平台突破市场价格底线

NXP则是以价格优势推出了全新机上盒系统解决方案系列,该系列是专为加快推广全球市场采用数位地面、有线、卫星和IP电视服务,并提供最佳的影像品质。全新机上盒解决方案系列包括Nexperia STB225、STB220和STB100平台,提供可高度客制化的参考设计及内建软体应用,并符合最新的产业标准,能帮助设备制造商大幅减少产品开发时间,同时简化与加快客制化使用者介面的流程。


Nexperia STB225高画质IP机上盒平台让OEM厂商能够以低于70美元的成本为IPTV服务提供多功能且高画质的观赏体验。 Nexperia STB220具有数位媒体转换器(Digital media adapter;DMA)和数位视讯录制(Digital video recorder;DVR)功能,使制造商能够分别提供低于100美元和120美元成本(包括硬碟)的机上盒。而入门级的Nexperia STB100适用于开发成本在20美元左右的机上盒,主要针对单频道数位机上盒「Zapper? Box」及用于免费下载或​​付费电视的iDTV系统。


NXP正全力推广电视观赏体验的革命,不仅提升画面品质,还能够随时随地在家中以及在旅行中方便地获取各种音讯、视讯、资料和影像。电视(包括PC TV和手机电视)很快将成为通向全新内容的窗口,而NXP将以完整的、基于各种产业标准的半导体组件、系统解决方案和连接系统为这些发展提供支援。这些针对主流机上盒、DVR机上盒及高画质IP机上盒的全新系统平台,将促进在零售及付费电视市场中之数位广播服务。


降低机上盒的价格是推广大规模使用IPTV和其他机上盒服务的关键因素之一。 NXP透过高阶机上盒平台的解决方案能够帮助制造商以相​​当低的价格向服务供应商即时提供IP机上盒,使IPTV与完全由使用者掌控的多媒体体验成为现实生活的一部分,并且让消费者都能够轻松享受不同的视讯体验。


随着可供选择的内容越来越丰富,让使用者能够稳定地获取多媒体内容,并且在价格上足以吸引使用者采用先进的电视服务,现在已经变得非常重要。而NXP便是以低成本的平台系列,打破现有大众市场上所有产品的价格底线,消除制造商提供最佳电视观赏体验的障碍。


《图三 NXP家庭娱乐事业部数字机顶盒中国区经理江振辉》
《图三 NXP家庭娱乐事业部数字机顶盒中国区经理江振辉》

结语

尽管各家厂商对于高解析视讯的发展进程不同,而针对不同功能所推出的产品线与平台在性能与价格上也各异,但可以确定的是,高解析视讯都将是主要的发展方向,因此不管各家厂商推出了哪一款新平台,其最终目标都必须符合高解析应用之下的所有多媒体处理需求。而被消费市场所驱动的高解析视讯应用,随着厂商不断推出更低成本与更高效能的视讯平台,将更快融入消费者的生活之中,使高解析成为日常生活的一种必然。


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