主頁(yè)（http://www.130131.com）：H.264視頻編解碼技術(shù)探討(2) ·高穩(wěn)定性：在視頻監(jiān)控行業(yè)，產(chǎn)品高穩(wěn)定性始終都是不過(guò)分的基本要求; ·可編程性：只有具有良好的可編程性，視頻編碼器才能夠及時(shí)根據(jù)應(yīng)用需求的改變以極小的代價(jià)迅速做出相應(yīng)的調(diào)整; ·靈活性：未來(lái)對(duì)編碼器的評(píng)估將會(huì)越來(lái)越著眼于系統(tǒng)層面，編碼器能否靈活支持不同應(yīng)用的系統(tǒng)架構(gòu)會(huì)成為選擇系統(tǒng)產(chǎn)品平臺(tái)時(shí)的一個(gè)重要考量。比如在系統(tǒng)架構(gòu)上需要做多大的改變才能使一個(gè)方案從支持一路視頻升級(jí)為支持四路視頻。 實(shí)現(xiàn)H.264編解碼方案平臺(tái) 目前業(yè)界主要提供有三類實(shí)現(xiàn)方案平臺(tái)。 基于DSP方案 目前的視頻監(jiān)控行業(yè)，基于DSP的H.264編碼器解決方案占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的市場(chǎng)份額，這是由DSP方案開發(fā)周期相對(duì)較短的特性決定的。在ASIC或FPGA方案仍處于研發(fā)階段時(shí)，DSP方案已捷足先登，并較好地解決了視頻監(jiān)控行業(yè)中H.264編碼器方案從無(wú)到有的過(guò)程，為H.264在監(jiān)控應(yīng)用中走向成熟立下了汗馬功勞。但是由于DSP運(yùn)算能力本身的制約，考慮到H.264標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)的高復(fù)雜度，要達(dá)到未來(lái)對(duì)編碼器高性價(jià)比的要求，DSP方案會(huì)非常困難。同時(shí)，雖然DSP方案具有非常好的可編程性能，但由于其硬件接口和架構(gòu)均已固定，很難滿足產(chǎn)品架構(gòu)靈活性的要求，也相對(duì)增加了靈活提供對(duì)多通道編碼支持的實(shí)現(xiàn)難度。 基于ASIC方案 在目前階段基于ASIC的H.264編碼成熟方案在監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用還相對(duì)較少，這和芯片設(shè)計(jì)研發(fā)周期較長(zhǎng)，成本較高的特點(diǎn)緊密相關(guān)。ASIC方案的最大優(yōu)勢(shì)就是一旦量產(chǎn)后，成本和其他方案相比將非常低廉，同時(shí)由于是硬件編碼實(shí)現(xiàn)，通�？梢暂^容易滿足行業(yè)對(duì)高編碼性能的要求。同時(shí)一款成熟的ASIC芯片和DSP實(shí)現(xiàn)方案相比通常具有更高的穩(wěn)定性。但其最大的缺陷是一旦定型后，所有的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)方法、接口等均較難變更，基本上不可能滿足客戶在可編程性，架構(gòu)靈活性等方面的需求，而其低成本的優(yōu)勢(shì)必須要在較高出貨量的基礎(chǔ)上才可能得到充分的體現(xiàn)。監(jiān)控市場(chǎng)相對(duì)多變的客戶需求則使得建立在ASIC平臺(tái)上的產(chǎn)品方案在未來(lái)有著更大的產(chǎn)品不確定性和市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)。 基于FPGA方案 FPGA作為一個(gè)可編程的硬件邏輯實(shí)現(xiàn)平臺(tái)很好地融合了DSP架構(gòu)的可編程可升級(jí)性和ASIC架構(gòu)的由硬件實(shí)現(xiàn)方式而帶來(lái)的高編碼性能。FGPA方案的靈活性不僅僅體現(xiàn)在具有和DSP平臺(tái)一樣的可編程性和可升級(jí)性，而且還體現(xiàn)在可以提供更高的系統(tǒng)架構(gòu)上的靈活性。以Xilinx Spartan 3 系列芯片為例，首先提供了不同規(guī)格能力的芯片選擇，其次對(duì)于同一規(guī)格的芯片又提供了不同的封裝，以提供不同的管腳數(shù)目的選擇，同時(shí)，每一款FPGA芯片其管腳都可以根據(jù)用戶的要求重新定義功能，提供非常靈活的接口控制。通過(guò)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有效配合，基于FPGA的方案有可能大幅降低產(chǎn)品的BOM成本。FPGA這種架構(gòu)上的靈活性非常有利于采用同一個(gè)H.264編碼內(nèi)核靈活支持不同應(yīng)用、不同規(guī)格的產(chǎn)品方向。同時(shí)架構(gòu)上的靈活性使得設(shè)計(jì)者可以充分發(fā)揮創(chuàng)造性，開發(fā)出個(gè)性化風(fēng)格的產(chǎn)品，這是基于DSP或ASIC的方案難以做到的。 FPGA方案與前兩種方案相比，其結(jié)合DSP方案和ASIC方案的部分優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)一些固有不足。如FGPA方案的可編程可升級(jí)性能大大降低了系統(tǒng)集成商在選用ASIC芯片方案時(shí)可能會(huì)遇到的一些后期風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)FPGA接近ASIC的強(qiáng)運(yùn)算能力則有效彌補(bǔ)了DSP方案在編碼性能上的瓶頸。