针对消费电子应用的一种低功耗实现方案

Qpixel针对AV市场需求的方法和解决方案

考虑到AV市场的需求和H.264的技术特征，我们把努力定位在下列方向：

·适用于便携式应用的最低功耗的编解码器；

·高品质标准清晰度视频处理(同时关注将来的高清晰分辩率)；

·满足特定市场需求的专用H.264编解码器算法和结构。更为特别的是，我们选择主规范的Level-3，它非常好的视频品质是标准清晰度应用最适合的选择。

利用视频压缩技术的基本理论，推荐采取下列处理：

(a)人类的心理视觉系统忽视高频纹理的细节；

(b)通过在许多可能的选项之间找到最佳的运动估值匹配，可以减少最终的比特率；

(c)熵编码可以不损失信息而获得最少的比特数。

项目(a)和(b)需要多次算法迭代才能找到人眼针对给定比特率的最佳感觉，项目(c)需要一种创新的实现方案。

一般地说，编码器需要生成符合标准的比特流，与此同时，在H.264标准中并没有规定视频品质和压缩效率。然而，我们的目标是在低功耗的条件下以低比特率实现高品质视频。这些准则就是我们努力的重点。下面概要介绍了我们的算法努力和方向：

·在不牺牲压缩效率的前提下，把高度顺序处理的H.264句法链分割为更小数量的句法单元，因此，容许利用更为并行化的处理来突破处理能力的瓶颈；

·在不牺牲视频品质的前提下，智能地预选更为有效的压缩算法，因此，减少所需要的整体处理能力；

·以高度可伸缩的方式来实现突发和依赖于内容的CABAC特征，因此，为CABAC更为便于采用硬件来实现奠定了基础；

·从实现成本考虑，以最佳地平衡视频品质为目标来实现B图；

·有效地重用数据以最大化我们的视频算法的性能；

·具有句法之间依赖性的高度顺序的句法结构；

·长期存储器容许各个句法单元。

H.264对视频品质的贡献

我们的技术来源于对每一种编码工具的全面和仔细的分析，揭示了H.264编码器对视频品质以及在ASIC环境中的实现成本的贡献。我们的技术组不偏不倚地从业已存在的编码标准如MPEG-1/2/4开始着手，把重点放在H.264编码器中每一个模块的最佳成本性能优势上。除了视频编码算法之外，我们采用了高度智能的基于TDM的方案，以减少处理大量视频数据所需要的数据流量，因此，进一步降低了功耗。

下面总结了对架构的决策，它使我们能够满足物理设计的需要：

·Qpixel H.264视频压缩IC的设计目标是满足便携式消费设备市场的需求。众所周知，H.264实现方案的复杂度几乎是MPEG-2的十倍。为了实现高的视频品质并同时降低系统的功耗，我们提出了一种能够感觉功耗的灵活的架构，它利用最先进的设计技术来减少裸片面积和功耗，与此同时，有效地处理数据流量以最大程度地提高效率，并使与外部存储器交互作用所消耗的功率最小。

·影响功耗的主要因素是IC时钟树。为了完全利用潜在的H.264编码工具来实现高的视频品质，时钟频率必须被提高，以提供更大的处理能力。然而，以更高的频率运行IC直接增加了动态功耗，所以，在选择性能目标和系统的功耗时需要采取折衷措施。

·在给定的功耗目标条件下实现最高的性能，要对IC进行计划以最小化外部存储器的延迟周期，此外，要优化总线仲裁机制以提高数据传输效率。

·根据上述考虑，我们实现了两种创新方案，以减少与外部存储器的数据交换。一种是帧映射方案，另一种是基于TDM的总线仲裁。TDM仲裁针对我们的视频处理管线做了高度优化，帧映射针对最大的DRAM带宽做了优化。我们仔细地评估了H.264压缩工具，并在视频品质和DRAM带宽需求之间做了折衷选择。

结论和下一步的工作

·我们的独特专利和正在申请专利的视频算法及架构，使得用最佳的方式来实现Qpixel H.264主规范编解码器成为可能，从而满足视频产品对低功耗和高视频品质两方面的需求。

·在下一代消费AV产品中，存在对高清分辨率和品质的需求。我们将继续在算法和架构技术上展开创新，以提供针对高清分辨率应用的高度有竞争力的解决方案。