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視訊娛樂平台設計考量
高解析運算不可小看!

【作者: 王岫晨】   2007年04月27日 星期五

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當某一市場具有足夠吸引力、未來發展性夠長久,且市場夠大,便絕對會吸引更多廠商投入大量資源開發相關應用產品。高解析視訊應用正是這樣一個例子。在消費市場追求更高解析視訊畫面來滿足消費者視覺享受的趨勢下,高解析顯示相關產品陸續推出市場,而各種功能強大的視訊平台,則將負起高解析畫面運算處理的重責大任。


目前市面上有針對各種應用所開發的視訊平台,這些平台的接受度並非單純取決於價格與效能等,重點反而是取決於其對於終端產品開發的容易與否,這將直接影響到產品的上市時程。因為視訊應用多半偏重於消費性市場,而消費市場的特色則在於產品生命週期短,且汰換率高,因此除了價格考量之外,能否協助廠商快速完成新產品的開發並快速上市,則是視訊產品在選擇相關平台上的最主要考量。


DSP滿足視訊即時處理需求

TI亞洲區市場開發經理李松青指出,視訊平台的設計,針對不同的應用,例如機上盒、數位相機、可攜式媒體播放器,乃至於手機、車用視訊與工業監控等用途,其設計重點最重要的一點,就在於即時(Real Time)處理能力。畢竟視訊與其他應用不同的是,視訊應用必須講求即時性,另外針對手機或視訊會議等應用,則更重視音訊與視訊的同步。


也正因為即時處理的重要性不容忽視,因此處理器的選擇便顯得格外重要。目前DSP在視訊平台的設計上正扮演著舉足輕重的角色,舉凡視訊手機、視訊會議等,位於設備兩端的畫面都必須立即處理及呈現,而DSP正可因應這樣的需求。DSP在多媒體,包括視訊的處理能力是最強的,因為些都是屬於訊號處理的應用。而針對不同的應用,影響效能的關鍵將是DSP技術的成熟度。


其次就是耗電(Power Consumption),特別是針對可攜式的視訊應用,視訊訊號在處理上,運算量比起其他檔案來得更龐大,因此在處理器的選擇上也必須針對需求,一旦選擇了處理能力強、時脈快的處理器,相對耗電量大的問題就需要同時解決。因此在視訊平台設計上,也必須依據終端產品之應用來處理耗電量議題。最後便是視訊平台的成本問題,而這也是所有終端產品應用的最重要考量,特別是針對消費性市場的視訊產品而言,價格更是消費者購買與否的最大關鍵。


在HD高畫質視訊應用方面,目前市面上多是偏重在消費性市場的產品,例如各種強調HD解析度的電視產品陸續上市,Sony更是積極推動Full HD的高解析畫質應用普及。這些都成為HD在消費性市場上快速成長的動力。


此外,HD目前還有一個逐漸受到重視的應用,就是越來越普及的視訊會議。在特別要求視訊呈現即時性的視訊會議應用上,若欲PC產品的運算能力來滿足視訊會議之效能要求可能有點強人所難,因此針對類似的應用,DSP便可以發揮即時處理、並呈現高畫質視訊影像的優勢。


DSP運算所強調的是訊號處理的能力更快。目前市面上常見x86架構之多核心處理器,DSP依據應用需求也有多核心架構,但針對視訊訊號處理,DSP擁有更強大的處理效能,也因此針對這樣的產品設計,以DSP作為訊號處理引擎仍是多廠商的最佳選擇。


不同的視訊應用都有不同的編解碼需求,數位化的視訊格式,不論是Mpeg2、Mpeg4或者H.264、以及藍光光碟等,這些多媒體格式大部分都經過壓縮以縮小體積,否則以HD高畫質畫面的需求,一張1920×1080的畫面就需要約4MB的容量,而以逐行掃描(progressive)一秒60張畫面來計算,每秒鐘的畫面就大約需要240MB的容量,如此龐大的資料量便需要經過壓縮來減小體積。


