GPU编解码引领4K2K显示大放异彩

    4K×2K时代将由多核心GPU大展身手。UHD移动装置已成为各大消费性电子品牌厂竞逐的重要战场，伴随着新一波UHD影像显示器的推出，高效率压缩影像的需求已随之兴起，业界解码技术能在不牺牲帧率的情况下提供理想影像品质，同时将多媒体处理工作卸载至GPU，降低CPU工作负担以及整体移动装置耗电。

    超高画质（UltraHD，UHD）4K×2K解析度是2013年所有消费电子展的共同主题。企业如乐金（LG）、三星（Samsung）、索尼（Sony）、东芝（Toshiba）及海信都是首先推出UHD智慧型电视的企业，具备不同尺寸的萤幕或显示器技术。但UHD规格不只可以应用在电视上，例如Panasonic在2013年消费电子展（CES）展示了以UHD横向电场效应（IPS）萤幕技术为基础的平板装置，而多家制造商则为专业市场生产UHD显示器。

    本文将评论最新能够处理UHD影像的网际网路协定（IP）多媒体处理器、应用市场，以及如何被有效率的运用在移动及嵌入式装置上以丰富播放内容。

    创造UHD内容的市场概况

    首先，如果先观察推动超高画质的因素，以及广电业如何采用UHD规格创造内容，马上就会看到大部分大型电影公司，如派拉蒙（Paramount）、华纳兄弟（WarnerBros.）、二十世纪福斯（20thCenturyFox）及索尼影业（SonyPictures）等，已开始运用UHD技术了。

    2013年UHD电视已纷纷出笼。

    电影如蜘蛛人：惊奇再起（AmazingSpider-Man）、龙纹身的女孩（TheGirlwiththeDragonTattoo）及哈比人：意外旅程（TheHobbit）全都以UHD格式拍摄，因此UHD格式的内容已逐渐开始在电影院上映。YouTube的用户自2010年起也已经可以上传UHD影片，而Sony宣称“大家对三维（3D）影片的意见似乎很分歧，但对UHD影片则都持正面看法”。

    佳能（Canon）也在努力推动UHD规格，推出许多新的专业及数位单眼（DSLR）相机上市。Canon利用这些活动促销一系列世界知名及独立导演的短片，以展示此新技术的潜力。

    但由于UHD影片须伴随着新一波的影像装置推出市场，因此有不少因素会影响到采用UHD的速度。电影院是最初能使用UHD内容的理想地点，但基础设施则须要较多的更新处理，因为较旧的投影机和UHD并不相容，同时并列一起使用多部的2K投影机并不能产生UHD的效果，这就像使用多投影机式的大银幕投影系统来放映超高解析度和超大萤幕的电影（IMAX）一样，是行不通的。

    当然，新技术被广泛的采用要花一段时间，广电业及播放内容的传送链必须组装所需要的设备和基础设施以支援UHD的播放；原始设备制造厂（OEM）须制造可解码及显示播放内容的UHD电视、机上盒（STB）及媒体播放器。消费者在设备升级时，也必须准备接受另一个“数位技术的转换”（DigitalSwitchover）。

    在观察3D技术被市场接受的过程中可以发现，电影院是主要的市场驱动力。某些影迷在观赏过3D电影后热衷于在家中再创造同样的经验，因而很快的3D电视便开始出现于消费市场。UHD应该也是类似的状况，尤其是在影像压缩技术持续改善，而大型有机发光二极体（OLED）萤幕概念成真的情况下。

    此过程将类似由标准解析度（SD）到高画质（HD）的经验。如果可以在影片数据传输时充分利用硬体的力量加以编码及解码，这些影片可以表现出惊人的品质。如果运用绘图处理再加上影像解码技术，可增加不少其他优点，如影像稳定、像素层次亮度/对比的修正，和其他后制处理的一些选项。

    业界PowerVR影像处理器和PowerVR绘图处理器的IP核心已能以稳定而持续的高帧率（HighFrameRate）处理高画质内容，并创造出令人屏息的影像。

    HEVC--UHD/无线显示推动者

    影像编码技术须要改善，才能以具成本效益的方式传送UHD内容。如预期，新的影像编码及解码H.265标准（也称为HEVC）已获得市场青睐。在一些展览中已有不少厂商展示HEVCUHD内容。

    移动影像转码也愈来愈受欢迎。例如英特尔（Intel）的AtomZ2420--Lexington智慧型手机处理器及AtomZ2760--CloverTrail系统单晶片（SoC）都包含PowerVR绘图及影像处理器，显示英特尔致力于提供移动及嵌入市场完整的多媒体解决方案。

    UHD解析度提高了对高效率压缩的要求，不论是经由播放或是网路上频宽有限的频道。同样的原则也适用在PowerVR解码技术，该技术能提供UHD 60fps，以无线显示要求的高位元率（Bitrate）运作的水准。即使在4，096×1，744（2.35:1）所需的230Mbit/s极端位元率的情况下，该技术还是能提供理想影像品质，不必牺牲帧率。

