中心議題：

• 轉碼技術的選擇
• 使轉碼器與應用相匹配
• 平台考慮事項
• 設置性能標準 (Bar)

音視頻轉碼曾被視為一種直接的、傳統的處理過程

，可將編碼源視頻解碼
，生成與原始未壓縮內容相比並不完美的版本，然後將其重新編碼為傳輸或觀看所要求的格式。

隨(sui)著(zhe)視(shi)頻(pin)壓(ya)縮(suo)算(suan)法(fa)種(zhong)類(lei)的(de)日(ri)益(yi)豐(feng)富(fu)
，且(qie)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)的(de)低(di)成(cheng)本(ben)消(xiao)費(fei)類(lei)係(xi)統(tong)也(ye)都(dou)開(kai)始(shi)支(zhi)持(chi)視(shi)頻(pin)功(gong)能(neng)
，工(gong)程(cheng)師(shi)肩(jian)負(fu)著(zhe)設(she)計(ji)出(chu)同(tong)時(shi)具(ju)備(bei)低(di)成(cheng)本(ben)與(yu)良(liang)好(hao)視(shi)頻(pin)性(xing)能(neng)的(de)係(xi)統(tong)的(de)重(zhong)擔(dan)
，因(yin)此(ci)必(bi)須(xu)認(ren)真(zhen)審(shen)視(shi)上(shang)述(shu)這(zhe)種(zhong)簡(jian)單(dan)模(mo)式(shi)匹(pi)配(pei)算(suan)法(fa)(brute force approach)。盡管這種方法能產生高質量視頻效果
，但由於視頻偽像被當作有效數據包含在編碼中
，視頻質量會隨著每個編碼／解碼循環操作而遞減。此外

，該算法還存在如下其它缺點：

對處理器要求高：在zai算suan法fa效xiao率lv不bu斷duan提ti高gao的de同tong時shi，其qi複fu雜za性xing也ye越yue來lai越yue高gao，需xu要yao更geng高gao的de處chu理li能neng力li，尤you其qi是shi在zai需xu要yao實shi時shi轉zhuan換huan的de情qing況kuang下xia。即ji使shi轉zhuan碼ma技ji術shu所suo用yong的de芯xin片pian能neng支zhi持chiBF算法，那麼計算強度較低的轉碼技術也能采用同一芯片來支持更多的通道
，並降低整體係統成本。

對存儲器資源要求高：解碼／編bian碼ma操cao作zuo通tong常chang需xu要yao將jiang被bei解jie碼ma的de數shu據ju存cun儲chu在zai存cun儲chu器qi中zhong，而er額e外wai的de存cun儲chu器qi則ze會hui增zeng加jia係xi統tong的de材cai料liao清qing單dan成cheng本ben。尤you其qi對dui那na些xie價jia格ge敏min感gan型xing消xiao費fei類lei產chan品pin而er言yan，這zhe將jiang關guan係xi到dao產chan品pin在zai市shi場chang中zhong的de成cheng敗bai。

移yi動dong設she備bei上shang的de視shi頻pin回hui放fang功gong能neng就jiu是shi一yi個ge需xu要yao減jian少shao處chu理li器qi負fu載zai以yi及ji節jie約yue存cun儲chu器qi資zi源yuan的de很hen好hao的de應ying用yong實shi例li。盡jin管guan手shou機ji本ben身shen不bu進jin行xing轉zhuan碼ma工gong作zuo
，而er是shi在zai視shi頻pin點dian播bo (VoD) 服務器或視頻網關上進行轉碼，但移動電視／移動視頻電話除了受 VoD 服務器和視頻網關本身限製外仍然還受其它五點限製，具體包括如下：

網絡帶寬
移動電話的處理能力
顯示屏分辨率
存儲器容量

移動電話的能耗，人們往往不把這一因素視為視頻回放所要考慮的內容。

盡管移動視頻設備的處理能力一代比一代強大，但目前一般移動視頻設備的處理器速度介於 300～600 MHz 之間，存儲器容量約為 64 MB。甚至粗略評估顯示並非所有適用於大屏幕顯示的高清 (HD) 或標清 (SD) 視頻編碼的信息在移動設備上播放時都必須進行處理
，但用手持設備捕獲的 HD 或 SD 視頻則全都需要處理

，這樣才能被網絡服務器上的終端設備播放。

表 1 給出了不同視頻編碼參數對解碼設備所需資源選擇的大致影響。該表專門對采用運動補償與離散餘弦變換 (DCT) 技術實現視頻壓縮的基於塊的視頻編解碼器進行了分析。

