4K×2K時(shí)代將由多核心GPU大展身手。UHD移動(dòng)裝置已成為各大消費(fèi)性電子品牌廠競(jìng)逐的重要戰(zhàn)場(chǎng),伴隨著新一波UHD影像顯示器的推出,高效率壓縮影像的需求已隨之興起,業(yè)界解碼技術(shù)能在不犧牲幀率的情況下提供理想影像品質(zhì),同時(shí)將多媒體處理工作卸載至GPU,降低CPU工作負(fù)擔(dān)以及整體移動(dòng)裝置耗電。
超高畫質(zhì)(UltraHD,UHD)4K×2K解析度是2013年所有消費(fèi)電子展的共同主題。企業(yè)如樂金(LG)、三星(Samsung)、索尼(Sony)、東芝(Toshiba)及海信都是首先推出UHD智慧型電視的企業(yè),具備不同尺寸的螢?zāi)换蝻@示器技術(shù)。但UHD規(guī)格不只可以應(yīng)用在電視上,例如Panasonic在2013年消費(fèi)電子展(CES)展示了以UHD橫向電場(chǎng)效應(yīng)(IPS)螢?zāi)患夹g(shù)為基礎(chǔ)的平板裝置,而多家制造商則為專業(yè)市場(chǎng)生產(chǎn)UHD顯示器。
本文將評(píng)論最新能夠處理UHD影像的網(wǎng)際網(wǎng)路協(xié)定(IP)多媒體處理器、應(yīng)用市場(chǎng),以及如何被有效率的運(yùn)用在移動(dòng)及嵌入式裝置上以豐富播放內(nèi)容。
創(chuàng)造UHD內(nèi)容的市場(chǎng)概況
首先,如果先觀察推動(dòng)超高畫質(zhì)的因素,以及廣電業(yè)如何采用UHD規(guī)格創(chuàng)造內(nèi)容,馬上就會(huì)看到大部分大型電影公司,如派拉蒙(Paramount)、華納兄弟(WarnerBros.)、二十世紀(jì)福斯(20thCenturyFox)及索尼影業(yè)(SonyPictures)等,已開始運(yùn)用UHD技術(shù)了。
2013年UHD電視已紛紛出籠。
電影如蜘蛛人:驚奇再起(AmazingSpider-Man)、龍紋身的女孩(TheGirlwiththeDragonTattoo)及哈比人:意外旅程(TheHobbit)全都以UHD格式拍攝,因此UHD格式的內(nèi)容已逐漸開始在電影院上映。YouTube的用戶自2010年起也已經(jīng)可以上傳UHD影片,而Sony宣稱“大家對(duì)三維(3D)影片的意見似乎很分歧,但對(duì)UHD影片則都持正面看法”。
佳能(Canon)也在努力推動(dòng)UHD規(guī)格,推出許多新的專業(yè)及數(shù)位單眼(DSLR)相機(jī)上市。Canon利用這些活動(dòng)促銷一系列世界知名及獨(dú)立導(dǎo)演的短片,以展示此新技術(shù)的潛力。
但由于UHD影片須伴隨著新一波的影像裝置推出市場(chǎng),因此有不少因素會(huì)影響到采用UHD的速度。電影院是最初能使用UHD內(nèi)容的理想地點(diǎn),但基礎(chǔ)設(shè)施則須要較多的更新處理,因?yàn)檩^舊的投影機(jī)和UHD并不相容,同時(shí)并列一起使用多部的2K投影機(jī)并不能產(chǎn)生UHD的效果,這就像使用多投影機(jī)式的大銀幕投影系統(tǒng)來(lái)放映超高解析度和超大螢?zāi)坏碾娪埃↖MAX)一樣,是行不通的。
當(dāng)然,新技術(shù)被廣泛的采用要花一段時(shí)間,廣電業(yè)及播放內(nèi)容的傳送鏈必須組裝所需要的設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施以支援UHD的播放;原始設(shè)備制造廠(OEM)須制造可解碼及顯示播放內(nèi)容的UHD電視、機(jī)上盒(STB)及媒體播放器。消費(fèi)者在設(shè)備升級(jí)時(shí),也必須準(zhǔn)備接受另一個(gè)“數(shù)位技術(shù)的轉(zhuǎn)換”(DigitalSwitchover)。
在觀察3D技術(shù)被市場(chǎng)接受的過(guò)程中可以發(fā)現(xiàn),電影院是主要的市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力。某些影迷在觀賞過(guò)3D電影后熱衷于在家中再創(chuàng)造同樣的經(jīng)驗(yàn),因而很快的3D電視便開始出現(xiàn)于消費(fèi)市場(chǎng)。UHD應(yīng)該也是類似的狀況,尤其是在影像壓縮技術(shù)持續(xù)改善,而大型有機(jī)發(fā)光二極體(OLED)螢?zāi)桓拍畛烧娴那闆r下。
