Предварительный обзор технологии Avivo

 

Игорь Лагунов (Buntar)

28.09.2005

 

 

Вступление

 

Технология Avivo была ранее известна по витавшим в Сети слухам под рабочими именами "Clarity" и "Kaleidoscope". При этом слово "Kaleidoscope" очень часто звучало вместе с упоминаниями новой серии графических чипов, основанных на архитектуре R520. Чтобы новые технологии Avivo не прошли незамеченными во время анонсов новых графических чипов, ATI решилась предоставить информацию о них несколько ранее ожидаемого срока.

Растущие возможности по работе с мультимедиа на ПК привели к появлению моделей ПК, используемых исключительно в качестве медиа-центров в составе домашних кинотеатров, а также к приходу видео высокого разрешения (HD) на ПК (с телевидения, передаваемого по кабельным и другим подобным сетям, а вскоре и с дисков новых форматов Blu-ray и HD-DVD). Повсеместное распространение цифровых фотокамер также повлияло на важность вывода качественного изображения на дисплеи. Технология ATI Avivo появилась в ответ на эти запросы рынка и призвана повысить качество и производительность при работе с мультимедиа на ПК.

Целый спектр новых технологий Avivo включает в себя как технологии по захвату и сжатию видеоизображения через чипы серии Theater, так и новый конвейер, выполняющий его декодирование, постобработку и вывод на экран. Новый конвейер будет присутствовать во всех графических чипах ATI следующего поколения, от интегрированных решений до Hi-End чипов R520.

 

Видеоконвейер: общий вид

 

От появления видеосигнала в системе до момента, когда изображение поступает на экран телевизора или монитора ПК, сигнал проходит несколько стадий обработки и смен формата представления. Это относится не только к ПК, но и к бытовой электронике с обработкой видеосигнала. Процесс прохождения стадий называют видеоконвейером. Рассмотрим основные стадии видеоконвейера, добавив в нашу схему устройство отображения (дисплей):

 

 

Не все устройства имеют или используют полный видеоконвейер. Например, ПК, не имеющий ТВ-тюнера или карты видеозахвата, не будет иметь возможностей захвата аналогового видеоизображения. Рассмотрим примеры возможных конфигураций:

 

 

Здесь (выше) устройство, подключенное к телевизору, выполняет все стадии обработки видео.

 

 

Здесь ПК занимается захватом, оцифровкой, сжатием и кодированием видео, отправляет его на мобильное устройство (возможно, предварительно перекодировав его в формат, поддерживаемый устройством), а мобильное устройство декодирует, обрабатывает и выводит видеопоток на дисплей.

Компания ATI, имея широкий ассортимент собственных продуктов, покрывающий практически все стадии конвейера, оказалась в очень удачной ситуации. Помимо графических чипов, она миллионами выпускает и продает чипы серий Theater (используются для захвата видео на видеокартах, а также в бытовой электронике) и Xilleon (управляют дисплеями ТВ).

 

Захват и сжатие

Захват

Захват аналогового видеоизображения выполняется чипами серии Theater. Качество полученного на этой стадии цифрового видеопотока определяет максимальное качество для всех последующих стадий конвейера, поэтому ATI уделила особое внимание видеозахвату при разработке Avivo:

  • Автоматическая регулировка усиления (Automatic Gain Control)

Автоматически оценивает и динамически усиливает сигнал, чтобы получить правильный контраст цветов и максимальную яркость изображения. Сигнал усиливается ровно настолько, насколько это необходимо.

 

Технология Avivo AGC (слева) гарантирует правильную яркость и не допускает "вымытых" цветов.

 

  • 12-битные АЦП

Аналого-цифровые преобразователи повышенного разрешения увеличивают детализацию для улучшенной внутренней обработки.

 

"12-битное аналого-цифровое преобразование Avivo (слева) против 9-ти или 10-битного"

 

Именно в таком виде ATI представляет нам преимущества новых 12-битных АЦП. Несомненно, более точные АЦП способны увеличить детализацию для улучшенной внутренней обработки сигнала, но за такое представление результата работы 9-ти или 10-битного АЦП маркетологам ATI надо дать "медаль"! Хотя они и оговаривают, что это сравнение с АЦП "низкого качества", они не желают упоминать о том, что в достаточно дорогой бытовой электронике используется обработка с точностью 8 бит на цвет, к качеству которой никто не придирается.

  • 3D Comb Filtering

Технология Comb Filtering разделяет яркостную и цветовую компоненты сигнала, если источник транслирует их вместе (например, в традиционном телевидении или по композитному подключению). Обычные фильтры ("2D" Comb) просто разделяют эти сигналы для каждого отдельного кадра, в то время как Avivo использует третье измерение (время) для более качественного разделения.

 

Фильтрация Avivo 3D Comb (слева) против обычной.

 

  • Аппаратное понижение шума

Снижение шума ("снега") в картинке. Кроме повышения качества изображения способствует улучшению компрессии в дальнейшем.

Прием радиочастотного цифрового телевещания также был улучшен возможностью подавления побочных источников сигнала (которых может быть целое множество, особенно в местностях с большим количеством зданий или сложным ландшафтом).

