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標題: 【專題報導】網路影音世代來臨，H.264 技術應用無所不在 [打印本頁]
作者: Jim_Lin    時間: 2007-8-9 09:19 AM
標題: 【專題報導】網路影音世代來臨，H.264 技術應用無所不在
【專題報導】網路影音世代來臨，H.264 技術應用無所不在
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文/工研院資通所-洪淑萍
1 A: s& y$ h8 E* J隨著寬頻網路的普及，網路視訊正蔚為風潮，而強調高畫質的影音串流服務，更藉著寬頻網路正式走入數位家庭，成為客廳裡不可或缺的一個要角；在此同時，為兼顧高畫質視訊與相對有限的網路頻寬，視訊編解碼技術 (Video Codec) 扮演了相當重要的角色，在網路視訊的應用裡到處可見其蹤跡。
# N9 n  E4 A( b- i+ L+ a7 c4 s! Z
視訊編解碼技術，由早期的MPEG-1、MPEG-2 、MPEG-4一路進展到H.264，由於H.264 技術在視訊壓縮率以及視訊品質的上的表現優於其他技術，所以正逐步取代MPEG-4成為許多應用領域中的主流技術，包括 IPTV (Set-top Box)、次世代DVD/DVR、HDTV、數位監控、行動電視等，市場預估 2007 年MPEG-4/H.264 IC的產值可以達到出貨62,000 萬套，產值NTD 1,350億。
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4 P2 M2 n* E* v. ?% z9 t9 }0 e- D9 k+ g, S$ A; T: A4 T
圖一 全球MPEG-4/H.264 IC出貨與營收預測7 k- a& q8 W4 R/ l1 B* ^% O7 ^( h3 D

$ u4 I7 w. L, \

7 d. A) @5 y+ y  k8 d資料來源：In-Stat；拓樸產業整理 (2007/04)
( [/ f9 t" C: G7 O以下就各應用領域分別詳述H.264在其中之應用：" I9 w$ l0 T* _! u- q( P+ a
* ~5 z# ?, o1 g2 o
IPTV/ K! g* K$ \0 E5 ^2 F% H& N) h
網路電視 (IPTV) 利用寬頻網路，以「電視機＋機上盒 (Set-top Box)」為主要終端設備，為用戶提供包括電視節目在內的互動式多媒體服務的寬頻增值業務，IPTV能提供點播、廣播/ 直播、視訊通信、簡訊、資訊服務、遊戲等業務。
4 E/ B( C8 p. P+ |  w! ]
/ K( }0 y+ x& z) a& w2 M( I, u" E5 v( S9 ^" r% k: [! d% ^4 d( e
圖二 IPTV應用架構圖* ~3 I" i- m/ P7 v( V5 [

- b% y% s1 y3 p1 ?; A6 k- }1 D
" k" `; Y/ |, d1 u
資料來源：http://www.exfo.com
4 K  O( u5 J$ K# g) `3 ESet-top Box硬體架構包含兩大部分，一為由網路端擷取經H.264 編碼壓縮過的視訊串流資訊，另一部份則是經由H.264解碼後輸出至電視，其中，H.264編解碼的實際作法可為 Hardware Codec 或者Software Codec (以軟體指令於效能強大的CPU/DSP上執行 )。Set-top Box預估2007年出貨套數可達 0.92 億台。
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圖三 Set-top Box全球出貨預測& X+ p. b7 Q" q* t+ v
: v! x. Y, H$ V7 c# C4 y
) m9 g5 J5 t7 I+ A, C4 e+ g; _
資料來源：IBTS整理 (2006)
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IP視訊監控, M5 w$ X) i8 I; i( N; a& R
7 ^* ^* W. A7 G/ X) B4 B視訊監控產業由早期的類比閉路電視系統 (CCTV) 轉換為IP 視訊監視 (IP Camera)，其趨勢已是相當明顯，IP Camera的市場預估將有 87.9% 的年複合成長率，到2010年產值將達到55億美金。探究 IP Camera其中之技術，在影像編碼部分目前並存著Motion-JPEG以及MPEG -4兩 種標準，但從越來越多的新產品中可見H.264逐步取代MPEG-4 成為主流，主要是因為高階 IP Camera追求更高的frame rate以及高好的影像品質，使得 H.264技術逐漸嶄露頭角，目前在IP Camera中的H.264 encoder 一般均為Hardware IC 的形式，以便達到成本與效能最佳化。% m6 O8 M2 t  X8 X. |* x
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圖四 2006~2010年全球視訊監控市場預測
1 F% m$ @7 T- u6 [0 f& z* @& U3 u8 A
3 e3 h6 ]% l9 I" H