此過(guò)程將類似由標(biāo)準(zhǔn)解析度(SD)到高畫質(zhì)(HD)的經(jīng)驗(yàn)。如果可以在影片數(shù)據(jù)傳輸時(shí)充分利用硬體的力量加以編碼及解碼,這些影片可以表現(xiàn)出驚人的品質(zhì)。如果運(yùn)用繪圖處理再加上影像解碼技術(shù),可增加不少其他優(yōu)點(diǎn),如影像穩(wěn)定、像素層次亮度/對(duì)比的修正,和其他后制處理的一些選項(xiàng)。
業(yè)界PowerVR影像處理器和PowerVR繪圖處理器的IP核心已能以穩(wěn)定而持續(xù)的高幀率(HighFrameRate)處理高畫質(zhì)內(nèi)容,并創(chuàng)造出令人屏息的影像。
HEVC--UHD/無(wú)線顯示推動(dòng)者
影像編碼技術(shù)須要改善,才能以具成本效益的方式傳送UHD內(nèi)容。如預(yù)期,新的影像編碼及解碼H.265標(biāo)準(zhǔn)(也稱為HEVC)已獲得市場(chǎng)青睞。在一些展覽中已有不少?gòu)S商展示HEVCUHD內(nèi)容。
移動(dòng)影像轉(zhuǎn)碼也愈來(lái)愈受歡迎。例如英特爾(Intel)的AtomZ2420--Lexington智慧型手機(jī)處理器及AtomZ2760--CloverTrail系統(tǒng)單晶片(SoC)都包含PowerVR繪圖及影像處理器,顯示英特爾致力于提供移動(dòng)及嵌入市場(chǎng)完整的多媒體解決方案。
UHD解析度提高了對(duì)高效率壓縮的要求,不論是經(jīng)由播放或是網(wǎng)路上頻寬有限的頻道。同樣的原則也適用在PowerVR解碼技術(shù),該技術(shù)能提供UHD 60fps,以無(wú)線顯示要求的高位元率(Bitrate)運(yùn)作的水準(zhǔn)。即使在4,096×1,744(2.35:1)所需的230Mbit/s極端位元率的情況下,該技術(shù)還是能提供理想影像品質(zhì),不必犧牲幀率。
HEVC技術(shù)也整合先進(jìn)誤差處理及隱藏參數(shù)(ConcealmentAlgorithm)以最佳化解決方案,特別能改善易受傳輸問(wèn)題影響的螢?zāi)伙@示應(yīng)用。不僅如此,該快速成長(zhǎng)的市場(chǎng)也需要可支援多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)和多重串流能力的處理器核心,因?yàn)檠b置制造商一直都想要將最新及最好的多媒體選項(xiàng)整合進(jìn)產(chǎn)品中。
最近硅智財(cái)業(yè)者已推出影像相關(guān)產(chǎn)品線,如D4500MP和E4500MP,它們?cè)谡麄(gè)處理流程中不但能維持品質(zhì),并支援對(duì)于高品質(zhì)無(wú)線顯示頗為重要的4:4:4及4:2:2彩色解析度,因?yàn)樗鼈兇蟛糠猪氁扇≧GB)轉(zhuǎn)換到Y(jié)CbCr。例如簡(jiǎn)單地混合影像及繪圖處理,視控調(diào)整顯示功能(On-screenDisplay,OSD),沒有4:4:4編碼,會(huì)造成很糟的顯示效果,因此,增加影像處理器核心的色彩深度和解析度,不只將提供客戶其產(chǎn)品差異化的途徑,也進(jìn)一步增加運(yùn)算效率,因?yàn)楹诵膬?nèi)大多數(shù)的影像處理是以10位元為單位。
例如,最近發(fā)表的UHD電視標(biāo)準(zhǔn)--國(guó)際電信聯(lián)合會(huì)無(wú)線通訊組(ITU-R)BT.2020便具備更多的色彩選擇,并增加位元深度(BitDepth),因此在電視上展現(xiàn)的畫面明顯地比較好。雖然BT.2020仍在開發(fā)中,其帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)會(huì)影響到UHD電視和HEVC更快速而廣泛地采用10位元色彩。
以上的優(yōu)點(diǎn)大多和畫面品質(zhì)有關(guān),但運(yùn)用業(yè)界處理器核心最大的益處是整體系統(tǒng)耗電。主機(jī)中央處理器(CPU)將較密集的多媒體處理工作卸載到影像解碼/編碼核心,可重新聚焦于其他工作上,甚至進(jìn)入待機(jī)狀態(tài),因此可以減少耗電,盡量拉長(zhǎng)電池壽命,并增加計(jì)算平臺(tái)的反應(yīng)度。
搭載高效能GPU超高畫質(zhì)智慧型電視應(yīng)用多元化