    HEVC技术也整合先进误差处理及隐藏参数（ConcealmentAlgorithm）以最佳化解决方案，特别能改善易受传输问题影响的萤幕显示应用。不仅如此，该快速成长的市场也需要可支援多个标准和多重串流能力的处理器核心，因为装置制造商一直都想要将最新及最好的多媒体选项整合进产品中。

    最近硅智财业者已推出影像相关产品线，如D4500MP和E4500MP，它们在整个处理流程中不但能维持品质，并支援对于高品质无线显示颇为重要的4:4：4及4:2：2彩色解析度，因为它们大部分须要由三原色（RGB）转换到YCbCr。例如简单地混合影像及绘图处理，视控调整显示功能（On-screenDisplay，OSD），没有4:4：4编码，会造成很糟的显示效果，因此，增加影像处理器核心的色彩深度和解析度，不只将提供客户其产品差异化的途径，也进一步增加运算效率，因为核心内大多数的影像处理是以10位元为单位。

    例如，最近发表的UHD电视标准--国际电信联合会无线通讯组（ITU-R）BT.2020便具备更多的色彩选择，并增加位元深度（BitDepth），因此在电视上展现的画面明显地比较好。虽然BT.2020仍在开发中，其带来的优点会影响到UHD电视和HEVC更快速而广泛地采用10位元色彩。

    以上的优点大多和画面品质有关，但运用业界处理器核心最大的益处是整体系统耗电。主机中央处理器（CPU）将较密集的多媒体处理工作卸载到影像解码/编码核心，可重新聚焦于其他工作上，甚至进入待机状态，因此可以减少耗电，尽量拉长电池寿命，并增加计算平台的反应度。

    搭载高效能GPU超高画质智慧型电视应用多元化

    现代绘图处理核心支援广泛的绘图及计算的应用程式介面（API），可处理影像及加强由绘图处理器（GPU）操作的影像解码作业，因此卸载了主要CPU的工作，降低耗电及增加整体系统的效能。

    在消费电子“智慧”革命的中心，高效能、超低耗电量的绘图IP核心已扮演愈来愈重要的角色，这些GPU逐渐成为针对智慧型电视及机上盒系统单晶片设计的标准。例如，LG的H13处理器是第一个可运作UHD并以PowerVRSeries6绘图核心为主的平台；此平台的目标为高阶智慧型电视，提供每秒超过一千亿次浮点运算（100GFLOPS）运算效能，同时为超高画质解析度提供适切的填充率（Fillrate）。

    未来的智慧型电视的介面会逐渐结合API，加上高效能硬体，在游戏中带来近似相片般真实的效果、改善使用者的导览过程，并提供优异的使用者介面（UI）。

    以下只是智慧型电视某些强化的功能，并可在同一个GPU运用绘图和运算API达成这些功能：

    进阶游戏功能

    只要在平板电脑、智慧型手机，甚至游戏机中含有内嵌的高效能、低功耗绘图处理器，所有的电子游戏，都很容易就可这些装置之间转移并使用。

    把影片和照片当贴图处理

    简单地编辑相片、生动地表现频道的变更、使用者定义的客制UI及子母画面效果等。

    手势识别及控制输入处理（声控、脸部识别）

    主要应用在社交媒体、视讯会议或电子节目导览（EPG）个人化及推荐上确认使用者；父母甚至可以过滤不适合小孩看的内容。

    对使用者自行产生的内容的进行后制处理演算

    例如影像及影片的稳定。

    为视觉障碍者转换影片格式

    例如将影像转换成高对比颜色。企业可以发展声控技术的进阶版。利用GPU的计算能力来执行语音处理，智慧型电视就可识别语言自然的语法，并提供一致的搜寻选项，可同时过滤随选视讯（VoD）服务、搜寻引擎、外部装置及其他装置所产出的结果。

    藉由提供超越基本3D绘图API的OpenGLES功能，高效能GPU将可支援进阶的视觉运算，如移位及灯光的贴图、异位性光照（AnisotropicLighting）、变形效果处理（DeformationEffects）（去除UI页面）、影像弯曲（FrameBending）、不透明（Opacity）与半透明（“后视”及“透视”效果）及弗芮耳反射（FresnelReflections）（光线在液面反射的效果），为消费产品提供视觉震撼及特色丰富的经验。

    整体而言，一般预期2013年为UHD规格开花结果的一年，由内容到播放都会是UHD格式。因此配备HEVC影像解码及编码，加上先进的绘图功能之系统单晶片解决方案就变得很重要。事实上，PowerVRSeries5XT和Series6GPU已经可以处理UHD格式，同时PowerVRVideoSeries4IP也已经支援业界被广泛使用的标准码H.264、VP8、MPEG-4和其他许多标准；未来的PowerVR影像处理器也会增加支援HEVC的功能。

    客户只要选择适合的IP即可开发出以低耗电及高效率为最佳化原则所建构的UHD解决方案。当然，UHD产品的开发还需要软体的搭配，其中包括最佳化驱动程式、智慧演算法及开发商技术支援，对加速推动市场来说，这些全都是重要因素。