3 g, m6 s1 c8 Q3 h, v資料來源：IMS Research；拓墣產業研究所整理 (2007/07): U: x* F) n- @* |

6 E+ n" k) R6 v$ `- z數位相框 (Digital Frame)
; g: W4 U; L* V& y6 z! C7 n數位相框是2007 年相當熱門的一個產品，主要的功能訴求原本定位在取代傳統式的相片，隨著規格的演進，市面上強調支援無線傳輸，可播放網路視訊的產品也已經出現，未來將朝向配備MPEG-4/H.264視訊解碼技術。 2007 年有機會挑戰全年一千萬台出貨量，市場成長相當快速，也是台系IC設計業者蜂擁搶進的新藍海。8 z+ p; n4 [% ~' g% s1 N0 m) d
; m$ c" k3 L- i8 j7 D
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圖五 2006~2010年數位相框銷售量與成長率預測% e6 q) t) f) @; H3 H

( }  ^  y9 j; e+ G6 I, Z! o

/ j, E1 N, ]  |* J6 b( w資料來源：DG Inspire；拓墣產業研究所整理 (2007/03)1 W) |: H  H; p# s' ?

+ t9 T, h9 t2 z) O) N工研院發表H.264 完整解決方案，軟硬體一把抓
/ o6 D: y& s0 K. a4 M: g
/ C6 P3 q& j8 i6 T- B1 a6 x工研院資通所累積網路視訊編解碼多年開發經驗，繼MPEG-4 Codec IP 開發完成並實際移轉多家廠商的成功經驗，再接再厲推出H.264 S/W and H/W Codec IP，以最佳化的閘數目 (gate count) 與效能比 (performance)，改變H.264 長期倚賴國外技術支援的壟斷局面，有助於國內廠商降低成本，提升技術自主性，並取得市場有利的競爭地位，以下為詳細技術規格：3 l# ^- R9 c  N

4 G' j' e5 f5 e& ]H.264 Video Decoder IP Core
) M. `/ L& X" H( U) CFeatures
% r# D- G+ G; b( S$ w! b* E) d# I3 H+ c
●Decoder Elementary Stream compatible with the ISO / IEC 14496-10 specification2 w2 U9 c1 z9 m8 ^4 ?( P3 {
●Supports main Profile Levels L1 to L3 and thus baseline H.264. [+ h# E+ K+ @6 h% L4 v: P$ h
●Intra Prediction3 C: `( |4 ?/ l, A) i0 e& j* G# E
●16x16, 16x8, 8x16, 8x8, 4x8, 8x4, 4x4-MV(Motion Vector), Unrestricted MV
+ G9 k* T# q2 z- t* `* x●I-Slice / P-Slice prediction type
. f8 o! ]) U2 u# [/ a* V8 r' Q* l4 I●Scalable resolution up to XGA(Multiple of 16 in height and width)* P- h+ C; x. A  Z5 {1 N% q
●Frame Rate up to 352(288 @ 30 fps, 640(480 @ 30 fps, depends on working clock rate9 [- c2 i4 N5 @7 ~/ x" R) l3 L
●Support CCIR-656 YCbCr 4:2:0 and 4:2:2 raster video input/output
& v9 u/ H. q. J●Variable Length Decoding (CAVLC/CABAC)/ A  J3 Y% U  _4 X+ H) o$ a& b* J
●FPGA verification
, [8 F  t! o7 o+ N% j: [! e
Block Diagram
- _4 C, s0 s' K9 O7 V. s. `, | 5 T  k7 S" z5 f! e" h% P8 _* o5 x
0 n3 l' p) B5 X
ICL H.264 Video Encoder IP Core7 h8 @0 h! v. L7 w
Features
9 k/ b) K5 F0 U! g1 p/ U: q/ I* k: k! q- s
●Compatible with the ITU-T H.264 baseline profile* s" N$ p7 y; t  X0 p1 E3 q
●Fully 4’4 (9 modes) and 16’16 (4 modes) Intra predictions
* Y& I! D0 ~. h" L: V●Hierarchy Inter mode prediction
3 M: ]1 e% r% g0 F! Q* e, L; u$ {2 c( A. @; S* W6 G. J
1.- G2 b( M. Q$ Q) z: e
16 x16、16x8 、 8x16、 8x8 block modes+ d2 O! t3 @& Q9 a# N( t6 N
2.
/ e3 Q+ X0 v+ Q9 p" c1 G3 M% H, v8x 8、8x4 、 4x8、 4x4 sub-block modes
6 G2 H" T1 f+ V6 l
●! ~2 b( \& M; f4 D! D4 v8 r
I-VOP / P-VOP prediction type7 U: m' v2 _& _& p
●Free format resolution from QCIF to D1 or above (176’144 to above 720x480)' |7 r4 c1 L" p8 A- U
●Frame Rate up to 30 fps (352’288 to 720’480, depends on working clock rate)
( h2 N% w3 [% i●Support CCIR-656 YCbCr 4:2:0 and 4:2:2 raster video input/output
$ v# p. b1 ~/ R$ x: \; p/ G●Motion Estimation search range：-16 ~ +15 pixels down to quarter pixel
0 Y% @  D3 G0 T●CAVLC support& A& o. }$ T2 Y5 X- A* W' G/ f
●In-loop deblocking filter (easy to be online configured on and off)5 I6 \  }# D0 l
●AMBA 2.0 bus interface2 q" h" w$ {+ l1 _* I
●Optional constant bit rate output (control by host processor)
1 z* {2 V4 C7 N) A  X( ^2 k& Q●Driver for encoder configuration and application sample codes. |' }' L1 g' {; P! ], x
●FPGA verified and Silicon proven support6 c6 @  N" K% \1 o7 T$ q( J
●AHB bus at 133 MHZ for TSMC 0.18um Technology
! ]1 t. s0 q8 K9 \; t, F' L% A6 J# y4 f* j' P9 k9 ^6 _
Block Diagram* L! L6 W6 |& t3 I$ Q; Z! I# S4 M- U
Deliverable Items0 v3 ^* Q" q1 P/ ^, _7 r

