NVIDIA高清晰視頻處理器在HDTV中的應(yīng)用

高清晰數(shù)字電視技術(shù)給人們帶來(lái)了全新的視聽(tīng)境界，但是高清晰數(shù)字電視昂貴的價(jià)格卻讓人望而卻步。如何在現(xiàn)有的模擬電視和計(jì)算機(jī)監(jiān)視器上實(shí)現(xiàn)高清晰電視接收呢？本文將介紹一種高清晰數(shù)字視頻處理器NVIDIA GeForce2 GTS在高清晰數(shù)字電視中的應(yīng)用，并分析這種技術(shù)如何在模擬電視和計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)廉價(jià)的高清晰數(shù)字電視接收方案。

高清晰度電視(HDTV)采用一種高分辨率數(shù)字電視格式，它能實(shí)現(xiàn)寬高比為16:9的畫(huà)面和杜比數(shù)字音響效果，能接收所有可能的18種數(shù)字電視廣播制式，并能產(chǎn)生1080×720像素的畫(huà)面分辨率(逐行掃描和隔行掃描)，同時(shí)閃爍程度降低。

如何實(shí)現(xiàn)低成本的數(shù)字電視接收正是GeForce2 GTS致力解決的問(wèn)題。在美國(guó)，目前顯示器尺寸為17至24英寸的計(jì)算機(jī)用戶超過(guò)三千萬(wàn)，此類用戶無(wú)需購(gòu)買(mǎi)價(jià)格昂貴的HDTV裝置即可在其計(jì)算機(jī)上欣賞HDTV節(jié)目，僅需要將一個(gè)低成本的DTV調(diào)諧器和用NVIDIA高清晰視頻處理器進(jìn)行硬件加速的HDTV處理器一起使用即可。此外，采用了NVIDIA高清晰度視頻處理器技術(shù)的制式轉(zhuǎn)換器能將1080i和720p的HDTV內(nèi)容轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視(SDTV)，這樣任何模擬電視機(jī)都能播放HDTV節(jié)目了。

HDTV視頻格式基于MPEG2視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，分辨率為1920×1080或1280×720，而SDTV分辨率為720×480。此編碼標(biāo)準(zhǔn)中，運(yùn)動(dòng)向量用來(lái)表示像素點(diǎn)從一個(gè)連續(xù)視頻幀到下一幀的運(yùn)動(dòng)。通過(guò)存儲(chǔ)像素塊的運(yùn)動(dòng)而不是像素本身，MPEG2實(shí)現(xiàn)了大比例壓縮。從圖像集成角度看，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償是指將運(yùn)動(dòng)變量信息(即軟件解碼器中輸出的反離散余弦變換數(shù)據(jù))和運(yùn)動(dòng)信息(運(yùn)動(dòng)向量)解碼成視頻幀的過(guò)程。MPEG2解碼過(guò)程中的絕大多數(shù)CPU處理即是處理這種運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償過(guò)程。

NVIDIA GeForce2 GTS中優(yōu)化的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償(MC)引擎，能滿足HDTV分辨率和帶寬的要求。3D管線也加入了圖像處理單元的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償處理，這意味著GeForce2 GTS大的像素填充率性能允許HDTV畫(huà)面隨意縮放，而不影響畫(huà)面質(zhì)量。 NVIDIA對(duì)反離散余弦變換(IDCT)的性能進(jìn)行了全面分析，認(rèn)為在產(chǎn)品中僅僅集成進(jìn)IDCT是沒(méi)有意義的。若要保證反離散余弦的高效性，硬件也必須進(jìn)行少量編碼。在進(jìn)行反離散余弦變換之前，數(shù)據(jù)格式為12位整型。如果每個(gè)像素塊的數(shù)據(jù)都送到芯片內(nèi)進(jìn)行軟件解碼，其性能會(huì)大打折扣，將低于對(duì)8位像素差值數(shù)據(jù)解碼的性能(這是實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償所要求的性能)。

總之，同獨(dú)立但優(yōu)化的位移補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)方法相比，反離散余弦變換還必須增加一些重要的硬件電路才能達(dá)到同等效率。但是這種新增硬件會(huì)比較復(fù)雜，所以最好是集成進(jìn)一個(gè)完整的MPEG2管線，而不是僅僅增加一個(gè)硬件電路。