Продукты с технологиями захвата Avivo включают в себя устройство TV Wonder Elite и некоторые другие продукты, базирующиеся на чипе Theater 550 Pro. Чипы Theater T3xx и Nxtwave являются цифровыми демодуляторами, нацеленными на рынок цифрового ТВ, но, несмотря на это, они реализованы и в устройстве для ПК под названием HDTV Wonder и тоже поддерживают возможности Avivo по захвату.

 

Сжатие (компрессия)

 

После захвата аналогового видеоизображения его необходимо сжать. Наиболее распространенным кодеком для сжатия видео "на лету" сейчас является MPEG-2. Новый чип с технологиями захвата Avivo - Theater 550 Pro - осуществляет полностью аппаратное сжатие в MPEG-2, разгружая центральный процессор и обеспечивая максимальное качество сжатого видео. Нынешние видеокарты All-In-Wonder осуществляют сжатие в MPEG-2 программно. Новое же поколение плат AIW, базирующееся как раз на новом чипе серии Theater, должно появиться в следующем году и будет поддерживать аппаратное сжатие MPEG-2.

В дополнение к аппаратному сжатию видео в MPEG-2, поддерживаемому Avivo тюнерами и демодуляторами, новые графические чипы с поддержкой Avivo смогут несколько ускорить пережатие видео из одного формата в другой, работая совместно со специальным ПО.

 

Декодирование, постобработка, вывод изображения

 

Декодирование, постобработку и вывод изображения лучше всего доверить видеокартам. Данная часть описания технологий Avivo относится к ожидаемым в самое ближайшее время графическим чипам.

 

Декодирование (декомпрессия)

 

Графические чипы ATI имеют специальные блоки для осуществления аппаратного декодирования видео и являются очень гибкими в плане поддержки различных оптимизаций и разных видео кодеков. Нынешние видеокарты ATI способны аппаратно декодировать MPEG-2, WMV9 и DivX.

Продукты Avivo получат также поддержку аппаратного декодирования H.264. Поддержка данного кодека вскоре станет очень важна, так как он обеспечивает повышенное качество изображения одновременно с повышением степени сжатия, и был принят для использования вместе с новыми оптическими носителями информации форматов Blu-ray и HD-DVD.

Повышенная степень компрессии у кодека H.264 требует повышенной вычислительной мощности процессора при распаковке. Настолько повышенной, что современные процессоры не способны проигрывать видео высокого разрешения, сжатого в H.264, самостоятельно. Новые графические чипы ATI возьмут на себя осуществление большей части процесса декомпрессии H.264. Представители ATI сообщают, что загрузка центрального процессора будет в районе 30% на Pentium 3.2 GHz.

 

Постобработка

 

Постобработка предназначена для улучшения качества выводимого на экран видео и зависит от используемого типа дисплея. Она включает такие операции как деинтерлейсинг, масштабирование изображения, изменение количества кадров в секунду и цветовая коррекция.

Интерлейсинг (разбиение кадра на два поля, каждое из которых имеет только половину от общего количества строк) использовался с самого начала трансляции видео, но сейчас большинство устройств отображения (включая практически любой дисплей ПК) используют прогрессивную развёртку. Отсюда возникает необходимость в переводе чересстрочного видеоизображения в прогрессивное при помощи процесса, называемого деинтерлейсингом. Процесс этот не стандартизирован, и разные производители могут использовать разные методы для реализации деинтерлейсинга. Простые методы очень часто оставляют артефакты в виде неровных линий:

 

Простой метод деинтерлейсинга (слева) против более продвинутого.

 

Большинство графических чипов используют продвинутые методы деинтерлейсинга, основанные на адаптивных техниках. С Avivo ATI пошла ещё дальше, представив векторно-адаптивную (vector adaptive) технологию. Следуя этому алгоритму, графический чип выбирает наилучшие данные, по которым строит прогрессивный кадр. Когда движение объекта в видео определяется как медленное, используются данные полей, в другом случае используется интерполяция между несколькими векторами. По заявлениям ATI, этод метод деинтерлейсинга сильно повышает качество изображения даже в таких "тяжелых" случаях, как отображение диагональных линий, расположенных под малыми углами.

Технология Avivo также включает возможности аппаратного масштабирования изображения. Узел предварительного масштабирования позволяет изображать содержимое в разрешении, запрашиваемом приложением (для вставки в окно проигрывателя, например). Узел постмасштабирования приводит разрешение отображаемого содержимого к разрешению используемого дисплея, и будет описан подробнее далее в тексте.

 

Вывод изображения

 

Данный пункт описания совокупности технологий Avivo относится к соединению между графическим чипом и устройством отображения (монитором или ТВ). Это соединение состоит из двух частей: собственно, "железного" интерфейса, используемого при соединении, и любой дополнительной обработки, выполняемой графическим чипом с учётом конкретного используемого дисплея.