對上述關鍵參數稍加修改，就會產生迥異的結果。降低細節解析度（可在編碼進程中通過提高量化因數來實現）可將視頻解碼的能耗降低 75% ～ 85%，但視頻質量僅下降 5% ～ 13%。

轉碼技術的選擇

guoqujinianlai，yejiezhenduizhuanmagongzuotichulejizhongbutongdefangfa，ketigaochuliyucunchuqiziyuandeshiyongxiaolv。zhishaozaiyidingchengdushang，daduoshuzhezhongfangandoujianlizaizheyangyizhongrenshijichuzhishang，jiwomennengtongguogengxianjindejishuduichushibianmaguochengzhongchuangjiandeliangzihuahepinlvyuxinxijinxingxiugai
，genghaodijiayiliyong
，bingqiqizhongwuyongdedongxi，erbubijiandandiduiyuanshishipinneirongjinxingzhonggou。

換言之，就是說既可摒棄某些信息，也可在來源與目標之間轉換頻率域信息，而無需進入像素域進行解碼。
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具(ju)體(ti)而(er)言(yan)
，傳(chuan)統(tong)方(fang)案(an)的(de)最(zui)重(zhong)要(yao)優(you)勢(shi)在(zai)於(yu)，其(qi)交(jiao)付(fu)的(de)視(shi)頻(pin)與(yu)原(yuan)始(shi)視(shi)頻(pin)內(nei)容(rong)相(xiang)比(bi)具(ju)有(you)極(ji)高(gao)的(de)保(bao)真(zhen)度(du)。因(yin)此(ci)
，如(ru)果(guo)采(cai)用(yong)其(qi)他(ta)的(de)轉(zhuan)碼(ma)技(ji)術(shu)，那(na)麼(me)就(jiu)需(xu)要(yao)在(zai)保(bao)證(zheng)盡(jin)可(ke)能(neng)高(gao)的(de)視(shi)頻(pin)質(zhi)量(liang)的(de)同(tong)時(shi)，還(hai)要(yao)降(jiang)低(di)對(dui)係(xi)統(tong)處(chu)理(li)功(gong)能(neng)和(he)存(cun)儲(chu)器(qi)資(zi)源(yuan)的(de)要(yao)求(qiu)。隻(zhi)有(you)讓(rang)轉(zhuan)碼(ma)技(ji)術(shu)與(yu)特(te)定(ding)的(de)應(ying)用(yong)相(xiang)匹(pi)配(pei)，才(cai)能(neng)最(zui)佳(jia)地(di)實(shi)現(xian)上(shang)述(shu)目(mu)標(biao)。

通常說來，轉碼可采用三種通用方案或架構，以下給出每種方案的簡單定義及其比較評定：

傳統的轉碼方法稱為去耦轉碼。除了可確保最佳視頻質量之外
，這種方法在源至目標視頻的格式
、分辨率及比特率方麵也具有最大的靈活性。

鬆弛耦合轉碼器：這(zhe)種(zhong)轉(zhuan)碼(ma)技(ji)術(shu)大(da)多(duo)數(shu)采(cai)用(yong)解(jie)碼(ma)的(de)輸(shu)入(ru)視(shi)頻(pin)中(zhong)的(de)運(yun)動(dong)矢(shi)量(liang)和(he)其(qi)他(ta)附(fu)屬(shu)信(xin)息(xi)進(jin)行(xing)編(bian)碼(ma)。再(zai)編(bian)碼(ma)過(guo)程(cheng)可(ke)對(dui)運(yun)動(dong)矢(shi)量(liang)進(jin)行(xing)微(wei)調(tiao)，或(huo)根(gen)據(ju)編(bian)碼(ma)要(yao)求(qiu)進(jin)行(xing)更(geng)高(gao)效(xiao)的(de)運(yun)動(dong)矢(shi)量(liang)計(ji)算(suan)。該(gai)方(fang)法(fa)消(xiao)除(chu)了(le)去(qu)耦(ou)轉(zhuan)碼(ma)器(qi)所(suo)麵(mian)臨(lin)的(de)複(fu)雜(za)計(ji)算(suan)問(wen)題(ti)
，同(tong)時(shi)還(hai)能(neng)實(shi)現(xian)幾(ji)乎(hu)相(xiang)同(tong)的(de)視(shi)頻(pin)質(zhi)量(liang)。

