手机播放高清视频最优化设计应用

      试着设想一款具有高清晰(HD)视频品质的手机，它能用来观看电视节目、视频短片或电影，记录生活中各种瞬间镜头，甚至是3D游戏，这是多么令人向往的场景。而无线市场中正在发生的戏剧性变化，将使得设计师很可能在移动设备上实现令人称奇的高清晰品质视频。

      今天的高分辨率移动显示器品质有了巨大改良，移动内容存储的成本正快速下降、3G移动网络支持宽频下载速度、低功率媒体处理性能也获得显著提升，所有这些技术，都正推动着下一代复杂型手机和便携式媒体产品功能将品质上的跃进。移动视频市场要想跨越早期试用阶段，设备制造商必须突破目前技术的极限，实现高清晰移动多媒体产品。

      未来的手机将能记录和播放高清晰视频，目前的粗粒度、低分辨率照相手机将成为历史。而当前数字相机上的先进性能：自动曝光补偿、光学校正、影像稳定、红眼消除和人脸检测等，都将被应用到手机上，以实现高品质静止照片捕捉。3D游戏性能也将与手持视频播放器相当。最终，移动设备将能播放几乎任何格式的高清晰视频，并透过HDMI接口输出到高清晰电视上。

      高清晰消费性应用是未来移动多媒体的关键组成部份。然而，伴随这个显著改变无线多媒体前景而来的，是必须设计出能满足严格性能和功率要求，以便实现移动高清晰装置艰巨挑战。为应对这个挑战，必须采用低功率多媒体处理技术。设计工程师必须采用新的标准，充分考虑高清晰的可能性和挑战及相关处理架构。

      移动高清晰视频播放

      随着蜂巢式网络频宽的提高和WiFi的普及，越来越多的消费者会把视频下载到他们的手机和移动媒体播放器上。网际网络是今天最主要的视频来源。在2008年1月，仅美国就有超过98亿个视频为线上收看，其中三分之一来自YouTube网站。其它来源包括视频共享站点、音讯视频站点以及提供线上影集的电视网络。

      对于想在手机上观看这些视频的用户来说，移动多媒体处理器必须识别和支持许多视频编码标准。表1列出了目前使用的各种视频编译码器。内容兼容性是支持‘任何地方浏览任何内容’这个理想目标的关键。为了推广移动视频的普及度，用户不必知道其设备支持何种格式或分辨率。用户也许无法在手机上以full HD观看高清晰编码视频，但他们希望能用手机播放，并送到电视上观看高清晰内容。

      如表1所示，许多应用都有向H.264视频标准转变的趋势，因为H.264具有很高的编译码效率。H.264针对从低分辨率视频会议到HDTV等各种类型应用都具有不同类别。为了最大化兼容性，移动设备应支持H.264基线类别，以及运算能力更强的主要类别和高端类别，后者使用更高效率的CABAC(内容自适应二进制运算编码)无损压缩技术。H.264高端类别在指定位率下可以提供更高的品质，是高清晰蓝光光盘首选的视频编译码标准。

      虽然H.264已经成为当前视频编译码标准主流，但随着技术不断发展，成功的移动多媒体架构还需要支持未来的媒体标准。透过采用一定程度的软件可编程特性，成功的移动多媒体架构将支持新特性和新应用的快速整合，并支持未来不断演变的新款音视频编译码器。

      手机或移动媒体设备的电池寿命是设计视频播放功能的重要考虑因素。要从很小的文件中译码出高品质的图片，通常需要很强的处理能力。移动设备想支持几个小时的视频播放，同时保留足够的电池使用时间，移动多媒体处理器的视频译码功率必须小于200mW，其中包括绘图内存在内。具备高功效并译码720p高清晰视频仅需160mW的装置，在使用典型900mAH手机电池时可播放6小时视频。

      考虑到移动视频播放的各种使用情况，用户很可能希望同时在手机和电视机上观看视频。为了实现这个目标，多媒体处理器必须包含强大的缩放引擎，这种引擎能够在尺寸完全不同的显示器上同时缩放和显示影像。为支持在模拟电视和HDTV上同时进行视频播放，处理器应采用芯片上模拟电路来支持复合、S视频或HDMI接口。

表1：主流的视频播放器和相关编译码器。
移动高清晰相机

      除了译码高清晰视频以便用户能在手机上播放这些视频外，未来的无线技术将能帮助用户在移动设备上录制高品质高清晰视频。虽然目前有些手机已经支持视频录制，但均采用低分辨率的QVGA格式，只能产生粗粒度、低品质视频。虽然在手机上播放高清晰视频是移动媒体领域中的重大进展，但使用移动设备记录品质远超过QVGA的高清晰视频，则代表着此一产业的更大进步。

      在考虑用移动设备记录高品质视频的要求时，非常令人惊讶的是，图像传感器不是主要因素。相反，高效的视频编码和影像讯号处理(ISP)是最重要的因素。在移动设备上编码视频所需的处理功率要比译码相同视频大得多。

      100万画素图像传感器很容易撷取高清晰720p影像(1,280x720画素)产生的921,600个画素，因此主要挑战不在于传感器。困难来自于这个事实：这些100万画素的讯框必须以每秒30个的速度记录，相当于每秒264Mb/s的原始资料串流。另外，为包含产生高品质高清晰视频所需的影像校正、防震、自动对焦、去噪声和曝光控制等先进功能，ISP管线必须快速实时处理这些资料。采用正确的视频编码和ISP架构，使用H.264高端类压缩，720p视频可以从每秒庞大的264Mb/s压缩到每秒可管理的2到5Mb/s，相当于记录一小时的视频内容只需2GB。

      随着闪存容量的迅速提高以及价格迅速下降，未来移动多媒体设备可望包含4到16GB内存，甚至更多。从内存角度看支持长时间高清晰视频记录没有什么问题，只要高清晰编码具有足够高的功效。

      仅仅实现庞大的移动视频资料的管理和压缩是不够的，还必须以足够低的功率来完成，以便使手机电池有足够的使用时间。采用H.264高端类别的视频编码具有针对功率最佳化的多媒体架构，可胜任这项工作。高品质高清晰记录(包括绘图内存在内)的处理功率小于450mW时，在使用标准配备电池的手机上记录音视频的时间可长达数小时。在满足这种处理器功率规格的条件下，用户可在手机上记录长达3小时的高清晰视频。手机提供高清晰品质的摄影功能将大幅提升用户产生的内容等级，有助于推进移动多媒体应用的广泛采纳，进一步扩大基于web的视频共享应用范围。

      高清晰时代来临

      现在正是有创新能力的设计工程师开发未来移动设备的良好时机。设计足够的处理功能协助手机与其它多媒体设备播放和记录高清晰视频，正面临着商机与挑战共存的局面。

      Broadcom最近推出了一款多媒体处理器BCM2727，可让消费者在手机上记录与播放高清晰视频、撷取高品质照片，同时还能执行3D游戏。BCM2727 VideoCore III多媒体处理器以在低功耗条件下用H.264高端类压缩技术提供720p高清晰编码和译码功能，实现移动高清晰应用。

      一些手机和便携式媒体播放器公司正在设计下一代高清晰移动设备。未来几年内，全球手机用户将能在手机上观看和记录高品质高清晰视频、撷取高品质照片，同时执行3D游戏。