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视频会议系统传输的是多媒体数据,声音和动态图像的源信号的数据量较大,无法在一般条件的数字线路上传输。同时,基于对实际使用效果的要求,要求传输的声音、图像信号连续平滑,其他辅助功能易于使用。因此,对系统在声音/图像压缩、通讯线路条件、数据/应用程序共享等方面都有很高的技术要求。本文将从目前视频会议的主要技术、解决方案及未来技术趋势、网络技术标准等方面进行探讨,希望为该领域的研发人员提供参考。

随着多媒体技术的广泛应用,采用DSP芯片设计多媒体设备,成为人们关注的方向。但是,对于可编程的媒体处理器的需求也很高。因为多媒体信号处理技术处于一个高速发展的阶段,各种国际标准共存,新标准不断涌现。例如,仅视频压缩编码,就有多种国际标准:H.261、H.263、MPEG1、MPEG2、MPEG4和新的H.264等。在一个网络上传输的可能是多种不同标准的码流,而且对于一个设备而言,也要不断更新视频编码技术。

例如一个早期的视频会议设备采用H.261编码视频,在H.263出现后,最好是改用H.263标准,而且也许很快就会采用H.264作为视频会议的编码标准。这就存在两个要求,一是设备的更新换代,二是多种标准的转换。对于用固定的专用芯片实现的设备,这两条都难以达到。但如果采用DSP作为核心处理器,只需更新软件就可以达到第一个要求,增加部分功能软件,可以适度满足第二个要求。

正是考虑这种需要,一种新型的DSP芯片-媒体处理器(Media Processor)应运而生,并很快得到业界的广泛关注。飞利浦、ADI、TI等半导体供应商都十分看好媒体处理器市场,并推出了具有竞争力的产品。高处理能力芯片的出现给视频会议带来更小的延迟和更高的帧频。例如TI公司的TMS320 DM642、飞利浦的Trimedia和Equator的MAPCA,它们集成了丰富的多媒体信号接口,针对多媒体信号的特点优化了处理器结构,甚至内嵌了特殊协处理器用于进行专门操作,缓解通用处理器的压力,例如视频编码中的变长编解码(LC/VLD)。

媒体处理器提供了完全可编程的多媒体设备的实现工具。媒体处理器继承了通用DSP芯片的特点,针对多媒体应用扩充了各种接口功能,优化了中央处理器结构。尽管媒体处理器出现的时间不长,但已得到广泛关注,可以预见媒体处理器将会快速应用到多媒体设备制造业中。

中星微电子公司的多媒体芯片SoC平衡了集成度、灵活性、成本和功耗等多方面要求。目前其应用于视频会议系统中的多媒体芯片产品有VC0301P、VC0302和VC0321。该公司的副总裁俞青介绍说,中星微电子的多媒体芯片可以支持目前主流的各种音频和视频算法, 并支持从无线多媒体到高端视频会议等一系列应用。在PC平台上,中星微电子与微软合作,最近推出基于USB2.0的视频即时通讯系统,使视频质量和系统稳定性上了一个新台阶。

针对视频会议等多媒体应用,飞利浦推出数字媒体处理器PNX1500,这是一款系统级芯片(SoC)。据飞利浦半导体公司高级媒体处理组市场总监Jan Koene介绍,“最新产品Nexperia PNX1500在运行控制任务以及数字信号处理任务方面具有出色的能力,而这两方面都是视频会议系统所要求的。可以在单片PNX1500上运行这两个任务,而在效率相同的情况下,这对竞争方案而言是难以实现的。通过在PNX1500上合并硬件模块,例如视频I/O、音频I/O和通用接口,可以降低BOM成本。因为所有的音视频编解码功能都是用软件实现的,所以飞利浦的产品很容易适应新的标准,例如H.264。”

TI 的新型数字媒体处理器TMS320DM642带有三个视频口,均可输入或输出,支持BT656、百兆以太网口、多路音频串口、66MHz PCI等等,可支持四路D1图像,30帧/秒的MPEG-2的实时压缩。TI 的数字媒体处理器不仅能够以 Microsoft WMV9 格式提供高清晰视频流,而且还能够提供 MPEG-4、MPEG-2 以及 MPEG-1。此外,该器件还支持H.264。

