Вход |  Регистрация
 
 
Время электроники Понедельник, 20 ноября
 
 


Это интересно!

Ранее

Высококачественные микросхемы для аудиоприложений

В статье рассмотрены высококачественные микросхемы (приемопередатчики S/PDIF, SRC-преобразователи, цифровые сигнальные процессоры семейства SHARC, ЦАП и ОУ), ориентированные на применение в аудиоаппаратуре высокого класса различного назначения.

Вопросы качественной передачи голоса по IP-сетям: джиттер, задержка и эхо. Часть 2*

Во второй части статьи рассматриваются такие вопросы как джиттер, факторы задержки передачи голоса по телефонным IP-сетям, причины возникновения эха и методы его подавления. Большое внимание уделено вопросам субъективного и объективного тестирования качества передаваемой речи в соответствии с рекомендациями ITU. * Первая часть статьи была опубликована в «ЭК» №11, 2008.

Вопросы качественной передачи голоса по IP-сетям: сжатие, задержка и эхо

В статье рассматриваются вопросы качества передачи речи по IP-сетям. Обсуждаются такие проблемы, как обеспечение качества связи, причины задержки, потеря пакетов, подавление эха, комфортный шум, разговор между разноязыкими абонентами, а также использование беспроводной ЛВС в качестве канала передачи. Описаны также стандарты сжатия речи G.711, G.726, G.729A, G.723.1 и G.722.

 

2 марта

Транскодирование аудио- и видеоданных для бытовой электроники

Обмен информацией между устройствами домашней сети или портативными мобильными устройствами должен обеспечиваться таким образом, чтобы любой контент мог просматриваться на устройствах в любое время и разными пользователями. Эту задачу решают специальные адаптивные устройства, основные функции которых, реализованные в виде одной системы на кристалле с использованием процессоров семейства DaVinci производства Texas Instruments, рассматриваются в этой статье.



В

последние годы способы доступа потребителей к аудио- и видеомедиаконтенту (AV-медиаконтенту) изменились. На смену отдельным устройствам для передачи данных (ПК с модемом), голоса (телефон) и видеосигналов (DVD-плееры) пришли новые, более интегрированные устройства, обеспечивающие все три сервиса одновременно и поддерживающие такие приложения, как многопользовательские игры видеосервис по запросу и т.д. Более того, многие мобильные устройства, например портативные мультимедиа-плееры и карманные персональные компьютеры, в настоящее время поддерживают целый ряд сервисов и приложений, таких как MPEG-2, MPEG-4 Simple Profile (SP), H.264, VC-1, On2 и DivX.

Интернет и сотовые сети также применяются для доступа к AV-медиа­контенту во всех домашних приложениях. Для потребителя важно иметь возможность легко перемещать AV-контент с устройства на устройство, с одного места в другое, делая это с небольшими затратами, а также в режиме реального времени или еще быстрее. Для этого обмен информацией между устройствами домашней сети или за ее пределами должен быть обеспечен таким образом, чтобы этот контент мог просматриваться на различных устройствах в разное время и даже разными пользователями. Для решения этой задачи требуются адаптивные устройства, способные обеспечивать следующие три основные функции.

1. Поддержка адаптивного формата контейнера данных — создание такого формата контейнера данных, который поддерживается клиентским устройством, воспроизводящим видеосигнал и звук.
2. Поддержка адаптивного сетевого протокола, что позволяет обеспечить совместимость протоколов и режимов передачи и приема между различными устройствами для точной и надежной доставки AV-медиаконтента от одного устройства к другому.

3. Транскодирование как решение проблем несовместимости форматов сжатия данных, разрешения экранов дисплеев, объема памяти и вычислительной мощности различных устройств.

Архитектура «клиент-сервер» в среде AV-медиаконтента

В типичном клиент-серверном приложении для AV-медиаконтента происходят детерминированные процессы, например, с использованием Ethernet, USB, FLASH, AV-демультиплексора и AV-мультиплексора либо недетерминированные процессы, такие как захват и отображение видеоданных, захват и воспроизведение аудиоданных, а также декодирование и кодирование видео- и аудиоданных. Недетерминированные процессы являются апериодическими, детерминированные — периодическими. С точки зрения архитектуры, недетерминированные и детерминированные процессы не следует смешивать. В идеале хост-процессор должен обрабатывать детерминированные процессы с помощью цифрового сигнального процессора (ЦСП), действующего в качестве сопроцессора и выполняющего детерминированные операции, которые требуют большего объема вычислений.