而壓縮過的資料,在播放之前則還需要解壓縮的處理,未來諸如H.264這樣的視訊規格也都需要更強大的訊算處理器。不同的壓縮格式,其最終目的都是將視訊檔案盡可能地縮小,但其影像品質與清晰度又不能失真。嚴格來說所有的壓縮解壓縮過程都會出現失真,只是程度上的不同罷了。以視訊會議來說,在兩端的影像都必須先經過壓縮,透過網路傳送出去,再經過解壓縮還原影像。


基本上雖然提到的都是視訊應用,但其實視訊應用有個很重要的部份,就是視訊訊號經常是跟音訊訊號相提並論的。畢竟只要有影像就會有聲音,而聲音與影像也必須同步,這與系統效能都是相關的。特別在類似手機通訊或者視訊會議的應用上,音訊必須保持最佳品質,也許使用者可以容忍畫面的稍微延遲,但聲音如果斷斷續續則可能影響頗大。因此針對不同的應用,技術上的要求,或者相關的配套措施都不同。


《圖一 TI亞洲區市場開發經理李松青》
《圖一 TI亞洲區市場開發經理李松青》

多功能機上盒提供視訊新體驗

與電視應用相關的產品,目前最熱門的產品非機上盒莫屬。目前機上盒多以外接的形式販售,未來與電視整合則將是其發展趨勢。而未來電視則多以高解析為主流規格,因此相對應的機上盒產品在這些音訊、視訊等訊號處理的效能上可也得趕上。也由於機上盒主要是針對消費性市場為主,因此成本與效能都是影響普及與否的關鍵,此外耗電與散熱也都是設計上需要考量的議題,因此在視訊平台的選擇上也必須兼顧經濟與處理效能才行。


在不久的將來,消費者都可透過家用網路設備享受3C整合所帶來的諸多優勢,特別是透過機上盒來享受這些數位娛樂,因此提高機上盒之處理能力變得越來越重要,因為只有這樣消費者才有可能隨時隨地在家中享受多媒體服務。而這樣的服務內容也遠超過傳統的單一功能機上盒所能提供的服務,不僅是視訊,同時還包括視訊電話、卡拉OK、電視商務(T-commerce)和線上遊戲等功能。新一代機上盒設備還可以支援個人錄影(PVR)功能,甚至還可以用於家用網路的媒體伺服器。


就機上盒而言,最重要的能力之一就是處理能力。因為只有具備強大的處理能力,才能不斷擴展,滿足先進應用要求並支援IP語音、視訊電話和線上遊戲等全新服務。特別是高解析度的視訊畫面與遊戲,都將需要強大的運算引擎來滿足消費者對於視訊品質的要求。


在視訊應用上,高品質的用戶體驗非常重要,特別是在服務供應商推出眾多全新業務選擇之際。隨著服務選擇的多樣化,機上盒必須保持易用性,這就要求採用更複雜的圖形化使用者介面(GUI)。此類GUI需要快速的處理器和強大的繪圖運算引擎,Intel便針對這樣的應用推出了CE 2110媒體處理器。


另一個重點在於軟體升級程式的能力。IPTV是一項全新的服務,服務提供者仍然在瞭解消費者的需求。這樣的平台就需要可擴充性和中介軟體來支援各種服務專案。開發和部署全新的軟體服務非常重要,因為這樣可以幫助服務提供者在不更換機上盒的情況下即可升級服務內容。


視訊平台

x86提供消費裝置核心動力

Intel推出高度整合的消費電子裝置專用之多媒體處理器,提供數位機上盒、網路式多媒體播放器等新一代裝置的核心動力。Intel CE 2100媒體處理器採用SoC架構,將1GHz處理核心和影音處理、繪圖及I/O零件整合在單一晶片上。由於高度整合零組件設計對市場日益重要,因此消費性電子廠商均努力加快產品上市速度,並開發更有智慧、更具高成本效益的消費電子設計,提供更佳的處理效能、彈性和成長空間,以滿足先進的高營收網路服務市場需求,如網路電話(VoIP)、影像電話、互動式遊戲、加強型卡拉OK和網路學習等。


William O. Leszinske Jr表示,網際網路為消費性市場帶來龐大的破壞性創新(disruptive)商機,Intel與消費性電子系統廠商合作,提供新式智慧型裝置的核心動力,將有助於加速推動精彩的新式網際網路資訊和服務,並為消費者帶來家庭視訊娛樂經驗。


