使用编解码器节省带宽、存储与成本

在广播及专业 AV 从采集到播放的整个系统中都可以找到各式各样的音视频编码器、解码器及转码器。摄像头传感器集成压缩编解码器,因而可以支持 RAW 格式。在后期制作、远程制作与投放、影院与 AV-over-IP 等应用场景中经常会用到中间或夹层编解码器。在消费者最终接触的播放环节也可找到支持有损 OTT 流媒体和 DTH 分配编码的编解码器。在各种情况下都需要在功率、成本、尺寸、视频质量、时延与通道密度之间进行利弊权衡。AMD 灵活应变的平台可以支持大部分现有及最新编解码器,结合全面集成的编解码器单元、AMD 联盟合作伙伴的 IP 核以及出色的硬件加速,助力打造最高可达 8K 的高性价比实时播放方案。

编解码器的发展历程

Evolution of Codecs

视频编解码器

H.264/H.265 (AVC/HEVC)

该编解码器具有很高的可配置性,可在比特率、质量、延迟以及功耗方面实现良好均衡

H.264/AVC/MPEG-4 第 10 部分是由 ITU-T 和 MPEG 联合视频团队制定的数字视频编解码标准。H.264 在提供相同图像质量的情况下比特率是 MPEG-2 的一半,广泛应用在各种标准的高清电视、IP 摄像头、PC 以及基于 Web 的流媒体平台和移动电话等领域。H.265/HEVC 是 ITU-T 推出的一种新的视频编码标准,旨在进一步提高编码质量,其目的是在画质与 H.264 相同的情况下,将比特率再降低 50%。此外,H.265 还支持 4K 和 8K 超高清视频。最近出现了许多新的编解码器,比如 VVC 和 LC-EVC 等,但 AVC 和 HEVC 是行业中非常成熟的“主力”编解码器,未来几年仍将保持主流地位,具有切实的可行性。

AMD 推出独具创新的 SoC 平台,集成了 H.264/H.265 硬视频编解码单元 (VCU)、可编程逻辑以及 Arm® 多处理器子系统。Zynq™ UltraScale+™ MPSoC 支持高达 4K60 4:2:2 10 位的同步编解码。第二代 Versal™ 系列自适应 SoC 支持高达 4K60 4:4:4 12 位的同步编解码,部分器件还在单个芯片上提供两个 VCU。VCU 可实现卓越的低延迟,非常适合各种投放及专业流媒体应用以及高密度多通道 OTT 编码器等场景。同时 VCU 具有很高的可配置性,可在比特率、质量、延迟以及功耗之间实现良好均衡。

JPEG 2000

获得艾美奖的 JPEG 2000 IP 核

JPEG 2000 是一种基于微波的图像编码系统,提供高度的可扩展性和可访问性。用户能够以任何质量(甚至是无损质量)对内容进行一次性编码,然后可以通过其它质量和分辨率或通过感兴趣的区域对其进行访问和解码。该系统不但能够处理多代编解码转换,还提供图像平稳降级处理,因此只会出现画面轻微模糊,而不是像 DCT 编解码器那样在画面中出现大色块失真现象。ISO 组织于 2000 年对该标准进行了标准化,新版本包含了超低时延 (ULL) 和高吞吐量 (HT) 模式等特性。JPEG 2000 是数字电影的强制压缩格式,并且广泛用于存档、投放(支持 ST 2022 AV-over-IP 并由 VSF TR-01 定义)以及专业音视频 IP 网络(可通过 1GE 链路传输 4K60)等领域。在 AMD 平台上实施 JPEG 2000,可实现在一体化器件上支持 4K 和 8K,这是以前标准 ASSP 无法实现的。将 AMD 平台与我们合作伙伴备受赞誉的 IP 核相结合 ,可以实现 JPEG 2000 图像以及高达 8K60 4:4:4 10 位视频的编码或解码,带来出色的画质、速度以及小巧紧凑的封装。

JPEG XS

一种用于替代无压缩视频的全新 ISO 编解码格式

由于不断提高的分辨率 (4K/8K)、更高的帧率、360° 采集以及更高质量的像素(例如 HDR),所有器件和基础设施都必须应对不断增加的数据量。无论是 AV-over-IP、虚拟现实、游戏、现场制作、远程制作,还是数字电影工作流程,JPEG XS 夹层编解码器标准都可应用于目前使用的任何无压缩视频。作为一种轻量级的图像编码系统,它在保持无损图像质量的同时,提供 2:1 到 12:1(甚至更高)的压缩比以及基于行的时延。该编解码器由 AMD 合作伙伴及 JPEG XS 的倡导者 intoPIX 提供,小巧的尺寸意味着它几乎可以用于 AMD 的任何平台,而且随着 JPEG XS 标准的发展,其灵活应变性可带来面向未来的优势。

