GPU編解碼引領(lǐng)4K2K顯示技術(shù)大放異彩

4K×2K時(shí)代將由多核心GPU大展身手。UHD移動(dòng)裝置已成為各大消費(fèi)性電子品牌廠競逐的重要戰(zhàn)場，伴隨著新一波UHD影像顯示器的推出，高效率壓縮影像的需求已隨之興起，業(yè)界解碼技術(shù)能在不犧牲幀率的情況下提供理想影像品質(zhì)，同時(shí)將多媒體處理工作卸載至GPU，降低CPU工作負(fù)擔(dān)以及整體移動(dòng)裝置耗電。

超高畫質(zhì)（UltraHD，UHD）4K×2K解析度是2013年所有消費(fèi)電子展的共同主題。企業(yè)如樂金（LG）、三星（Samsung）、索尼（Sony）、東芝（Toshiba）及海信都是首先推出UHD智慧型電視的企業(yè)，具備不同尺寸的螢?zāi)换蝻@示器技術(shù)。但UHD規(guī)格不只可以應(yīng)用在電視上，例如Panasonic在2013年消費(fèi)電子展（CES）展示了以UHD橫向電場效應(yīng)（IPS）螢?zāi)患夹g(shù)為基礎(chǔ)的平板裝置，而多家制造商則為專業(yè)市場生產(chǎn)UHD顯示器。

本文將評論最新能夠處理UHD影像的網(wǎng)際網(wǎng)路協(xié)定（IP）多媒體處理器、應(yīng)用市場，以及如何被有效率的運(yùn)用在移動(dòng)及嵌入式裝置上以豐富播放內(nèi)容。

　　創(chuàng)造UHD內(nèi)容的市場概況

首先，如果先觀察推動(dòng)超高畫質(zhì)的因素，以及廣電業(yè)如何采用UHD規(guī)格創(chuàng)造內(nèi)容，馬上就會(huì)看到大部分大型電影公司，如派拉蒙（Paramount）、華納兄弟（WarnerBros.）、二十世紀(jì)福斯（20thCenturyFox）及索尼影業(yè)（SonyPictures）等，已開始運(yùn)用UHD技術(shù)了。

2013年UHD電視已紛紛出籠。

電影如蜘蛛人：驚奇再起（AmazingSpider-Man）、龍紋身的女孩（TheGirlwiththeDragonTattoo）及哈比人：意外旅程（TheHobbit）全都以UHD格式拍攝，因此UHD格式的內(nèi)容已逐漸開始在電影院上映。YouTube的用戶自2010年起也已經(jīng)可以上傳UHD影片，而Sony宣稱「大家對三維（3D）影片的意見似乎很分歧，但對UHD影片則都持正面看法」。

佳能（Canon）也在努力推動(dòng)UHD規(guī)格，推出許多新的專業(yè)及數(shù)位單眼（DSLR）相機(jī)上市。Canon利用這些活動(dòng)促銷一系列世界知名及獨(dú)立導(dǎo)演的短片，以展示此新技術(shù)的潛力。

但由于UHD影片須伴隨著新一波的影像裝置推出市場，因此有不少因素會(huì)影響到采用UHD的速度。電影院是最初能使用UHD內(nèi)容的理想地點(diǎn)，但基礎(chǔ)設(shè)施則須要較多的更新處理，因?yàn)檩^舊的投影機(jī)和UHD并不相容，同時(shí)并列一起使用多部的2K投影機(jī)并不能產(chǎn)生UHD的效果，這就像使用多投影機(jī)式的大銀幕投影系統(tǒng)來放映超高解析度和超大螢?zāi)坏碾娪埃↖MAX）一樣，是行不通的。

當(dāng)然，新技術(shù)被廣泛的采用要花一段時(shí)間，廣電業(yè)及播放內(nèi)容的傳送鏈必須組裝所需要的設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施以支援UHD的播放；原始設(shè)備制造廠（OEM）須制造可解碼及顯示播放內(nèi)容的UHD電視、機(jī)上盒（STB）及媒體播放器。消費(fèi)者在設(shè)備升級時(shí)，也必須準(zhǔn)備接受另一個(gè)「數(shù)位技術(shù)的轉(zhuǎn)換」（DigitalSwitchover）。

在觀察3D技術(shù)被市場接受的過程中可以發(fā)現(xiàn)，電影院是主要的市場驅(qū)動(dòng)力。某些影迷在觀賞過3D電影后熱衷于在家中再創(chuàng)造同樣的經(jīng)驗(yàn)，因而很快的3D電視便開始出現(xiàn)于消費(fèi)市場。UHD應(yīng)該也是類似的狀況，尤其是在影像壓縮技術(shù)持續(xù)改善，而大型有機(jī)發(fā)光二極體（OLED）螢?zāi)桓拍畛烧娴那闆r下。

