在手機(jī)上播放高清視頻的最優(yōu)化設(shè)計(jì)

標(biāo)簽：移動(dòng)高清 視頻播放

試著設(shè)想一款具有高清晰(HD)視頻品質(zhì)的手機(jī)，它能用來(lái)觀看電視節(jié)目、視頻短片或電影，記錄生活中各種瞬間鏡頭，甚至是3D游戲，這是多么令人向往的場(chǎng)景。而無(wú)線市場(chǎng)中正在發(fā)生的戲劇性變化，將使得設(shè)計(jì)師很可能在移動(dòng)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)令人稱奇的高清晰品質(zhì)視頻。

今天的高分辨率移動(dòng)顯示器品質(zhì)有了巨大改良，移動(dòng)內(nèi)容存儲(chǔ)的成本正快速下降、3G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)支持寬頻下載速度、低功率媒體處理性能也獲得顯著提升，所有這些技術(shù)，都正推動(dòng)著下一代復(fù)雜型手機(jī)和便攜式媒體產(chǎn)品功能將品質(zhì)上的躍進(jìn)。移動(dòng)視頻市場(chǎng)要想跨越早期試用階段，設(shè)備制造商必須突破目前技術(shù)的極限，實(shí)現(xiàn)高清晰移動(dòng)多媒體產(chǎn)品。

未來(lái)的手機(jī)將能記錄和播放高清晰視頻，目前的粗粒度、低分辨率照相手機(jī)將成為歷史。而當(dāng)前數(shù)字相機(jī)上的先進(jìn)性能：自動(dòng)曝光補(bǔ)償、光學(xué)校正、影像穩(wěn)定、紅眼消除和人臉檢測(cè)等，都將被應(yīng)用到手機(jī)上，以實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)靜止照片捕捉。3D游戲性能也將與手持視頻播放器相當(dāng)。最終，移動(dòng)設(shè)備將能播放幾乎任何格式的高清晰視頻，并透過(guò)HDMI接口輸出到高清晰電視上。

高清晰消費(fèi)性應(yīng)用是未來(lái)移動(dòng)多媒體的關(guān)鍵組成部份。然而，伴隨這個(gè)顯著改變無(wú)線多媒體前景而來(lái)的，是必須設(shè)計(jì)出能滿足嚴(yán)格性能和功率要求，以便實(shí)現(xiàn)移動(dòng)高清晰裝置艱巨挑戰(zhàn)。為應(yīng)對(duì)這個(gè)挑戰(zhàn)，必須采用低功率多媒體處理技術(shù)。設(shè)計(jì)工程師必須采用新的標(biāo)準(zhǔn)，充分考慮高清晰的可能性和挑戰(zhàn)及相關(guān)處理架構(gòu)。

移動(dòng)高清晰視頻播放

隨著蜂巢式網(wǎng)絡(luò)頻寬的提高和WiFi的普及，越來(lái)越多的消費(fèi)者會(huì)把視頻下載到他們的手機(jī)和移動(dòng)媒體播放器上。網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)是今天最主要的視頻來(lái)源。在2008年1月，僅美國(guó)就有超過(guò)98億個(gè)視頻為線上收看，其中三分之一來(lái)自YouTube網(wǎng)站。其它來(lái)源包括視頻共享站點(diǎn)、音訊視頻站點(diǎn)以及提供線上影集的電視網(wǎng)絡(luò)。

對(duì)于想在手機(jī)上觀看這些視頻的用戶來(lái)說(shuō)，移動(dòng)多媒體處理器必須識(shí)別和支持許多視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。表1列出了目前使用的各種視頻編譯碼器。內(nèi)容兼容性是支持‘任何地方瀏覽任何內(nèi)容’這個(gè)理想目標(biāo)的關(guān)鍵。為了推廣移動(dòng)視頻的普及度，用戶不必知道其設(shè)備支持何種格式或分辨率。用戶也許無(wú)法在手機(jī)上以full HD觀看高清晰編碼視頻，但他們希望能用手機(jī)播放，并送到電視上觀看高清晰內(nèi)容。

如表1所示，許多應(yīng)用都有向H.264視頻標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)，因?yàn)镠.264具有很高的編譯碼效率。H.264針對(duì)從低分辨率視頻會(huì)議到HDTV等各種類型應(yīng)用都具有不同類別。為了最大化兼容性，移動(dòng)設(shè)備應(yīng)支持H.264基線類別，以及運(yùn)算能力更強(qiáng)的主要類別和高端類別，后者使用更高效率的CABAC(內(nèi)容自適應(yīng)二進(jìn)制運(yùn)算編碼)無(wú)損壓縮技術(shù)。H.264高端類別在指定位率下可以提供更高的品質(zhì)，是高清晰藍(lán)光光盤(pán)首選的視頻編譯碼標(biāo)準(zhǔn)。

雖然H.264已經(jīng)成為當(dāng)前視頻編譯碼標(biāo)準(zhǔn)主流，但隨著技術(shù)不斷發(fā)展，成功的移動(dòng)多媒體架構(gòu)還需要支持未來(lái)的媒體標(biāo)準(zhǔn)。透過(guò)采用一定程度的軟件可編程特性，成功的移動(dòng)多媒體架構(gòu)將支持新特性和新應(yīng)用的快速整合，并支持未來(lái)不斷演變的新款音視頻編譯碼器。