TICO-XS FIP

将 JPEG XS 与 Flawless Imaging Profile (FIP) 结合在一起的全新编解码器

AMD 合作伙伴 intoPIX 全新打造 TicoXS FIP 编解码器以助力推动出色的 4K 及 8K AV 发布标准和工作流程。它可使用 Cat5e 线缆 (1GbE) 或无线链路(WiFi-6、60Ghz 等)通过 IP 网络传输 4K 和 8K 内容,在 AMD 平台上,不仅质量极佳、无时延,而且空间占用也很小。结合对 JPEG XS 的支持,FIP 编码方案带来更加出色的编码效率。它可针对复杂桌面以及自然内容保持无损质量,提供基于行的时延、高压缩比以及应对数据包丢失的错误屏蔽。主要应用场景包括无线 AV 与显示器、KVM、AV-over-IP(如 IPMX)以及游戏等。在质量、可靠性和用户体验方面带来卓越表现,助力用户打造可持续性更高的 AV 产品及工作流程。

Blackmagic Design IP10

所有未压缩的高清视频和 4K 10 位标准视频均能通过 10Gb 以太网以 30fps 或更低速率进行发送,但是如果要以 60fps 发送未压缩的 4K 10 位视频,则面临带宽不足问题。Blackmagic IP10 编解码器解决了这一问题!该编解码器完全开源,不收取许可证费用,在处理 8K 像素样本时可实现低延迟。此外,该编解码器非常小,只需使用很少的 AMD FPGA/SoC 资源,因此可确保 ST 2110 IP 视频产品保持较低成本。

Apple ProRes

多流实时编辑性能

Apple ProRes™ 是专业后期制作常用的一款编解码器。Apple ProRes 编解码器支持高达 4K 及 5K 的各种 4:2:2 和 4:4:4 格式,针对离线媒体工作流程中不同的使用场景提供不同的比特率和视频质量。

AMD 合作伙伴 IBEX Technologies 提供一系列 Apple ProRes 编解码器 IP 核,现已进入苹果授权产品名录,可提供基于 FPGA 的实施方案。

MPEG-5 (EVC, LCEVC) & H.266 (VVC)

下一代 ITU-T/MPEG 编解码器

该编解码器于 2020 年发布,MPEG-5 第 1 部分基本视频编码 (EVC) 的基本方案面向内容制作人免专利费提供,不过主要方案中的增强工具集(需支付专利费)能够实现更高的压缩性能。

与此同时,MPEG-5 第 2 部分低复杂度增强视频编码 (LCEVC) 旨在通过使用一个基本比特流和一个增强比特流来提高现有编解码器的压缩效率。一组 LCEVC 编解码器的输出实质上是一个增强层,当它与使用一个单独的编解码器(AVC 和 HEVC 等)编码的视频相结合时,会产生一个增强的视频流,带来更高的视频质量。

通用视频编码 (VVC) 是全新的 H.266 编码标准,与 HEVC 相比,压缩效率提高 30%-50%。VVC 的目标是更好地传输 4K、8K 甚至 16K 的超高清内容并提高对高动态范围 (HDR) 和 360°视频的支持。

EVC、VVC 和 LCEVC 仍然是全新的,需要时间来逐步成熟,但 AMD 合作伙伴 V-Nova 在 LCEVC 标准的开发中具有丰富的经验并且已经构建了一款容器化应用,现在可在 AMD Alveo PCIe 加速卡上评估和部署。

音频编解码器

先进专业音频编解码器的高性价比集成

AMD 平台使工程师能够将音频功能快速集成到产品中,从而实现产品差异化、更高的通道密度以及快速上市。设计者可以充分利用 AMD 平台所具有的 DSP 性能、带宽和功能来实现片上系统设计,这样无需使用独立组件即可执行各项音频处理任务,从而显著降低成本,这对于多通道音频应用而言尤为如此。AMD 可提供经济高效、自由灵活的解决方案来替代 ASSP 和 DSP,并且我们遍布世界各地的合作伙伴生态系统可提供各种音频和语音编解码器和回波消除器等。我们的联盟合作伙伴 Ittiam 可提供各种音频编解码器,从 AAC 和 USAC 到 MP3 和 WMA,无所不包,可运行在 ARM 处理器子系统上,非常适合基于 AMD Zynq 7000 SoC 或 Zynq UltraScale+ MPSoC 的集成型 AV 设计。