緊密耦合轉碼：再(zai)編(bian)碼(ma)通(tong)過(guo)采(cai)用(yong)運(yun)動(dong)矢(shi)量(liang)實(shi)現(xian)
，並(bing)且(qie)無(wu)需(xu)進(jin)入(ru)像(xiang)素(su)域(yu)對(dui)運(yun)動(dong)矢(shi)量(liang)信(xin)息(xi)進(jin)行(xing)再(zai)計(ji)算(suan)。轉(zhuan)碼(ma)工(gong)作(zuo)也(ye)可(ke)在(zai)轉(zhuan)換(huan)域(yu)中(zhong)進(jin)行(xing)。這(zhe)裏(li)需(xu)要(yao)重(zhong)點(dian)考(kao)慮(lv)的(de)問(wen)題(ti)是(shi)
，由(you)於(yu)這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)根(gen)本(ben)不(bu)進(jin)行(xing)運(yun)動(dong)再(zai)估(gu)計(ji)
，因(yin)此(ci)不(bu)能(neng)更(geng)改(gai)分(fen)辨(bian)率(lv)。這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)最(zui)大(da)程(cheng)度(du)地(di)地(di)降(jiang)低(di)了(le)對(dui)存(cun)儲(chu)器(qi)和(he)處(chu)理(li)器(qi)的(de)要(yao)求(qiu)
，但(dan)代(dai)價(jia)是(shi)降(jiang)低(di)了(le)畫(hua)質(zhi)。緊(jin)密(mi)耦(ou)合(he)轉(zhuan)碼(ma)算(suan)法(fa)難(nan)以(yi)製(zhi)定(ding)，但(dan)可(ke)根(gen)據(ju)具(ju)體(ti)要(yao)求(qiu)進(jin)行(xing)開(kai)發(fa)。

碼率轉換器 (Transrator)：在zai轉zhuan換huan域yu對dui位wei流liu進jin行xing部bu分fen解jie碼ma，並bing用yong網wang絡luo可ke支zhi持chi的de所suo需xu比bi特te率lv對dui位wei流liu進jin行xing再zai編bian碼ma。視shi頻pin格ge式shi在zai轉zhuan碼ma流liu過guo程cheng中zhong不bu發fa生sheng變bian化hua
，無wu需xu逆ni變bian換huan，且qie在zai頻pin率lv域yu進jin行xing再zai量liang化hua。通tong常chang采cai用yong這zhe種zhong方fang法fa來lai解jie決jue具ju體ti的de問wen題ti。例li如ru
，線纜頭端的通道容量在線纜廠已衰減
，但又需要確保向終端設備傳輸的視頻質量和分辨率基本不變。

使轉碼器與應用相匹配

在諸如機頂盒
、視頻會議、IPTV以及一些 VoD 等對畫質要求較高的應用中，通常采用去耦和鬆弛耦合轉碼技術。決定采用何種轉碼技術需要評估特定應用的預期表現與存儲器帶寬。

緊(jin)密(mi)耦(ou)合(he)轉(zhuan)碼(ma)最(zui)適(shi)合(he)存(cun)儲(chu)器(qi)有(you)限(xian)或(huo)者(zhe)不(bu)需(xu)要(yao)高(gao)畫(hua)質(zhi)的(de)係(xi)統(tong)。移(yi)動(dong)電(dian)話(hua)的(de)端(duan)對(dui)端(duan)視(shi)頻(pin)電(dian)話(hua)應(ying)用(yong)就(jiu)是(shi)一(yi)個(ge)很(hen)好(hao)的(de)例(li)子(zi)，因(yin)為(wei)視(shi)頻(pin)隻(zhi)需(xu)顯(xian)示(shi)在(zai)小(xiao)屏(ping)幕(mu)上(shang)
，而(er)且(qie)分(fen)辨(bian)率(lv)相(xiang)對(dui)較(jiao)低(di)。我(wo)們(men)無(wu)需(xu)通(tong)過(guo)整(zheng)個(ge)網(wang)絡(luo)傳(chuan)輸(shu)高(gao)保(bao)真(zhen)視(shi)頻(pin)。此(ci)外(wai)，對(dui)大(da)量(liang)生(sheng)產(chan)的(de)設(she)備(bei)