CE 2100媒體處理器包括內嵌式1GHz Intel XScale中央處理器、MPEG-2和H.264硬體視訊解碼器、DDR2記憶體介面、2D/3D繪圖加速器等,並具有模組化軟體開發環境的支援。該平台架構也讓消費性電子研發者和製造商得以提供純粹的網際網路式(IP)或混合式機上盒,透過網際網路或數位廣播通路接收資訊內容。


這款SoC多媒體處理器目前已被中華電信的多媒體隨選視訊服務(MOD)採用。此外Intel也與多家消費性電子業者合作,透過機上盒將先進視訊和互動式服務帶給消費者。


以中國和台灣市場為例,消費者需要透過有線服務供應商獲取視訊內容。因此若想推動市場發展並吸引新客戶,IPTV提供商便需要提供更多吸引消費者的互動式服務,如卡拉OK、音樂點播、IP語音和視訊會議功能等。


Intel的視訊平台解決方案便是設計用於支援多功能設備。它與傳統的機上盒設備有很大區別。CE 2110媒體處理器具有1GHz處理效能,不僅支援高階應用,並對未來應用提供大的功能擴充性。Intel媒體處理器的最大優勢在於,可為客戶提供更多價值。


Intel消費電子事業部總經理William O. Leszinske Jr指出,Intel過去推出針對數位家庭應用所規劃的ViiV處理器,而目前又推出針對數位機上盒應用之CE 2110處理器,這並不代表Intel放棄以電腦做為娛樂中樞的數位家庭規劃,CE 2110的推出所代表的意義是Intel將更專注於消費性電子市場。而Intel下一步規劃將再推出針對IA架構的消費性處理器,屆時透過x86架構的一致性,可方便使用者將機上盒與電腦相互連結,擴增應用便利性。


視訊強者 非DaVinci莫屬

提到TI的視訊平台,最為人所熟知的當然就屬DSP核心的DaVinci平台了。DaVinci是一個可編程SoC單晶片,其處理能力強大,只要搭配適當的軟體,針對各種視訊應用基本上都不成問題。DaVinci處理器採用TI的DSP核心、可擴展的可程式DSP系統單晶片、加速器和週邊,這些最佳化功能可以滿足各種數位視訊終端應用的價格、效能與功能要求。


為了推動數位視訊市場成長,TI認為最好方法就是把數位視訊產品開發所需的視訊處理器、軟體、開發工具與支援融為一體。此套數位視訊開發平台整合所有必要的工具,可協助客戶有效簡化將視訊與網路功能導入最終產品設計的過程。DaVinci技術便是包含處理器、軟體、工具和支援的整合產品,可以協助設計人員開發具備高畫質視訊與多種省電模式的可攜式音訊與視訊應用,包括可攜式多媒體播放器、視訊安全裝置、醫療裝置、資料終端裝置、網路攝影機、車用/飛航娛樂系統和其它如機上盒等數位音訊與視訊應用,而針對行動裝置等低功耗需求的視訊裝置,TI也內建了特殊電源管理功能的系統單晶片以減低系統耗電量。


李松青表示,TI的想法在於所提供的不只是一個晶片,還包括相關的軟體與開發環境,且這樣的軟體與開發環境還能是開放的平台,因此TI的DaVinci平台一系列產品都基於相同的軟體開發平台,因此客戶在相同的軟體開發平台上開發品,從目前的DaVinci平台,到未來更高階的新款DaVinci平台,都不需要針對不同的平台重新開發新的軟體,新的平台可提供更強的處理能力,而相同軟體則可提供更高相容性,在嵌入式的應用中,提供客戶更容易的產品設計,與更快的新產品上市時程。對客戶來說,在硬體上的開發比較沒有太大的困難與變化,反倒是軟體的開發需投入更多心思。


因此TI在軟體上提供開放、相容的軟體平台架構,就不需要在新的晶片上市之後,還需要開發新的軟體來配合。因此以TI的DaVinci平台來說,未來針對高畫質,甚至是更高畫質的產品開發上,都將應用相同的軟體平台,進行簡單的修改,這也將直接反應到上市時程的效益上,特別是在多樣性的消費市場中,提供快速設計便可上市的平台對客戶來說將有最大助益。目前DaVinci平台包括純DSP的低價DM643x、高整合度的DM644x,未來更將針對高階應用推出更高效能的視訊平台。