Общая производительность системы с такой архитектурой высока, поскольку недетерминированные процессы не нарушают процессов ЦСП. Эта архитектура становится еще более привлекательной при возрастании числа процессов, в особенности в приложениях для видео высокого разрешения, либо при необходимости кодирования видеоданных. Для поддержки таких архитектур компания TI разработала семейство цифровых сигнальных процессоров DaVinci.

 

+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

Рис. 1. Блок-схема устройства DaVinci (DM6446)

На рисунке 1 изображена блок-схема устройства DM6446 из семейства DaVinci, оснащенного ядром ARM926 и ЦСП C64x.
В однокристальной системе, созданной по технологии DaVinci, внутренний ЦСП выполняет детерминированные процессы, освобождая ядро ARM для обработки недетерминированных процессов. Гибкая архитектура ЦСП обеспечивает работу транскодера, позволяя достичь очень хорошего соотношения цены и производительности. Благодаря ЦСП, выполняющему алгоритмически сложную задачу поддержки различных форматов сжатия данных, достигается необходимый уровень программируемости для адаптации будущих форматов сжатия данных и обновлений программного обеспечения.

Адаптивные сетевые протоколы

Хотя самым распространенным сетевым интернет-протоколом является HTTP, он не очень хорошо приспособлен для передачи временного контента с привязкой по времени или по индексу кадра. Протокол RTSP, с другой стороны, поддерживает несколько рабочих состояний и способен обрабатывать AV-контент с временными и кадровыми индексами. После соединения с AV-медиаконтентом протокол RTSP проходит несколько стадий по мере того, как клиент делает запросы воспроизведения, паузы, останова и окончания сеанса. Хотя протокол RTSP лучше, чем HTTP, приспособлен к потоковой передаче AV-медиаконтента, он более сложен, особенно с учетом всех режимов, которые он поддерживает. В частности, одним из режимов RTSP является работа с чередованием, при которой файл-контейнер может передаваться без анализа структуры и без необходимости открывать какие-либо панели RTP/RTCP.

Чтобы помочь решить проблему несовместимости сетевых протоколов межотраслевая группа Digital Living Network Alliance (DLNA) утвердила пакет общих технических рекомендаций. Например, все DLNA-совместимые изделия должны поддерживать протокол HTTP и определенный набор расширений, обеспечивая общий протокол для передачи AV-медиаконтента между клиентами и серверами. Более того, группа DLNA создала расширения протокола HTTP для обеспечения работы по типу протокола RTSP без сложности реализации RTSP.

Адаптивные форматы контейнера данных

Существует множество различных форматов контейнеров данных для потоковой передачи AV-медиаконтента. Наиболее популярны форматы компании Microsoft, например, Audio Video Interleaved (AVI) и Advanced Systems Format (ASF), форматы MPEG-2 Transport Stream (TS) и Program Stream (PS), а также файловый формат MPEG-4 (MP4). Все они предусматривают определенный уровень поддержки метаданных и возможность хранения AV-медиаконтента.

Одной из характеристик, на основании которых форматы контейнеров данных различаются между собой, является обработка метаданных. Формат MP4 хорошо подходит для применения при раздельной передаче сжатой информации и метаданных и очень эффективен, когда критически важная информация о синхронизации и параметры битового потока, которые обычно содержатся в заголовках элементарных потоков, передаются отдельно от сжатых кадров. Как правило, в компьютерных приложениях применяются такие проприетарные форматы контейнеров как ASF и Adobe Flash Video, а в телеприставках и DVD-плеерах чаще всего применяются стандартные форматы TS и PS. В портативных устройствах, в свою очередь, распространен метод потоковой передачи через интернет MPEG-4 и файловый формат MP4.

Транскодирование

Транс­коди­ро­ва­ние представляет собой функцию, требующую наибольшего объема вычислений. Если речь идет о видеоконтенте высокой четкости (HD), то транскодирование для типового хост-процессора недоступно из-за очень высоких требований к вычислительной мощности, связанных с декодированием и кодированием битового потока высокой четкости. Кроме того, в процессе транскодирования выполняется множество алгоритмов, а это происходит за счет дополнительного усложнения вычислений, что, в свою очередь, приводит к снижению качества изображения.
Сложность вычислений является следствием работы кодера, выполняющего поиск движущихся элементов в процессе оценки движения, поскольку сведения о векторах движения, используемых в процессе декодирования, отсутствуют. Снижение качества изображения является в первую очередь результатом неправильного назначения типов кадра и макроблока при взаимодействии между декодером и кодером. Допустим, что кодер выполняет кодирование в intra-режиме (I) для кадра, который был декодирован как двунаправленно интерполированный (B) кадр. В этом случае B-кадр используется в качестве опорного или предиктивного (P) кадра для предшествующих и последующих кадров кодера, и ошибки распространяются и далее.