Разные дисплеи могут отличаться по следующим характеристикам:

  • гамма-чувствительность
  • цветовое пространство (RGB или YPrPb)
  • цветовая чувствительность и точка белого
  • разрешение и соотношение сторон экрана
  • глубина цвета (бит на цвет)
  • временные задержки (тайминги)

Контроллеры дисплеев в нынешних графических чипах выполняют необходимые операции в ограниченном виде (например, гамма-коррекция низкой точности, ограниченные возможности масштабирования).

ПК имеют следующие аналоговые и цифровые коннекторы:

  • аналоговые: S-Video, композитный, VGA, компонентный (D-коннектор)
  • цифровые: DVI, HDMI, LVDS (внутренний интерфейс ноутбуков)

От качества и возможностей коннекторов и контроллера дисплеев зависит не только качество отображаемого видео, но и качество отображаемой 2D и 3D графики.

 

Двойной 10-битный конвейер дисплея

 

Переходим к описанию новшеств, принесенных Avivo. Так, технология Avivo Display Engine включает два симметричных конвейера для поддержки двух дисплеев, независимых друг от друга:

 

Общая диаграмма архитектуры Avivo Display Engine.

 

Предыдущие графические чипы ATI уже имели RAMDAC'и с разрешением 10 бит на цвет (30 бит вместе), но остальная часть конвейера оставалась 8-битной. Теперь конвейеры стали 10-битными от начала и до конца. Рассмотрим каждый блок конвейера в отдельности:

  • Гамма-коррекция в высокой точности. Блок гамма-коррекции способен работать с содержимым точности от 8 бит на цвет до 16 бит на цвет в floating point (число с плавающей запятой) формате.
  • Цветовая коррекция и конверсия. Выполняет цветовую конверсию и коррекцию над каждым пикселем.
  • Гибкое масштабирование. Разрешение источника масштабируется вниз или вверх для соответствия разрешению дисплея. Фильтр позволяет использовать до 10x6 отсчётов (10 горизонтальных образцов на каждой из 6-ти линий включаются в финальный пиксель).
  • Дизеринг. Поскольку все расчёты проходят с 10-битной точностью, разрядность данных на выходе конвейера нужно уменьшить до 8 бит на цвет (например, для современного настольного ЖК-дисплея) или до 6 бит на цвет (например, ЖК-дисплей ноутбука). Используются и пространственные, и временные алгоритмы для обеспечения минимальных потерь. Для аналоговых дисплеев операция дизеринга не выполняется, так как они подключаются через 10-битные RAMDAC. Новые цифровые дисплеи с точностью представления цвета 10 или 16 бит также минуют стадию дизеринга (для 16-битных дисплеев производится масштабирование цветов).

 

Возможности подключения

 

Avivo Display Engine также предоставляет уникальные возможности по подключению:

  • поддержка качественного ТВ-выхода через Xilleon TV Encoder
  • поддержка двух аналоговых (VGA) дисплеев через два RAMDAC
  • поддержка HDMI для подключения к цифровому ТВ
  • поддержка HDCP для просмотра защищенного контента
  • поддержка двух "двойных" (dual-link) DVI для достижения разрешений 1920х1200 и выше на LCD дисплеях
  • поддержка дисплеев с высокой глубиной цвета (10 или 16 бит на цвет)

Также, предыдущие продукты ATI использовали программное обеспечение для поддержки таймингов бытовых устройств, что приводило к некоторым проблемам. Сообщается, что Avivo включает полный набор таймингов для поддержки всех стандартов как в сфере ПК, так и в сфере бытовых устройств.

 

Заключение

 

Итак, ATI представила нам новый набор не очень-то и взаимосвязанных между собой, на первый взгляд, технологий под общим именем Avivo. Но если обратить внимание на уже начавшееся повсеместное сближение ПК и бытовой электроники, то все встаёт на свои места - Avivo становится некоего рода платформой для хранения, обработки и отображения самой различной мультимедийной информации в максимально доступном качестве и на самом широком спектре устройств.

Особенно хотелось бы отметить возможность аппаратного декодирования H.264 новыми графическими чипами R5XX, что станет необходимостью, когда видео начнет распространяться на новых дисках Blu-ray и HD-DVD, а также новый двойной 10-битный конвейер дисплея, который должен облегчить обработку содержимого и повысить общее качество изображения.

Радует тот факт, что Avivo уже с самого начала будет поддерживаться всем спектром графических чипов, что позволит людям с очень разными уровнями доходов и очень разными потребностями получить максимальное качество.


 

 

Сообщить о найденных в материале неточностях.


Благодарности:

Игорь Илларионов (NEW)

Андрей Попов (AndreyPopov)

Николай Виноградов (U-Nick)

Михаил Сандрикин (Micca)

 

 

 

Редакция:
Всеволод Медведев (ScorpionVM)

Верстка:
Александр Ефимов (IdeaFix)



На главную страницу

Главная | Справочник | FAQ | Статьи | Загрузки | Контакты | Конференция

Логотипы, торговые марки и прочие зарегистрированные знаки принадлежат их правообладателям.
Copyright © 2001 - 2017, Radeon.ru Team.
Перепечатка материалов запрещена.

Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100