在消費性媒體產(chǎn)品的開發(fā)中，音、視頻編解碼器所面臨的軟件開發(fā)挑戰(zhàn)是最嚴(yán)峻的。算法需要消耗巨大的資源，人們對音、視頻品質(zhì)的要求日益提高，采用低價處理器帶來許多限制，這一切都使得開發(fā)一個成功的媒體產(chǎn)品更加困難。仔細(xì)進(jìn)行軟件優(yōu)化和測試，精心選擇元件，這些才能幫助開發(fā)人員應(yīng)對這樣的軟件開發(fā)挑戰(zhàn)。

圖1：消費性媒體產(chǎn)品的簡化軟件結(jié)構(gòu)。

        您在消費性產(chǎn)品的研制中是如何開發(fā)音視頻軟件的呢？本文中，兩位專家將根據(jù)多年的實際經(jīng)驗給您提供一些指導(dǎo)性的意見。消費性媒體產(chǎn)品中的音、視頻軟件有時十分復(fù)雜，涉及實時信號處理、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、復(fù)雜的I/O，以及精細(xì)的用戶接口。本文探討了在實現(xiàn)消費性產(chǎn)品中的音、視頻(A/V)軟件時需要考慮的幾個重要方面，尤其是編解碼器軟件。文中介紹的方法都是在多年開發(fā)機頂盒、蜂窩電話、PDA、互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等產(chǎn)品的音、視頻軟件的經(jīng)驗上總結(jié)出來的。

媒體設(shè)備的軟件組成

        消費性媒體設(shè)備通常是個復(fù)雜的系統(tǒng)，其中包含幾個軟、硬件子系統(tǒng)。圖1給出了主要的軟件子系統(tǒng)，其中有播放器、壓縮算法(圖中以編碼器和解碼器，即編解碼器表示)、I/O模塊和實時操作系統(tǒng)(RTOS)。RTOS主要為多任務(wù)實時應(yīng)用提供關(guān)鍵的任務(wù)調(diào)度和任務(wù)切換服務(wù)。其中，編解碼器是對計算能力要求最大的一部分，在設(shè)計這部分時，需要進(jìn)行大量的軟件優(yōu)化工作。因此，我們在討論軟件優(yōu)化時，主要討論編解碼器的優(yōu)化，但我們所介紹的技術(shù)也可以用于其他類型的A/V軟件。

編解碼器軟件設(shè)計

        編解碼器的作用是壓縮音頻和視頻內(nèi)容以便傳輸或存儲，或者將壓縮后的內(nèi)容解壓，以便播放。如今在消費性產(chǎn)品上應(yīng)用的編解碼器算法有很多種，表1中列出了幾種常用的A/V編解碼器算法。

        MPEG-2視頻算法是當(dāng)前用得最多的視頻壓縮算法。MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)于1994年發(fā)布，至今該算法已經(jīng)在DVD電影、機頂盒和衛(wèi)星電視(DSB/DVB)等應(yīng)用中廣泛使用。此外，微軟的Windows Media Video和RealNetworks的RealVideo等視頻壓縮算法也很常用。

        用于音頻壓縮的MPEG格式一般是MPEG-1/2 layer III，也叫“MP3”。Windows Media Audio(WMA)和 Dolby AC-3(也叫做Dolby Digital)在音頻壓縮上也用得很多。許多便攜式數(shù)字音樂播放器都支持WMA，而幾乎所有的DVD都采用AC-3音頻壓縮。

        根據(jù)所選的算法不同，編解碼器軟件可以由編解碼器創(chuàng)建者、芯片廠商或者獨立的開發(fā)商提供。這些廠商在提供編解碼器軟件時可以選擇多種方式，可以是可讀性較高(但效率不高)的高級參考實現(xiàn)，也可以是針對某個特別的處理器進(jìn)行高度優(yōu)化的軟件實現(xiàn)。雖然常用處理器都有一些現(xiàn)成的優(yōu)化編解碼器實現(xiàn)，但系統(tǒng)開發(fā)商往往還是需要針對特定的產(chǎn)品進(jìn)行編解碼器軟件的實現(xiàn)、優(yōu)化，甚至可能是定制。

圖2：迭代優(yōu)化過程。

軟件優(yōu)化

        在消費性媒體產(chǎn)品的軟件中，音、視頻編解碼器通常是對資源需求最大的一部分。現(xiàn)今的產(chǎn)品數(shù)據(jù)率高，采用的算法對計算能力要求也較高，并且常用價格較低(也可能是低功耗)的處理器，因此要想設(shè)計出具有競爭力的消費性媒體產(chǎn)品，往往需要對編解碼器軟件進(jìn)行仔細(xì)優(yōu)化。即便是在并非嚴(yán)格要求優(yōu)化的情況下，優(yōu)化仍是有益的。通過優(yōu)化可以降低功耗，將處理器資源解放出來以便添加更多其他特性，或者方便較低價處理器的使用。

軟件的效績性能

        編解碼器軟件的優(yōu)化過程可以針對幾個不同的性能方面進(jìn)行，如軟件運行速度、存儲器使用情況、能耗大小以及音頻/視頻質(zhì)量。有時，在對某個性能進(jìn)行優(yōu)化時，另一種性能也得到了優(yōu)化，而有時不同性能的優(yōu)化要求又會產(chǎn)生沖突。大多數(shù)情況下，開發(fā)商都會主要針對運行速度、存儲器的使用和能耗這三個方面進(jìn)行優(yōu)化，而信號的音頻和視頻質(zhì)量只需保持在一個足夠的范圍內(nèi)即可。

        為使設(shè)備具備實時性，通常需要針對軟件實現(xiàn)的運行速度進(jìn)行大量優(yōu)化。之所以需要進(jìn)行如此高級的優(yōu)化，原因主要有二：一是壓縮和解壓算法(這