此過程將類似由標(biāo)準(zhǔn)解析度（SD）到高畫質(zhì)（HD）的經(jīng)驗(yàn)。如果可以在影片數(shù)據(jù)傳輸時(shí)充分利用硬體的力量加以編碼及解碼，這些影片可以表現(xiàn)出驚人的品質(zhì)。如果運(yùn)用繪圖處理再加上影像解碼技術(shù)，可增加不少其他優(yōu)點(diǎn)，如影像穩(wěn)定、像素層次亮度/對比的修正，和其他后制處理的一些選項(xiàng)。

業(yè)界PowerVR影像處理器和PowerVR繪圖處理器的IP核心已能以穩(wěn)定而持續(xù)的高幀率（HighFrameRate）處理高畫質(zhì)內(nèi)容，并創(chuàng)造出令人屏息的影像。

　　HEVC--UHD/無線顯示推動(dòng)者

影像編碼技術(shù)須要改善，才能以具成本效益的方式傳送UHD內(nèi)容。如預(yù)期，新的影像編碼及解碼H.265標(biāo)準(zhǔn)（也稱為HEVC）已獲得市場青睞。在一些展覽中已有不少廠商展示HEVCUHD內(nèi)容。

移動(dòng)影像轉(zhuǎn)碼也愈來愈受歡迎。例如英特爾（Intel）的AtomZ2420--Lexington智慧型手機(jī)處理器及AtomZ2760--CloverTrail系統(tǒng)單晶片（SoC）都包含PowerVR繪圖及影像處理器，顯示英特爾致力于提供移動(dòng)及嵌入市場完整的多媒體解決方案。

UHD解析度提高了對高效率壓縮的要求，不論是經(jīng)由播放或是網(wǎng)路上頻寬有限的頻道。同樣的原則也適用在PowerVR解碼技術(shù)，該技術(shù)能提供UHD 60fps，以無線顯示要求的高位元率（Bitrate）運(yùn)作的水準(zhǔn)。即使在4，096×1，744（2.35:1）所需的230Mbit/s極端位元率的情況下，該技術(shù)還是能提供理想影像品質(zhì)，不必犧牲幀率。

HEVC技術(shù)也整合先進(jìn)誤差處理及隱藏參數(shù)（ConcealmentAlgorithm）以最佳化解決方案，特別能改善易受傳輸問題影響的螢?zāi)伙@示應(yīng)用。不僅如此，該快速成長的市場也需要可支援多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)和多重串流能力的處理器核心，因?yàn)檠b置制造商一直都想要將最新及最好的多媒體選項(xiàng)整合進(jìn)產(chǎn)品中。

最近矽智財(cái)業(yè)者已推出影像相關(guān)產(chǎn)品線，如D4500MP和E4500MP，它們在整個(gè)處理流程中不但能維持品質(zhì)，并支援對于高品質(zhì)無線顯示頗為重要的4:4：4及4:2：2彩色解析度，因?yàn)樗鼈兇蟛糠猪氁扇≧GB）轉(zhuǎn)換到Y(jié)CbCr。例如簡單地混合影像及繪圖處理，視控調(diào)整顯示功能（On-screenDisplay，OSD），沒有4:4：4編碼，會(huì)造成很糟的顯示效果，因此，增加影像處理器核心的色彩深度和解析度，不只將提供客戶其產(chǎn)品差異化的途徑，也進(jìn)一步增加運(yùn)算效率，因?yàn)楹诵膬?nèi)大多數(shù)的影像處理是以10位元為單位。

例如，最近發(fā)表的UHD電視標(biāo)準(zhǔn)--國際電信聯(lián)合會(huì)無線通訊組（ITU-R）BT.2020便具備更多的色彩選擇，并增加位元深度（BitDepth），因此在電視上展現(xiàn)的畫面明顯地比較好。雖然BT.2020仍在開發(fā)中，其帶來的優(yōu)點(diǎn)會(huì)影響到UHD電視和HEVC更快速而廣泛地采用10位元色彩。

以上的優(yōu)點(diǎn)大多和畫面品質(zhì)有關(guān)，但運(yùn)用業(yè)界處理器核心最大的益處是整體系統(tǒng)耗電。主機(jī)中央處理器（CPU）將較密集的多媒體處理工作卸載到影像解碼/編碼核心，可重新聚焦于其他工作上，甚至進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，因此可以減少耗電，盡量拉長電池壽命，并增加計(jì)算平臺的反應(yīng)度。