另一方面，F(xiàn)PGA類似于ASIC的實(shí)現(xiàn)方式也使得FPGA平臺(tái)有可能提供比DSP方案更高的產(chǎn)品穩(wěn)定性。 FPGA方案從產(chǎn)品角度來(lái)考量的話，最主要的難度是如何既考慮到產(chǎn)品的成本需要，又考慮其性能需求，為市場(chǎng)提供高性價(jià)比的編碼解決方案。也就是說(shuō)，開發(fā)者必須選擇一個(gè)低成本FPGA平臺(tái)，比如Xilinx的Spartan 3/3A系列，同時(shí)在其上完成滿足要求的高性能編碼。這是一個(gè)開發(fā)難度頗高的工作，在全球范圍內(nèi)也沒(méi)有幾家公司具有這樣的研發(fā)實(shí)力，這也是為什么目前市場(chǎng)上基于FPGA平臺(tái)的H.264編碼解決方案屈指可數(shù)的原因，但從FPGA的各種特性以及視頻監(jiān)控市場(chǎng)的需求特點(diǎn)來(lái)考慮，一旦其產(chǎn)品成本在市場(chǎng)上具有較好競(jìng)爭(zhēng)力的話，F(xiàn)PGA方案應(yīng)該是在上述三種方案中最符合未來(lái)編碼器需求和最適合系統(tǒng)廠商產(chǎn)品開發(fā)的方案。而隨著FPGA芯片提供商在消費(fèi)電子領(lǐng)域內(nèi)的不斷努力，F(xiàn)PGA方案的產(chǎn)品成本正變得越來(lái)越具有競(jìng)爭(zhēng)力。以DVMicro在Xilinx Spartan 3A DSP 3400 芯片上所開發(fā)的多路D1編碼方案為例，其每通道產(chǎn)品成本已低于目前的DSP方案，同時(shí)卻提供了比DSP方案明顯改善的視頻編碼性能。 目前市場(chǎng)上針對(duì)以上三種產(chǎn)品平臺(tái)的都已有成熟的編碼器方案，其中基于DSP的主要是TI的DM642和DAVINCI媒體處理器，以及NXP的PNX15xx和PNX17xx。基于ASIC方案的相對(duì)較少，主要用的比較多的是海思的HI3510�；贔PGA的目前主要是XILINX SPARTAN 3A DSP 3400采用DVMICRO 硬件 IP 核提供的編碼器方案。 結(jié)語(yǔ) 由于目前國(guó)內(nèi)有些廠家并不是采用真正的H.264編解碼標(biāo)準(zhǔn)，因此也遇到很多問(wèn)題。如某些公司的硬件H.264編解碼技術(shù)采用符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織的H.264 標(biāo)準(zhǔn)(baseline profile)，其輸出是完全符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)H.264 標(biāo)準(zhǔn)碼流，用戶在解碼端可以自由選擇任何H.264標(biāo)準(zhǔn)解碼設(shè)備，并和編碼設(shè)備形成一個(gè)開放系統(tǒng)。反之，如果編碼設(shè)備輸出的是自定義的，不符合H.264標(biāo)準(zhǔn)的碼流，用戶在解碼端就失去了自由選擇的權(quán)力，只能被迫綁定編碼設(shè)備商提供的解碼設(shè)備，這就形成一個(gè)封閉系統(tǒng)。 相信符合H.264標(biāo)準(zhǔn)的開放系統(tǒng)會(huì)對(duì)用戶產(chǎn)生巨大的影響和豐厚的利益。舉例來(lái)說(shuō)，有些監(jiān)控設(shè)備雖然對(duì)外宣傳是H.264技術(shù)(請(qǐng)注意，是H.264技術(shù)，但輸出并不完全符合H.264標(biāo)準(zhǔn)的碼流)，但他們的碼流不能被標(biāo)準(zhǔn)的H.264解碼器解碼回放。 H.264是先進(jìn)的視頻處理技術(shù)，業(yè)內(nèi)人士公認(rèn)，在同樣的視頻回放質(zhì)量條件下，H.264比MPEG4約節(jié)省近40%的傳輸帶寬或硬盤存儲(chǔ)空間，這無(wú)疑為遠(yuǎn)程監(jiān)控的推廣應(yīng)用起到很重要的作用。但H.264的編碼效率是以其遠(yuǎn)較MPEG4復(fù)雜的運(yùn)算量為代價(jià)的，其采用最先進(jìn)的禎間預(yù)測(cè)模式，包括復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)估計(jì)、1/2和1/4像素預(yù)測(cè);遠(yuǎn)較MPEG4先進(jìn)的禎內(nèi)預(yù)測(cè)模式，包括多達(dá)13種禎內(nèi)預(yù)測(cè)模式;H.264引進(jìn)全新的環(huán)路濾波(in-loop filtering)技術(shù)，對(duì)視頻回放質(zhì)量的大幅提高貢獻(xiàn)巨大。 應(yīng)用上述的新技術(shù)均需要大量的運(yùn)算處理，對(duì)視頻編解碼處理平臺(tái)也提出了新的要求。對(duì)軟件形式的視頻編解碼器，如用DSP等通用處理器實(shí)現(xiàn)的編解碼器，因處理能力的限制，只能舍棄很多H.264的最先進(jìn)技術(shù)(如禎內(nèi)，間編碼預(yù)測(cè)模式，環(huán)路濾波等)，這樣的結(jié)果是其編碼效果回復(fù)到MPEG4的水平。更嚴(yán)重的是這樣的編碼器輸出的碼流不符合H.264標(biāo)準(zhǔn)，所有通用解碼器均不能與其配套組成開放的系統(tǒng)。選用非標(biāo)準(zhǔn)的編碼器，用戶只能限制選用與其配套的非標(biāo)準(zhǔn)解碼器，從而變成了一個(gè)封閉的系統(tǒng)。
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