手機(jī)或移動(dòng)媒體設(shè)備的電池壽命是設(shè)計(jì)視頻播放功能的重要考慮因素。要從很小的文件中譯碼出高品質(zhì)的圖片，通常需要很強(qiáng)的處理能力。移動(dòng)設(shè)備想支持幾個(gè)小時(shí)的視頻播放，同時(shí)保留足夠的電池使用時(shí)間，移動(dòng)多媒體處理器的視頻譯碼功率必須小于200mW，其中包括繪圖內(nèi)存在內(nèi)。具備高功效并譯碼720p高清晰視頻僅需160mW的裝置，在使用典型900mAH手機(jī)電池時(shí)可播放6小時(shí)視頻。

考慮到移動(dòng)視頻播放的各種使用情況，用戶很可能希望同時(shí)在手機(jī)和電視機(jī)上觀看視頻。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，多媒體處理器必須包含強(qiáng)大的縮放引擎，這種引擎能夠在尺寸完全不同的顯示器上同時(shí)縮放和顯示影像。為支持在模擬電視和HDTV上同時(shí)進(jìn)行視頻播放，處理器應(yīng)采用芯片上模擬電路來(lái)支持復(fù)合、S視頻或HDMI接口。

表1：主流的視頻播放器和相關(guān)編譯碼器。

移動(dòng)高清晰相機(jī)

除了譯碼高清晰視頻以便用戶能在手機(jī)上播放這些視頻外，未來(lái)的無(wú)線技術(shù)將能幫助用戶在移動(dòng)設(shè)備上錄制高品質(zhì)高清晰視頻。雖然目前有些手機(jī)已經(jīng)支持視頻錄制，但均采用低分辨率的QVGA格式，只能產(chǎn)生粗粒度、低品質(zhì)視頻。雖然在手機(jī)上播放高清晰視頻是移動(dòng)媒體領(lǐng)域中的重大進(jìn)展，但使用移動(dòng)設(shè)備記錄品質(zhì)遠(yuǎn)超過(guò)QVGA的高清晰視頻，則代表著此一產(chǎn)業(yè)的更大進(jìn)步。

在考慮用移動(dòng)設(shè)備記錄高品質(zhì)視頻的要求時(shí)，非常令人驚訝的是，圖像傳感器不是主要因素。相反，高效的視頻編碼和影像訊號(hào)處理(ISP)是最重要的因素。在移動(dòng)設(shè)備上編碼視頻所需的處理功率要比譯碼相同視頻大得多。

100萬(wàn)畫(huà)素圖像傳感器很容易擷取高清晰720p影像(1,280x720畫(huà)素)產(chǎn)生的921,600個(gè)畫(huà)素，因此主要挑戰(zhàn)不在于傳感器。困難來(lái)自于這個(gè)事實(shí)：這些100萬(wàn)畫(huà)素的訊框必須以每秒30個(gè)的速度記錄，相當(dāng)于每秒264Mb/s的原始資料串流。另外，為包含產(chǎn)生高品質(zhì)高清晰視頻所需的影像校正、防震、自動(dòng)對(duì)焦、去噪聲和曝光控制等先進(jìn)功能，ISP管線必須快速實(shí)時(shí)處理這些資料。采用正確的視頻編碼和ISP架構(gòu)，使用H.264高端類壓縮，720p視頻可以從每秒龐大的264Mb/s壓縮到每秒可管理的2到5Mb/s，相當(dāng)于記錄一小時(shí)的視頻內(nèi)容只需2GB。

隨著閃存容量的迅速提高以及價(jià)格迅速下降，未來(lái)移動(dòng)多媒體設(shè)備可望包含4到16GB內(nèi)存，甚至更多。從內(nèi)存角度看支持長(zhǎng)時(shí)間高清晰視頻記錄沒(méi)有什么問(wèn)題，只要高清晰編碼具有足夠高的功效。

僅僅實(shí)現(xiàn)龐大的移動(dòng)視頻資料的管理和壓縮是不夠的，還必須以足夠低的功率來(lái)完成，以便使手機(jī)電池有足夠的使用時(shí)間。采用H.264高端類別的視頻編碼具有針對(duì)功率最佳化的多媒體架構(gòu)，可勝任這項(xiàng)工作。高品質(zhì)高清晰記錄(包括繪圖內(nèi)存在內(nèi))的處理功率小于450mW時(shí)，在使用標(biāo)準(zhǔn)配備電池的手機(jī)上記錄音視頻的時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)。在滿足這種處理器功率規(guī)格的條件下，用戶可在手機(jī)上記錄長(zhǎng)達(dá)3小時(shí)的高清晰視頻。手機(jī)提供高清晰品質(zhì)的攝影功能將大幅提升用戶產(chǎn)生的內(nèi)容等級(jí)，有助于推進(jìn)移動(dòng)多媒體應(yīng)用的廣泛采納，進(jìn)一步擴(kuò)大基于web的視頻共享應(yīng)用范圍。