NVIDIA的高清晰度視頻處理器中的高性能濾波器有五個(gè)水平和三個(gè)垂直抽頭，使GeForce2 GTS能將1080i和720p畫(huà)面降格為480p(SDTV下的分辨率)畫(huà)面，從而使得HDTV節(jié)目能在任何標(biāo)準(zhǔn)模擬電視上播放。具體的性能參數(shù)請(qǐng)參照最近的MadOnion 視頻2000基準(zhǔn)。那些希望看到HDTV節(jié)目但又沒(méi)有購(gòu)買(mǎi)價(jià)格不菲的HDTV設(shè)備的用戶就需配備GeForce2 GTS這種縮放引擎。

如要在逐行掃描顯示器上顯示隔行掃描內(nèi)容，必須將60場(chǎng)/秒轉(zhuǎn)換為30幀/秒逐行掃描內(nèi)容。去隔行掃描最通用的方法有兩種，其中一種方法是指將兩個(gè)相鄰的場(chǎng)結(jié)合起來(lái)生成一個(gè)幀，對(duì)靜態(tài)圖像而言，這種方法效果相當(dāng)好，但是對(duì)于運(yùn)動(dòng)圖像會(huì)產(chǎn)生令人討厭的羽毛狀(梳狀)干擾；另外一種方法是在垂直方向上對(duì)每場(chǎng)放大，對(duì)偶數(shù)場(chǎng)調(diào)整一條掃描線的位置，然后連續(xù)顯示。該方法能有效處理運(yùn)動(dòng)圖像，但是會(huì)造成畫(huà)面分辨率的損失從而產(chǎn)生閃爍干擾。播送圖像頂部的文字和靜止圖像時(shí)常就是這種干擾。

采用NVIDIA高清晰視頻處理器可以用后置管線生成兩個(gè)附加濾波器—去隔行掃描濾器和暫態(tài)濾波器，用來(lái)處理諸如制式為1080i的隔行掃描圖像。暫態(tài)濾波器對(duì)當(dāng)前幀和前一幀進(jìn)行混合調(diào)配，大大降低了后一種去隔行掃描導(dǎo)致的閃爍和抖動(dòng)干擾。去隔行掃描濾波器也支持類似的處理過(guò)程，它將一個(gè)場(chǎng)與它相對(duì)的另一個(gè)場(chǎng)混合處理，進(jìn)一步降低了隔行掃描產(chǎn)生的干擾。解碼器可根據(jù)運(yùn)動(dòng)向量在這兩個(gè)濾波器之間進(jìn)行智能切換，以在顯示器上實(shí)現(xiàn)最佳的1080i圖像顯示。

NVIDIA高清晰度視頻處理器有專用的基于硬件的色彩增強(qiáng)功能以去除視頻重疊效應(yīng)。這些彩色屬性包括亮度、對(duì)比度、色度和飽和度。NVIDIA的這些色彩增強(qiáng)功能提供了圖像調(diào)整的靈活性，但又不影響整個(gè)系統(tǒng)。

NVIDIA的高清晰視頻處理器還能在數(shù)字錄像機(jī)中實(shí)現(xiàn)高清晰節(jié)目的時(shí)移播放(timeshifting playback，即可以實(shí)現(xiàn)暫停、快進(jìn)、快退功能)。在市場(chǎng)上已經(jīng)有采用NVIDIA的高清晰視頻處理技術(shù)的數(shù)字錄像機(jī)，這種錄像機(jī)不僅能實(shí)現(xiàn)模擬和MPEG2標(biāo)準(zhǔn)清晰度(720×480，某些情況下為720×240)節(jié)目的時(shí)移播放，而且也能實(shí)現(xiàn)高清晰節(jié)目的時(shí)移播放。

本文小結(jié)

在美國(guó)，超過(guò)半數(shù)的電視臺(tái)能提供高清晰電視業(yè)務(wù)，所以高清晰電視播放正在成為最引人注目的視頻應(yīng)用之一。利用一個(gè)集成有NVIDIA高清晰度視頻處理器的簡(jiǎn)單、低成本數(shù)字接收卡，就能使主流的高性能處理器支持所有的18種ATSC制式(表1)。

GeForce2 GTS是第一個(gè)采用NVIDIA高清晰度視頻處理器技術(shù)的圖像處理單元，NVIDIA的高清晰視頻處理器技術(shù)將使HDTV和高清晰數(shù)字VCR應(yīng)用廣為普及。欲了解更多信息，請(qǐng)查閱：www.nvidia.com。