NVIDIA高清晰視頻處理器在HDTV中的應(yīng)用

高清晰數(shù)字電視技術(shù)給人們帶來了全新的視聽境界，但是高清晰數(shù)字電視昂貴的價格卻讓人望而卻步。如何在現(xiàn)有的模擬電視和計算機監(jiān)視器上實現(xiàn)高清晰電視接收呢？本文將介紹一種高清晰數(shù)字視頻處理器NVIDIA GeForce2 GTS在高清晰數(shù)字電視中的應(yīng)用，并分析這種技術(shù)如何在模擬電視和計算機上實現(xiàn)廉價的高清晰數(shù)字電視接收方案。

高清晰度電視(HDTV)采用一種高分辨率數(shù)字電視格式，它能實現(xiàn)寬高比為16:9的畫面和杜比數(shù)字音響效果，能接收所有可能的18種數(shù)字電視廣播制式，并能產(chǎn)生1080×720像素的畫面分辨率(逐行掃描和隔行掃描)，同時閃爍程度降低。

如何實現(xiàn)低成本的數(shù)字電視接收正是GeForce2 GTS致力解決的問題。在美國，目前顯示器尺寸為17至24英寸的計算機用戶超過三千萬，此類用戶無需購買價格昂貴的HDTV裝置即可在其計算機上欣賞HDTV節(jié)目，僅需要將一個低成本的DTV調(diào)諧器和用NVIDIA高清晰視頻處理器進行硬件加速的HDTV處理器一起使用即可。此外，采用了NVIDIA高清晰度視頻處理器技術(shù)的制式轉(zhuǎn)換器能將1080i和720p的HDTV內(nèi)容轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視(SDTV)，這樣任何模擬電視機都能播放HDTV節(jié)目了。

HDTV視頻格式基于MPEG2視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，分辨率為1920×1080或1280×720，而SDTV分辨率為720×480。此編碼標(biāo)準(zhǔn)中，運動向量用來表示像素點從一個連續(xù)視頻幀到下一幀的運動。通過存儲像素塊的運動而不是像素本身，MPEG2實現(xiàn)了大比例壓縮。從圖像集成角度看，運動補償是指將運動變量信息(即軟件解碼器中輸出的反離散余弦變換數(shù)據(jù))和運動信息(運動向量)解碼成視頻幀的過程。MPEG2解碼過程中的絕大多數(shù)CPU處理即是處理這種運動補償過程。

NVIDIA GeForce2 GTS中優(yōu)化的運動補償(MC)引擎，能滿足HDTV分辨率和帶寬的要求。3D管線也加入了圖像處理單元的運動補償處理，這意味著GeForce2 GTS大的像素填充率性能允許HDTV畫面隨意縮放，而不影響畫面質(zhì)量。 NVIDIA對反離散余弦變換(IDCT)的性能進行了全面分析，認(rèn)為在產(chǎn)品中僅僅集成進IDCT是沒有意義的。若要保證反離散余弦的高效性，硬件也必須進行少量編碼。在進行反離散余弦變換之前，數(shù)據(jù)格式為12位整型。如果每個像素塊的數(shù)據(jù)都送到芯片內(nèi)進行軟件解碼，其性能會大打折扣，將低于對8位像素差值數(shù)據(jù)解碼的性能(這是實現(xiàn)運動補償所要求的性能)。

總之，同獨立但優(yōu)化的位移補償實現(xiàn)方法相比，反離散余弦變換還必須增加一些重要的硬件電路才能達到同等效率。但是這種新增硬件會比較復(fù)雜，所以最好是集成進一個完整的MPEG2管線，而不是僅僅增加一個硬件電路。

NVIDIA的高清晰度視頻處理器中的高性能濾波器有五個水平和三個垂直抽頭，使GeForce2 GTS能將1080i和720p畫面降格為480p(SDTV下的分辨率)畫面，從而使得HDTV節(jié)目能在任何標(biāo)準(zhǔn)模擬電視上播放。具體的性能參數(shù)請參照最近的MadOnion 視頻2000基準(zhǔn)。那些希望看到HDTV節(jié)目但又沒有購買價格不菲的HDTV設(shè)備的用戶就需配備GeForce2 GTS這種縮放引擎。

如要在逐行掃描顯示器上顯示隔行掃描內(nèi)容，必須將60場/秒轉(zhuǎn)換為30幀/秒逐行掃描內(nèi)容。去隔行掃描最通用的方法有兩種，其中一種方法是指將兩個相鄰的場結(jié)合起來生成一個幀，對靜態(tài)圖像而言，這種方法效果相當(dāng)好，但是對于運動圖像會產(chǎn)生令人討厭的羽毛狀(梳狀)干擾；另外一種方法是在垂直方向上對每場放大，對偶數(shù)場調(diào)整一條掃描線的位置，然后連續(xù)顯示。該方法能有效處理運動圖像，但是會造成畫面分辨率的損失從而產(chǎn)生閃爍干擾。播送圖像頂部的文字和靜止圖像時常就是這種干擾。

采用NVIDIA高清晰視頻處理器可以用后置管線生成兩個附加濾波器—去隔行掃描濾器和暫態(tài)濾波器，用來處理諸如制式為1080i的隔行掃描圖像。暫態(tài)濾波器對當(dāng)前幀和前一幀進行混合調(diào)配，大大降低了后一種去隔行掃描導(dǎo)致的閃爍和抖動干擾。去隔行掃描濾波器也支持類似的處理過程，它將一個場與它相對的另一個場混合處理，進一步降低了隔行掃描產(chǎn)生的干擾。解碼器可根據(jù)運動向量在這兩個濾波器之間進行智能切換，以在顯示器上實現(xiàn)最佳的1080i圖像顯示。

NVIDIA高清晰度視頻處理器有專用的基于硬件的色彩增強功能以去除視頻重疊效應(yīng)。這些彩色屬性包括亮度、對比度、色度和飽和度。NVIDIA的這些色彩增強功能提供了圖像調(diào)整的靈活性，但又不影響整個系統(tǒng)。

NVIDIA的高清晰視頻處理器還能在數(shù)字錄像機中實現(xiàn)高清晰節(jié)目的時移播放(timeshifting playback，即可以實現(xiàn)暫停、快進、快退功能)。在市場上已經(jīng)有采用NVIDIA的高清晰視頻處理技術(shù)的數(shù)字錄像機，這種錄像機不僅能實現(xiàn)模擬和MPEG2標(biāo)準(zhǔn)清晰度(720×480，某些情況下為720×240)節(jié)目的時移播放，而且也能實現(xiàn)高清晰節(jié)目的時移播放。

本文小結(jié)

在美國，超過半數(shù)的電視臺能提供高清晰電視業(yè)務(wù)，所以高清晰電視播放正在成為最引人注目的視頻應(yīng)用之一。利用一個集成有NVIDIA高清晰度視頻處理器的簡單、低成本數(shù)字接收卡，就能使主流的高性能處理器支持所有的18種ATSC制式(表1)。

GeForce2 GTS是第一個采用NVIDIA高清晰度視頻處理器技術(shù)的圖像處理單元，NVIDIA的高清晰視頻處理器技術(shù)將使HDTV和高清晰數(shù)字VCR應(yīng)用廣為普及。欲了解更多信息，請查閱：www.nvidia.com。