時(shí)間：2009-02-04 12:15:11 來(lái)源：中電網(wǎng) 作者：湯曉冰，郭 健，沈紅星，陳 琳
1 引言
H.264標準以其高視頻壓縮比、高圖像質(zhì)量、良好的網(wǎng)絡(luò )適應性得到了市場(chǎng)的廣泛認可。其應用目標范圍較寬，可以滿(mǎn)足不同速率、不同解析度以及不同傳輸、存儲場(chǎng)合的需求。但算法的復雜度高，必須有強勁有力的硬件作支持。
2 H.264便攜式實(shí)時(shí)編解碼器方案比較
目前DSP是實(shí)現H.264視頻編解碼的主流。DSP芯片采用多總線(xiàn)多功能單元的哈佛結構，加上帶有強烈針對性的指令集設計，實(shí)際的處理能力非常高。但是由于H.264算法的復雜性，需要更快的DSP，這樣將會(huì )導致價(jià)格提高和功耗增大。對于H.264便攜式實(shí)時(shí)編解碼器來(lái)說(shuō)，DSP架構往往不能同時(shí)滿(mǎn)足編解碼速度和功耗這兩方面的要求。另外，對于H.264編解碼軟件，雖然有開(kāi)源的編解碼器可以參考，但代碼的修改、移植過(guò)程仍然相當復雜。
因此，可以考慮使用專(zhuān)用的硬件來(lái)實(shí)現H.264便攜式實(shí)時(shí)編解碼器。目前市場(chǎng)上主要有兩種形式：一種采用IP(Intellectual Property)核，一種采用ASIC芯片。
2.1 基于IP核的編解碼器
目前，基于IP核的編解碼器是比較常見(jiàn)的，能提供H.264編解碼IP核的廠(chǎng)家主要有4i2i，IndigoVision，Sarnoff，Chips&Media，Ocean Logic，Innovative Semi-conductors，eInfoChips，CAST，Barco-Silex，Ateme，創(chuàng )意電子以及國內的中芯聯(lián)合等。4i2i和Chips&Media等都能提供全系列的H.264編解碼核。表1列舉了4家IP核的H.264 編解碼器。
但由于功耗、體積和成本的限制，基于IP的方案無(wú)法廣泛應用到消費電子領(lǐng)域中，一般直接被IC廠(chǎng)商封裝在SoC中，以ASIC方式提供給用戶(hù)。例如，可編程邏輯供應商Xilinx與英國IP核供應商4i2i就共同發(fā)布了一塊單片式FPGA高清晰度的H.264視頻編碼器。另外也有一部分IP核可以支持ARM等平臺，如表1中TechnoMathematical的H.264_BP，H.264_MP等。
2.2 基于A(yíng)SIC芯片的編解碼器
ASIC定制的視頻編解碼芯片成本低廉，編解碼速度快，廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域。這種ASIC內部除處理器外，一般還集成了豐富的外設接口，如以太網(wǎng)、USB、CF等接口，有些還集成了圖像壓縮、圖像增強、硬件加速等模塊，特別是有些芯片還集成有RISC CPU，采用ASIC+ARM的構架，能有效地結合ASIC和ARM的長(cháng)處，使芯片具有高性能編解碼功能，同時(shí)實(shí)現許多應用功能的開(kāi)發(fā)。
目前，能夠生產(chǎn)H.264編解碼相關(guān)芯片的IC公司有：Broadcom，Conexant，Sigma Designs，STMicroelectron-ics，Hantro，C&S Technology，NeoMagic，ATI，nVidia，Tech-no Mathematical，Qpixel，Chips&Media，富士通以及國內的海思、富翰等。這些公司推出的產(chǎn)品大部分為解碼器，例如Broadcom公司的BCM74xx系列、Conexant的Cx2418x系列、Sigma Designs的SMP8620和SMP8630系列、富翰的FH8601等。而海思的Hi3510，Qpixel的QL20X系列以及富士通的MB86H50和MB86H51等為全功能的編解碼器芯片，下面重點(diǎn)介紹～下這幾款芯片。
1) 海思的Hi3510