，尤(you)其(qi)是(shi)移(yi)動(dong)電(dian)話(hua)而(er)言(yan)
，合(he)計(ji)還(hai)能(neng)節(jie)約(yue)大(da)量(liang)處(chu)理(li)功(gong)耗(hao)
、存儲器容量及物料清單成本。
如前所述，碼率轉換器 (Transrator) 通常適用於有線電視、IPTV 及ji視shi頻pin電dian話hua應ying用yong中zhong的de某mou些xie特te殊shu情qing況kuang，並bing根gen據ju可ke用yong的de係xi統tong帶dai寬kuan來lai匹pi配pei傳chuan輸shu數shu據ju速su率lv。可ke以yi轉zhuan換huan音yin頻pin和he視shi頻pin的de碼ma率lv
，而er且qie幾ji乎hu感gan覺jiao不bu到dao品pin質zhi的de下xia降jiang。

平台考慮事項

長(chang)期(qi)以(yi)來(lai)

，設(she)計(ji)工(gong)程(cheng)師(shi)一(yi)直(zhi)都(dou)非(fei)常(chang)清(qing)楚(chu)地(di)認(ren)識(shi)到(dao)，針(zhen)對(dui)每(mei)個(ge)產(chan)品(pin)需(xu)求(qiu)分(fen)別(bie)進(jin)行(xing)設(she)計(ji)，效(xiao)率(lv)遠(yuan)不(bu)如(ru)在(zai)初(chu)期(qi)就(jiu)設(she)計(ji)一(yi)個(ge)統(tong)一(yi)靈(ling)活(huo)的(de)平(ping)台(tai)來(lai)滿(man)足(zu)各(ge)種(zhong)不(bu)同(tong)的(de)需(xu)求(qiu)。機(ji)頂(ding)盒(he) (STB) 就是一個很好的例子
，這種產品存在眾多型號要求。在估算處理性能及其他平台參數方麵，轉碼發揮著重要的作用。

由於對 STB 而言最重要的就是實現高質量視頻
，因此我們隻能將鬆弛耦合轉碼作為主要方法。

STB設計能否成功進入市場不僅取決於設計初期選擇什麼樣的平台，而且也取決於隨後設計方案的逐步實施。STB 的價位各不相同並在全球各地銷售。與采用標準化格式的視頻會議係統截然不同，STB 必須滿足各種不同視頻格式的需要。

STB 設計人員需要考慮以下一些更高級的設計決策：

STB 應同時處理多少個頻道（如主視頻和畫中畫）以及室內每個房間中的多少台電視？

需要采用哪些產品差異化功能來贏得市場優勢（例如畫中畫、專有圖像、藍光光盤刻錄
、視頻通信
、連接至 IP 網絡、有線電視網絡等）？
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市場部給出的初步價格點是多少



？

與yu大da多duo數shu設she計ji的de典dian型xing情qing況kuang一yi樣yang，上shang述shu這zhe三san項xiang標biao準zhun彼bi此ci密mi切qie相xiang關guan，因yin而er是shi平ping台tai創chuang建jian的de重zhong要yao因yin素su
，所suo有you產chan品pin變bian體ti在zai此ci基ji礎chu上shang演yan變bian產chan生sheng。這zhe意yi味wei著zhe，不bu僅jin應ying讓rang靈ling活huo的de處chu理li器qi與yu可ke滿man足zu各ge種zhong設she計ji的de兼jian容rong性xing開kai發fa軟ruan件jian相xiang配pei合he，而er且qie還hai應ying提ti供gong廣guang泛fan的de固gu件jian庫ku、算法和支持。

設置性能標準 (Bar)

對於 STB 平台的高端性能而言
，應支持 HDTV 1080p 標準。STB 必須能夠支持這種高級別的吞吐量，並實時調整顯示輸出。

此外，必須支持各種內容源和數字顯示格式。低端有CIF 格式及其分支，如 QCIF 格式等，可應用於視頻流中並為 DTV 上的拆分屏幕應用提供基礎支持。

根據是否需要在家庭計算機網絡中集成 STB

，我們還要考慮到計算機顯示屏輸出問題，其中包括是否需要支持娛樂係統常用的各種 HD 格式等。源內容分辨率和目標顯示分辨率之間的格式轉換需要支持各種格式
，如將 HD 視頻轉換為低分辨率顯示，以及將低分辨率視頻內容轉換為 HD 視頻。

眾所周知，HD 對帶寬有著很高的要求，這就意味著我們應當支持各種壓縮算法

，其中包括 H.264/MPEG-4 part 10/AVC 以及 WMV9/VC-1 等高級編解碼算法。通常需要將常規的 MPEG-2 傳輸流轉碼為高級編解碼。