Передача информации о типе каждого кадра (I, P, B), режимах макроблоков и векторах движения во время транскодирования от декодера в кодер может оказаться очень полезной. Если производится уменьшение частоты кадров, например, с 30 до 15 кадров в секунду, то, зная местонахождение B-кадров в оригинале, можно существенно сократить объем обрабатываемых данных. Поскольку B-кадры не используются в качестве опорных кадров, их можно удалить из битового потока для уменьшения частоты кадров без дополнительной обработки данных кодером.

Зная вектор движения каждого макроблока в битовом HD-потоке, можно значительно уменьшить объем вычислений в процессе кодирования, осуществляемого транскодером. Процесс поиска движущихся элементов, выполняемый любым кодером, имеет наибольшую вычислительную интенсивность. Если известно общее приближение для вектора движения каждого моноблока из исходного источника, то объем необходимых вычислений существенно уменьшается. Выполняемый транскодером поиск элементов движения вблизи известной опорной точки становится более детальным, чем при поиске по массиву точек очень большой плоскости изображения. Причина заключается в том, что кодер цифрового вещания высокой четкости расходует огромный объем вычислительной мощности и памяти, чтобы получить оптимальный набор параметров последовательно для каждого кадра и макроблока, зачастую выполняя несколько проходов процесса кодирования для каждого кадра. Пренебрегать такой информацией весьма неразумно, это только увеличит объем вычислительной работы для транскодера, исказит изображение и снизит общее качество картинки. Тесное взаимодействие декодера с кодером понижает общий уровень сложности и приводит к лучшему решению. Пример такого объединенного решения (блок-схема транскодера) показан на рисунке 2.

 

++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

Рис. 2. Блок-схема транскодера

Чтобы обеспечить лучшие решения для создаваемого транскодированного битового потока, декодер сообщает кодеру тип кадра, типы и режимы макроблока, векторы движения, уровни квантизации и параметры битрейта. Хотя кодер и должен производить полное кодирование данных, многие модули характеризуются меньшим уровнем сложности благодаря наличию априорной информации, предоставляемой декодером. Это особенно верно в процессе оценки движения, который в данном случае является более детализированным, чем поиск по массиву. Если размер изображения изменяется, то при масштабировании изображения можно создавать кадры требуемого размера до передачи кадра в кодер, и уменьшить таким образом объем необходимой памяти в системе, добиваясь дальнейшего снижения стоимости транскодера.

Техническое решение для транскодера с использованием технологии DaVinci

Очевидно, что в случае применения различных сетевых протоколов и форматов контейнера данных, необходим сопроцессор для транскодирования с использованием множества существующих кодеков, таких как MPEG-2, H.264 и VC-1. Архитектура DaVinci хорошо приспособлена для выполнения этой задачи. На рисунке 3 изображена блок-схема устройства для записи DVD в сочетании с транскодером. Это устройство получает сжатый контент с телеприставки (Set-Top box, STB) и передает транскодированный контент обратно, а также может декодировать видеоданные для отображения их на телеприставке в режиме «картинка в картинке» (PIP).

 

+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

Рис. 3. Блок-схема телеприставки с транскодером

В этом приложении в первую очередь важна именно функциональность транскодирования. Впрочем, при наличии в домашней сети других сетевых устройств хост-процессор DaVinci может использоваться для обработки сетевых протоколов и форматов контейнеров данных, тогда как ЦСП работает в качестве сопроцессора для обеспечения транскодирования. Таким образом, уменьшается общая стоимость системы, обеспечивающей столь нужное в домашней сети адаптивное мультимедийное решение.



Вы можете скачать эту статью в формате pdf здесь.
Оцените материал:

Автор: Тим Саймерли (Tim Simerly), специалист по архитектуре видеосистем, компания Texas Instruments



Комментарии

0 / 0
0 / 0

Прокомментировать





 
 
 




Rambler's Top100
Руководителям  |  Разработчикам  |  Производителям  |  Снабженцам
© 2007 - 2017 Издательский дом Электроника
Использование любых бесплатных материалов разрешено, при условии наличия ссылки на сайт «Время электроники».
Создание сайтаFractalla Design | Сделано на CMS DJEM ®
Контакты