Hi3510是一款基于A(yíng)RM9及DSP雙處理器內核，以及硬件加速引擎的高集成、可編程、支持MPEG-4和AVC／H.264等多協(xié)議的高性能通信媒體處理器，可廣泛應用于實(shí)時(shí)視頻通信、數字圖像監控等領(lǐng)域。視頻處理單元能夠支持MPEG-4，AVC／H.264，Baseline，H.263+，H.261，JPEG等多種協(xié)議的實(shí)時(shí)編解碼。加密、DRM和數字水印技術(shù)為數據和通信的安全提供了強有力的保障。圖形處理單元能夠提供視頻去噪、圖像增強、運動(dòng)檢測等功能；支持任意比例的視頻、圖形縮放以及去隔行處理；支持OSD和2D圖形加速，為應用圖形界面的開(kāi)發(fā)提供豐富的特性。其功能框圖如圖1所示。
QL202B是一款半雙工H.264／AVC Main Profile(Level 3)的編解碼SoC，內部集成ARM9處理器和10／100 Mbit／s以太網(wǎng)接口，非常適用于網(wǎng)絡(luò )視頻流的應用。圖形處理單元能夠提供視頻去噪、圖像增強、運動(dòng)檢測等處理功能；先進(jìn)的視頻編碼處理支持CSVLC／CABAC，可配置GoP的結構，支持任意比例的視頻、圖形縮放以及全屏OSD等，為應用圖形界面開(kāi)發(fā)提供豐富的特性。其功能框圖如圖2所示。
目前支持Main Profile的ASIC還比較少，QL202B是性能較好的一款。它支持full D1@30 f／s(幀／秒)，外設豐富，具有一個(gè)ARM核，能夠不加擴展地開(kāi)發(fā)很多應用。尤其是它具有NAL(Netware Abstract Layer)，支持MPEG的TS和PS以及單獨的視頻或音頻ES，所以能夠很輕易取代目前許多應用中的MPEG-2編解碼器。同時(shí)，支持Apple Quicktime也是它的一大賣(mài)點(diǎn)。
3) 富士通的MB86H50
MB86H50是首款支持High Profile Level 4.0的H.264編解碼器，可對高清視頻(高達1 440點(diǎn)×1 080行)進(jìn)行實(shí)時(shí)的壓縮和解壓縮，也可對Dolby數字格式的音頻進(jìn)行同步壓縮和解壓縮。其內部集成有256 Mbit×2的FCRAM，使得尺寸更緊湊、功耗更低。富士通實(shí)驗室開(kāi)發(fā)的self-turning算法可以自適應地對感興趣區域(如人臉、緩慢移動(dòng)的物體等)進(jìn)行淺度壓縮而對其他區域進(jìn)行深度壓縮，這就可以使圖像數據壓縮至MPEG-2的1／2～1／3。其功能框圖如圖3所示。
以上3款芯片從支持H.264的Baseline Profile到High Profile，不同應用的適用層次也不同，例如Main Pro-file主要面向消費電子應用(如數字電視廣播、數字視頻存儲等)，需要注意選型。表2將這幾款芯片作了簡(jiǎn)要的對比。
基于A(yíng)SIC的編解碼器其靈活性存在一定的缺陷，一旦芯片開(kāi)發(fā)完畢就很難繼續擴展其他應用，新功能的添加需要芯片研發(fā)公司花費較長(cháng)的開(kāi)發(fā)周期。好在目前很多ASIC都集成了ARM，并且支持固件升級以增加新的功能，例如，QL202B的音頻Codec部分就可通過(guò)固件升級支持MPEG-1／2／4或其他新的音頻編碼標準，但是這樣的開(kāi)發(fā)在很大程度上受制于芯片公司。
3 小結
設計H.264便攜式實(shí)時(shí)編解碼器時(shí)必須充分考慮實(shí)時(shí)性、功耗、成本、資源、開(kāi)發(fā)周期等因素，進(jìn)行充分的調研，才能確定最優(yōu)方案，降低系統的開(kāi)發(fā)難度，縮短開(kāi)發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)成本。本文探討了基于硬件實(shí)現的方案，對幾款H.264不同層次的全功能編解碼芯片的主要特點(diǎn)作了介紹以及簡(jiǎn)要對比，對開(kāi)發(fā)前期方案的確定有一定的指導意義。