向更高級編解碼升級是一個漸進性過程
，因此同樣也必須確保與 MPEG-2 的(de)後(hou)向(xiang)兼(jian)容(rong)性(xing)。視(shi)頻(pin)占(zhan)用(yong)了(le)大(da)部(bu)分(fen)處(chu)理(li)功(gong)能(neng)
，同(tong)時(shi)音(yin)頻(pin)流(liu)也(ye)需(xu)要(yao)編(bian)解(jie)成(cheng)不(bu)同(tong)格(ge)式(shi)。這(zhe)也(ye)是(shi)麵(mian)向(xiang)未(wei)來(lai)設(she)計(ji)的(de)一(yi)個(ge)典(dian)型(xing)實(shi)例(li)，這(zhe)樣(yang)可(ke)盡(jin)可(ke)能(neng)地(di)滿(man)足(zu)新(xin)型(xing)編(bian)解(jie)碼(ma)器(qi)的(de)要(yao)求(qiu)。杜(du)比(bi)數(shu)字(zi) （Dolby digital）與 AAC 立li體ti聲sheng是shi廣guang播bo市shi場chang的de典dian型xing音yin頻pin要yao求qiu，用yong於yu其qi他ta傳chuan統tong音yin頻pin格ge式shi的de音yin頻pin轉zhuan碼ma。從cong硬ying件jian角jiao度du來lai說shuo，不bu僅jin應ying支zhi持chi可ke編bian程cheng性xing，同tong時shi還hai要yao支zhi持chi多duo處chu理li器qi
，如ru果guo在zai SoC 上實施轉碼，則還要支持處理器內核。
最後
，在家庭網絡中
，轉碼不僅要改變內容的比特率和格式，同時還要轉換電視產業（各種形式的條件接入）和 PC 領域（數字權限管理 (DRM)）間不同的所有權保護機製。

轉碼硬件必須與整個 STB 係統中的其他係統進行良好交互，其中包括數字調諧器、解多路複用器 (Demuxer) 和解調器

、DDR2 存儲器
、PCI 總線，以及向 STB SoC 傳輸音／視頻的高帶寬接口。圖 2 給出了常見的架構示意圖，但這不一定是一般性架構。

能處理雙通道編碼和解碼或單通道轉碼的 STB 視頻片上係統 (SoC) 在處理音頻與視頻的解碼、編碼以及轉碼時應最少需要四個協處理器內核，分別是：處理 SoC 控製操作的 GPP 內核、處理音頻轉碼操作的 DSP/GPP 內核，以及可針對視頻處理支持兩個協處理內核的 DSP 內核（各支持一個通道）。DSP 和視頻／影像協處理器協同工作時
，協處理器的基本功能就是執行 H.264
、MPEG-2 及 MPEG-4 等編解碼算法。傳輸進來的數據流是經多路複用的音頻和視頻，由處理音頻解碼的 GPP 進行解多路複用。
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除了處理與係統控製功能之外，還需要添加通常分為連接外設、串行接口和程序／數據存儲等相關外設。外設通過交換架構 (Switch fabric)和橋接器（兩者稱作資源交換中心 (SCR)，即可在主係統外設和從係統外設之間提供低時延連接的互連係統）連接到處理器模塊。SCR 是解碼、路由以及判優邏輯


，支持與其相連的多個主從係統之間的連接。

德州儀器 (TI) 基於達芬奇 (DaVinci™) 技術的數字媒體處理器可實施這種架構。該架構的簡化版如圖 3所示。

我們在上文對 STB 的分析中假定

，STB 采cai用yong的de是shi鬆song弛chi耦ou合he轉zhuan碼ma技ji術shu
，這zhe是shi最zui可ke能neng的de情qing況kuang。不bu過guo也ye應ying當dang指zhi出chu，支zhi持chi鬆song弛chi耦ou合he轉zhuan碼ma技ji術shu的de硬ying件jian也ye可ke能neng支zhi持chi其qi他ta三san種zhong轉zhuan碼ma技ji術shu。為wei了le滿man足zu多duo房fang間jian觀guan看kan電dian視shi和he多duo頻pin道dao欣xin賞shang的de要yao求qiu，可ke通tong過guo DDR2 和 PCI 連接多個 DM6467 數字媒體處理器
，以在不同設備間交換數據，並確保架構的可擴展性。例如，如果應用需要將攝像機上的 SD 或 HD 個人視頻通過 STB 硬盤驅動器傳輸到手機上

，那麼通過精巧的工程設計 (Clever engineering) 方案就可使用另一個解碼方法將基於達芬奇技術的 DM6467 等處理器壓縮到服務中。