搭載高效能GPU超高畫質(zhì)智慧型電視應(yīng)用多元化

現(xiàn)代繪圖處理核心支援廣泛的繪圖及計(jì)算的應(yīng)用程式介面（API），可處理影像及加強(qiáng)由繪圖處理器（GPU）操作的影像解碼作業(yè)，因此卸載了主要CPU的工作，降低耗電及增加整體系統(tǒng)的效能。

在消費(fèi)電子「智慧」革命的中心，高效能、超低耗電量的繪圖IP核心已扮演愈來愈重要的角色，這些GPU逐漸成為針對智慧型電視及機(jī)上盒系統(tǒng)單晶片設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。例如，LG的H13處理器是第一個(gè)可運(yùn)作UHD并以PowerVRSeries6繪圖核心為主的平臺；此平臺的目標(biāo)為高階智慧型電視，提供每秒超過一千億次浮點(diǎn)運(yùn)算（100GFLOPS）運(yùn)算效能，同時(shí)為超高畫質(zhì)解析度提供適切的填充率（Fillrate）。

未來的智慧型電視的介面會(huì)逐漸結(jié)合API，加上高效能硬體，在游戲中帶來近似相片般真實(shí)的效果、改善使用者的導(dǎo)覽過程，并提供優(yōu)異的使用者介面（UI）。

以下只是智慧型電視某些強(qiáng)化的功能，并可在同一個(gè)GPU運(yùn)用繪圖和運(yùn)算API達(dá)成這些功能：

●進(jìn)階游戲功能

只要在平板電腦、智慧型手機(jī)，甚至游戲機(jī)中含有內(nèi)嵌的高效能、低功耗繪圖處理器，所有的電子游戲，都很容易就可這些裝置之間轉(zhuǎn)移并使用。

●把影片和照片當(dāng)貼圖處理

簡單地編輯相片、生動(dòng)地表現(xiàn)頻道的變更、使用者定義的客制UI及子母畫面效果等。

●手勢識別及控制輸入處理（聲控、臉部識別）

主要應(yīng)用在社交媒體、視訊會(huì)議或電子節(jié)目導(dǎo)覽（EPG）個(gè)人化及推薦上確認(rèn)使用者；父母甚至可以過濾不適合小孩看的內(nèi)容。

●對使用者自行產(chǎn)生的內(nèi)容的進(jìn)行后制處理演算

例如影像及影片的穩(wěn)定。

●為視覺障礙者轉(zhuǎn)換影片格式

例如將影像轉(zhuǎn)換成高對比顏色。

企業(yè)可以發(fā)展聲控技術(shù)的進(jìn)階版。利用GPU的計(jì)算能力來執(zhí)行語音處理，智慧型電視就可識別語言自然的語法，并提供一致的搜尋選項(xiàng)，可同時(shí)過濾隨選視訊（VoD）服務(wù)、搜尋引擎、外部裝置及其他裝置所產(chǎn)出的結(jié)果。

藉由提供超越基本3D繪圖API的OpenGLES功能，高效能GPU將可支援進(jìn)階的視覺運(yùn)算，如移位及燈光的貼圖、異位性光照（AnisotropicLighting）、變形效果處理（DeformationEffects）（去除UI頁面）、影像彎曲（FrameBending）、不透明（Opacity）與半透明（「后視」及「透視」效果）及弗芮耳反射（FresnelReflections）（光線在液面反射的效果），為消費(fèi)產(chǎn)品提供視覺震撼及特色豐富的經(jīng)驗(yàn)。

整體而言，一般預(yù)期2013年為UHD規(guī)格開花結(jié)果的一年，由內(nèi)容到播放都會(huì)是UHD格式。因此配備HEVC影像解碼及編碼，加上先進(jìn)的繪圖功能之系統(tǒng)單晶片解決方案就變得很重要。

事實(shí)上，PowerVRSeries5XT和Series6GPU已經(jīng)可以處理UHD格式，同時(shí)PowerVRVideoSeries4IP也已經(jīng)支援業(yè)界被廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)碼H.264、VP8、MPEG-4和其他許多標(biāo)準(zhǔn)；未來的PowerVR影像處理器也會(huì)增加支援HEVC的功能。

客戶只要選擇適合的IP即可開發(fā)出以低耗電及高效率為最佳化原則所建構(gòu)的UHD解決方案。當(dāng)然，UHD產(chǎn)品的開發(fā)還需要軟體的搭配，其中包括最佳化驅(qū)動(dòng)程式、智慧演算法及開發(fā)商技術(shù)支援，對加速推動(dòng)市場來說，這些全都是重要因素。