現(xiàn)代繪圖處理核心支援廣泛的繪圖及計(jì)算的應(yīng)用程式介面(API),可處理影像及加強(qiáng)由繪圖處理器(GPU)操作的影像解碼作業(yè),因此卸載了主要CPU的工作,降低耗電及增加整體系統(tǒng)的效能。
在消費(fèi)電子“智慧”革命的中心,高效能、超低耗電量的繪圖IP核心已扮演愈來(lái)愈重要的角色,這些GPU逐漸成為針對(duì)智慧型電視及機(jī)上盒系統(tǒng)單晶片設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。例如,LG的H13處理器是第一個(gè)可運(yùn)作UHD并以PowerVRSeries6繪圖核心為主的平臺(tái);此平臺(tái)的目標(biāo)為高階智慧型電視,提供每秒超過(guò)一千億次浮點(diǎn)運(yùn)算(100GFLOPS)運(yùn)算效能,同時(shí)為超高畫質(zhì)解析度提供適切的填充率(Fillrate)。
未來(lái)的智慧型電視的介面會(huì)逐漸結(jié)合API,加上高效能硬體,在游戲中帶來(lái)近似相片般真實(shí)的效果、改善使用者的導(dǎo)覽過(guò)程,并提供優(yōu)異的使用者介面(UI)。
以下只是智慧型電視某些強(qiáng)化的功能,并可在同一個(gè)GPU運(yùn)用繪圖和運(yùn)算API達(dá)成這些功能:
進(jìn)階游戲功能
只要在平板電腦、智慧型手機(jī),甚至游戲機(jī)中含有內(nèi)嵌的高效能、低功耗繪圖處理器,所有的電子游戲,都很容易就可這些裝置之間轉(zhuǎn)移并使用。
把影片和照片當(dāng)貼圖處理
簡(jiǎn)單地編輯相片、生動(dòng)地表現(xiàn)頻道的變更、使用者定義的客制UI及子母畫面效果等。
手勢(shì)識(shí)別及控制輸入處理(聲控、臉部識(shí)別)
主要應(yīng)用在社交媒體、視訊會(huì)議或電子節(jié)目導(dǎo)覽(EPG)個(gè)人化及推薦上確認(rèn)使用者;父母甚至可以過(guò)濾不適合小孩看的內(nèi)容。
對(duì)使用者自行產(chǎn)生的內(nèi)容的進(jìn)行后制處理演算
例如影像及影片的穩(wěn)定。
為視覺障礙者轉(zhuǎn)換影片格式
例如將影像轉(zhuǎn)換成高對(duì)比顏色。企業(yè)可以發(fā)展聲控技術(shù)的進(jìn)階版。利用GPU的計(jì)算能力來(lái)執(zhí)行語(yǔ)音處理,智慧型電視就可識(shí)別語(yǔ)言自然的語(yǔ)法,并提供一致的搜尋選項(xiàng),可同時(shí)過(guò)濾隨選視訊(VoD)服務(wù)、搜尋引擎、外部裝置及其他裝置所產(chǎn)出的結(jié)果。
藉由提供超越基本3D繪圖API的OpenGLES功能,高效能GPU將可支援進(jìn)階的視覺運(yùn)算,如移位及燈光的貼圖、異位性光照(AnisotropicLighting)、變形效果處理(DeformationEffects)(去除UI頁(yè)面)、影像彎曲(FrameBending)、不透明(Opacity)與半透明(“后視”及“透視”效果)及弗芮耳反射(FresnelReflections)(光線在液面反射的效果),為消費(fèi)產(chǎn)品提供視覺震撼及特色豐富的經(jīng)驗(yàn)。
整體而言,一般預(yù)期2013年為UHD規(guī)格開花結(jié)果的一年,由內(nèi)容到播放都會(huì)是UHD格式。因此配備HEVC影像解碼及編碼,加上先進(jìn)的繪圖功能之系統(tǒng)單晶片解決方案就變得很重要。事實(shí)上,PowerVRSeries5XT和Series6GPU已經(jīng)可以處理UHD格式,同時(shí)PowerVRVideoSeries4IP也已經(jīng)支援業(yè)界被廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)碼H.264、VP8、MPEG-4和其他許多標(biāo)準(zhǔn);未來(lái)的PowerVR影像處理器也會(huì)增加支援HEVC的功能。
客戶只要選擇適合的IP即可開發(fā)出以低耗電及高效率為最佳化原則所建構(gòu)的UHD解決方案。當(dāng)然,UHD產(chǎn)品的開發(fā)還需要軟體的搭配,其中包括最佳化驅(qū)動(dòng)程式、智慧演算法及開發(fā)商技術(shù)支援,對(duì)加速推動(dòng)市場(chǎng)來(lái)說(shuō),這些全都是重要因素。