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HEVC/H.265编码器对应的软硬解码

2014-12-26 15:00:36  

 

1.概念

  从数字视频诞生以来,硬解码和软解码一直随之发展。数字视频的软解码是指在通用CPU上通过专门的播放软件解码并播放视频;而硬解码则是指在专用的硬件解码模块解码视频,然后在显示屏上播放。
 
2.解码过程和软硬解码的区别
 
  软解码是视频流数据完全通过通用CPU来实现播放。大致流程如下:视频播放软件把源文件从存储介质中提取到内存中读取,通过封装协议解析来分开视频数据和音频数据;接下来播放软件负责把视频数据传送到视频解码模块,音频数据传送到视频解码模块;视频解码模块也是一个运行在通用CPU上的纯粹的软件模块,此模块采用某种复杂算法,对视频数据实现解压缩;解压缩之后的数据被送到视频显示模块,由显示模块驱动硬件来显示视频内容。音频数据的处理方式类似。
 
  硬解码,则是在专用的解码硬件模块协助之下,CPU完成视频流数据的播放。流程是:首先通用CPU负责把视频流数据读到内存中,有运行在通用CPU上的数据封装格式解析模块把数据中视频和音频分开,其中音频数据被送到专用的硬件解码模块中去,由硬件解码模块负责把视频数据解压缩,把解压缩出来的数据又送回通用CPU,由后者用解压后的数据驱动硬件实现视频的显示。而音频可能是由通用CPU软解码,也可能有专门的硬件模块来进行音频解码。
 
  综上,不管是硬件解码或者软件解码,CPU的运行必不可少,通用CPU负责视频流的播放流程。不同之处是极大运算量的解码算法是在CPU中完成,还是在硬件模块中完成。
 
3.软解码和硬解码的应用
 
  目前压缩视频的软解码和硬解码大量并存,下面看下具体的应用领域和范围的差别。
 
  软解码主要应用的设备领域:
 
  (1)个人计算机。目前个人计算机上的视频全部是通过软解码的形式实现播放的,这个和个人应用以及网络应用中,存在大量的压缩格式有关,同时也和目前个人计算机超强的计算能力密不可分。
 
  (2)智能手机。现在的智能手机芯片都具有很强的计算能力,同时也都有视频硬件解码模块,但是硬件解码模块支持的视频格式有限,同时受限于与之适配的专用播放软件,所以智能手机在播放网络视频时,大部分采用是软解码方式。
 
  (3)平板电脑。平板电脑普遍采用与智能手机同样的芯片组,同时使用方式也与智能手机类似,所以在播放网络视频也主要采用软解码。
 
  硬解码主要应用于下列设备:
 
  (1)智能手机和平板电脑,如前所述,这些设备存在视频加速模块,在播放本地高清文件时,采用硬解码的情形还是比较多的。
 
  (2)机顶盒。早期的机顶盒基本上是一个MIPS架构的CPU+硬件解码模块。所以在这种设备上只存在硬解码一种情形。不过最近比较新的机顶盒采用与智能手机相同档次的芯片,但是基于成本考虑,大部分机顶盒还是采用硬解码方案。不过随着芯片性能提升和价格的降低,机顶盒采用软解码的比例会慢慢提升。
 
  (3)家用相机(摄像和回放功能)。具有摄像功能的相机,都具有回放功能,这些设备的视频解码都是应用硬解码实现。
 
  (4)视频会议。视频会议强调实时性,同时视频编码格式唯一,解码一般是硬解码
 
4.趋势与展望
 
  硬件解码的存在是为了弥补CPU的运算能力不足问题。随着通用CPU的运算能力的提升,原来在通用CPU上无法完成的解码任务,也逐渐可以完成,这时硬件解码方案就显得不太重要了。目前的智能手机芯片软解码MPEG-1,MPEG-2视频数据非常流畅,部分手机软解码H.264标准数据也很流畅,所以在智能手机领域用软解码方式也越来越普遍。但是这并不意味硬解码会逐渐衰落,因为人们的视频压缩比,视频解析度的需求也在不断提升,这就要求设备有更强大的计算能力,在通用CPU无法满足的情况下,硬件解码模块也是必不可少的。
 
  去年HEVC编码器/H.265编码器标准的推出带来了硬件解码与软件解码之间的一些争论,争论的焦点是在智能手机上到底H.265硬件解码会占主流地位,还是软件解码占主流地位。硬件解码支持者认为,智能手机芯片计算能力支持H.265高清播放还比较勉强,只有用硬件解码才能实现流畅的播放,从成本考虑不必仅仅为了支持H.265而对主芯片要求更高的性能。软解码支持者则从标准成熟度以及通用CPU的性能发展考虑,认为H.265作为一个比较新的标准,会经过不断的修订,如果用硬件解码方案,可能硬件无法随着修订案不断地更改,导致硬件无法解码有关视频,另外通用CPU的性能提升大致符合摩尔定律,性能提升很快。原来认为在ARM架构下软解码H.265视频是不太可能的事情,现在看来是可以实现的。用红米手机(小米公司出品的一款低价的智能手机,采用MTK6589芯片,四核cotrtex-A7 1.5G)播放H.265压缩格式的1080p的视频,已经非常流畅(播放软件采用的是北京瑞普图视科技有限公司开发的H.265播放apk,视频播放能到30fps以上)。目前高端手机普遍采用的是运算能力更强的高通骁龙800四核处理器,播放H.265视频更是没有问题。
 
 
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