! t+ A) S( n6 t2 e
●RTL source code (Verilog), Q% ?+ D* E" f0 m8 A, c9 V( S
●Testbench (self checking)
' k7 w- {' J/ H0 s●Simulation script& d+ P' @& E2 j1 P2 W$ v
●Synthesis script1 T  `+ K4 \1 x5 K7 O
●Documentation for training course
) s, B  t' \$ a) a  H3 R  u9 q
Competitiveness1 o" Y% L; H. S. n* j" h

) Z; x! `% `. d- z/ N0 P
●High compression efficiency compared with the standard reference software (JM)4 @( ~/ D4 Y7 q) C1 v: L, @% {
●Low power consumption
- M& [# I% s  V- c* v9 }( N●Low gate count for small die size$ b4 a2 v  B: }  R, f
●Easy to integrate with SOC platform with standard interfaces (AMBA, SDRAM or SRAM)
7 f3 w) G# A" @  D4 k2 _  g  z, a9 p# i4 V7 S$ l  Z* w& z1 X
Applications
, Q1 [6 A$ u' C3 E) U. a
! m% H9 h/ @: ?: W* m" N
●Surveillance video capturing
* e$ z! U0 T" Z1 e●IP video phone/conferencing  g+ a* n/ }: U, H2 s7 u* }
●Digital Camera / Digital Camcorder3 E7 R6 R: u* j+ t6 n, E1 `' j0 ?
●IP / Web Camera
0 Z5 x- ^; }5 M1 b+ @* B- ^) y●Personal Video Recorder
. A! i+ I8 b/ i●Streaming Processors
9 l, w' k. L0 l
" `+ R4 g1 F2 T. N9 o
聯絡窗口：
. Y8 ^0 E+ A' m2 r1 _$ a1 ^洪淑萍
; u% s: ~$ v* B$ v. B( e9 D通訊視訊技術規劃與推廣部
* q7 L) ?. [4 P) c/ A7 q: P4 h: FTel: 03-5914800
9 k: d8 h6 u" o4 q/ XFax: 03-58202402 `0 A( A/ _# w5 H3 w
Email: lisahung@itri.org.tw
+ @+ Q3 |4 h4 {4 e# n9 Y工研院資通所



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