TI公司半导体事业部高级业务代表郑小龙表示,除了提供 720 MHz DM642 的样片之外,目前 TI 还为 DM640 与 DM641 以及 600 MHz DM642 提供批量生产的器件。这些代码兼容的数字媒体处理器可扩展各种时钟速率及存储器容量,能够支持广泛的应用,例如从基于视频的便携式消费类电子产品到视频基础设施设备等。

微软公司 Windows Media 技术部副总裁 Amir Majidimehr 说:“对于 Windows Media 9 编码器与解码器而言,TI 的 DM642 是第一款成功通过 D1 清晰度条件下一致性测试的可编程 DSP。TI 的新型 720MHz DM642 有助于将 HD WM9 集成到各种具有代码兼容与可编程性能的嵌入式消费类应用中。”

ADI的Blackfin是一种高性能、双乘加器(MAC) DSP,具有微处理器性能,诸如监督和用户模式、存储保护、8-/16-/32位算术及多媒体处理扩展。Blackfin处理器既能作为主要的音视频处理器,又能用作图形用户界面(GUI)和网络处理的主处理器。Blackfin是完全可编程的。因此可以很容易地支持新标准,而无需改变硬件平台。例如ADI可视电话平台中的Blackfin处理器能够支持H.264,这是通过软件升级来实现的。

据ADI公司软件和系统技术部产品行销经理Dan Ivanciw介绍,Blackfin处理器架构经过优化,能很好地执行控制和数字算法,可以作为主处理器和音视频处理器。“设计人员无须采用多个不同的处理器、不同的开发环境及不同的工具包,无论是正在开发典型主功能代码还是高级音视频编解码,采用Blackfin,开发团队只需要掌握一种编程方法、指令系统、开发工具环境。用户也会得到益处:缩短产品面市时间,削减开发成本,降低开发风险,提高IP复用性。”

在多媒体信号处理领域,特别是在视频处理方面,通常要求数字信号处理器具有针对多媒体应用的、优化的内核结构和丰富的媒体接口,而通用信号处理器在这方面性能得不到充分发挥。鉴于此,美国Equator公司推出了BSP系列高速宽带数字信号处理器。BSP-15是该系列中的一款,可与MAP-CA反向兼容。

BSP-15是专门以视频应用为中心而设计的高效DSP,以高度集成的单芯片满足了宽带产品的需要。在400MHz的时钟频率下,BSP-15处理能力为40 GOPS(每秒400亿次整数运算),处理速度相当于奔腾III的8.5倍,是同系列MAP-CA芯片的1.33倍,是其它解决方案的10倍以上。BSP-15的核心功能是采用软件专为高性能、大视频流的宽带应用而设计,结合iMMediaTools软件开发环境及其提供的视音频库,BSP-15可以为数字视频图像应用提供高效的解决方案。

据某视频会议产品研发工程师介绍,选用BSP-15芯片进行视音频的系统设计具有3方面优势:其一,BSP-15 是专为视频图像处理而设计的,能够提供高质量的视频效果;其二,BSP-15具有丰富的片上I/O接口,不必添加过多的外围设备,因而可以降低整个系统的成本和设计的复杂度;其三,完全采用C语言编程,没有汇编语言要求,升级方便,灵活性高。与同系列的TI DSP及Philip的Trimedia 系列DSP相比,BSP-15不足之处是软件开发难度较大,稳定性也被怀疑。但由于其出色的处理性能,BSP-15处理器在消费电子产品、视频会议、数字图像处理等方面仍将占有较大的市场。

以色列VCON通信有限公司去年推出基于新一代Equator BSP-15多媒体处理器的高性能的视频会议编解码器-HD100视频会议引擎。VCON公司首席市场官Gordon Daugherty认为:“视频会议的质量越来越接近广播电视的质量,视频会议市场已经进入了一个新的阶段。VCON集成商可以利用HD100视频会议引擎小巧的体积、极高的音频视频质量,以极具竞争力的成本构建各种先进多媒体会议应用。”