另外為了讓數位電視解決方案產品陣容更為齊全,TI也推出新的整合式HDTV處理器與開發平台。新款高畫質電視處理器是TI支援ATSC與DVB-T廣播標準解決方案的一部份,採用精密的視訊處理技術及混合訊號系統單晶片設計,可呈現高品質Full HD的1080p畫質。而因應即將來臨的數位電視換機熱潮,TI還推出ATSC至NTSC轉換器開發平台。


而為了擴大高畫質電視開發平台的功能,並同時讓製造商進一步區隔其產品線、提高產品價值,TI還利用DaVinci技術發展出網路數位電視解決方案以及多種網路解決方案。DaVinci技術可支援多格式編碼與轉碼,現已獲得許多領先的網路機上盒供應商採用。透過TI的網路數位電視和DaVinci技術,製造商將能發展高畫質電視,並讓產品具備即時傳送IP內容的功能。


《圖二 Intel消費電子事業部總經理William O. Leszinske》
《圖二 Intel消費電子事業部總經理William O. Leszinske》

Nexperia STB平台突破市場價格底線

NXP則是以價格優勢推出了全新機上盒系統解決方案系列,該系列是專為加快推廣全球市場採用數位地面、有線、衛星和IP電視服務,並提供最佳的影像品質。全新機上盒解決方案系列包括Nexperia STB225、STB220和STB100平台,提供可高度客製化的參考設計及內建軟體應用,並符合最新的產業標準,能幫助設備製造商大幅減少產品開發時間,同時簡化與加快客製化使用者介面的流程。


Nexperia STB225高畫質IP機上盒平台讓OEM廠商能夠以低於70美元的成本為IPTV服務提供多功能且高畫質的觀賞體驗。Nexperia STB220具有數位媒體轉換器(Digital media adapter;DMA)和數位視訊錄製(Digital video recorder;DVR)功能,使製造商能夠分別提供低於100美元和120美元成本(包括硬碟)的機上盒。而入門級的Nexperia STB100適用於開發成本在20美元左右的機上盒,主要針對單頻道數位機上盒「Zapper? Box」及用於免費下載或付費電視的iDTV系統。


NXP正全力推廣電視觀賞體驗的革命,不僅提升畫面品質,還能夠隨時隨地在家中以及在旅行中方便地獲取各種音訊、視訊、資料和影像。電視(包括PC TV和手機電視)很快將成為通向全新內容的窗口,而NXP將以完整的、基於各種產業標準的半導體組件、系統解決方案和連接系統為這些發展提供支援。這些針對主流機上盒、DVR機上盒及高畫質IP機上盒的全新系統平台,將促進在零售及付費電視市場中之數位廣播服務。


降低機上盒的價格是推廣大規模使用IPTV和其他機上盒服務的關鍵因素之一。NXP透過高階機上盒平台的解決方案能夠幫助製造商以相當低的價格向服務供應商即時提供IP機上盒,使IPTV與完全由使用者掌控的多媒體體驗成為現實生活的一部分,並且讓消費者都能夠輕鬆享受不同的視訊體驗。


隨著可供選擇的內容越來越豐富,讓使用者能夠穩定地獲取多媒體內容,並且在價格上足以吸引使用者採用先進的電視服務,現在已經變得非常重要。而NXP便是以低成本的平台系列,打破現有大眾市場上所有產品的價格底線,消除製造商提供最佳電視觀賞體驗的障礙。


《圖三 NXP家庭娛樂事業部數位機上盒中國區經理江振輝》
《圖三 NXP家庭娛樂事業部數位機上盒中國區經理江振輝》

結語

儘管各家廠商對於高解析視訊的發展進程不同,而針對不同功能所推出的產品線與平台在性能與價格上也各異,但可以確定的是,高解析視訊都將是主要的發展方向,因此不管各家廠商推出了哪一款新平台,其最終目標都必須符合高解析應用之下的所有多媒體處理需求。而被消費市場所驅動的高解析視訊應用,隨著廠商不斷推出更低成本與更高效能的視訊平台,將更快融入消費者的生活之中,使高解析成為日常生活的一種必然。


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