H.264便攜式實(shí)時(shí)編解碼器的方案探討

　　1 引言

　　H.264標(biāo)準(zhǔn)以其高視頻壓縮比、高圖像質(zhì)量、良好的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性得到了市場(chǎng)的廣泛認(rèn)可。其應(yīng)用目標(biāo)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(chǔ)場(chǎng)合的需求。但算法的復(fù)雜度高，必須有強(qiáng)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(xiàn)H.264視頻編解碼的主流。DSP芯片采用多總線多功能單元的哈佛結(jié)構(gòu)，加上帶有強(qiáng)烈針對(duì)性的指令集設(shè)計(jì)，實(shí)際的處理能力非常高。但是由于H.264算法的復(fù)雜性，需要更快的DSP，這樣將會(huì)導(dǎo)致價(jià)格提高和功耗增大。對(duì)于H.264便攜式實(shí)時(shí)編解碼器來(lái)說(shuō)，DSP架構(gòu)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(duì)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(dāng)復(fù)雜。

　　因此，可以考慮使用專(zhuān)用的硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)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(guó)內(nèi)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(yīng)用到消費(fèi)電子領(lǐng)域中，一般直接被IC廠商封裝在SoC中，以ASIC方式提供給用戶(hù)。例如，可編程邏輯供應(yīng)商Xilinx與英國(guó)IP核供應(yīng)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(tái)，如表1中TechnoMathematical的H.264_BP，H.264_MP等。

　　2.2 基于ASIC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(nèi)部除處理器外，一般還集成了豐富的外設(shè)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(qiáng)、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(gòu)架，能有效地結(jié)合ASIC和ARM的長(zhǎng)處，使芯片具有高性能編解碼功能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)許多應(yīng)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(guó)內(nèi)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ARM9及DSP雙處理器內(nèi)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(yīng)用于實(shí)時(shí)視頻通信、數(shù)字圖像監(jiān)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(shù)字水印技術(shù)為數(shù)據(jù)和通信的安全提供了強(qiáng)有力的保障。圖形處理單元能夠提供視頻去噪、圖像增強(qiáng)、運(yùn)動(dòng)檢測(cè)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(yīng)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。

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　　2) Qpixel的QL202B

　　QL202B是一款半雙工H.264/AVC Main Profile(Level 3)的編解碼SoC，內(nèi)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(yīng)用。圖形處理單元能夠提供視頻去噪、圖像增強(qiáng)、運(yùn)動(dòng)檢測(cè)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(jié)構(gòu)，支持任意比例的視頻、圖形縮放以及全屏OSD等，為應(yīng)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(shè)豐富，具有一個(gè)ARM核，能夠不加擴(kuò)展地開(kāi)發(fā)很多應(yīng)用。尤其是它具有NAL(Netware Abstract Layer)，支持MPEG的TS和PS以及單獨(dú)的視頻或音頻ES，所以能夠很輕易取代目前許多應(yīng)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(duì)高清視頻(高達(dá)1 440點(diǎn)