虛擬演播室系統設備的分析與比較

虛擬演播室系統設備的分析與比較

目前,許多廠(chǎng)家致力于虛擬演播室技術(shù)的開(kāi)發(fā)與研究，并在把產(chǎn)品推向市場(chǎng)的同時(shí)，不斷的改進(jìn)與完善。面對市場(chǎng)上繁多的各種產(chǎn)品類(lèi)別，本文力求站在專(zhuān)業(yè)用戶(hù)的角度，對面臨的選擇做一個(gè)理性的思考。以下通過(guò)對VI[Z]SET公司的IBIS虛擬演播室系統和國內一些廠(chǎng)家的產(chǎn)品，在虛擬演播室系統的三個(gè)關(guān)鍵性環(huán)節系統主機部分、跟蹤部分和色鍵部分的比較，對虛擬演播室系統的設備進(jìn)行分析。

一、 系統主機部分

在虛擬演播室系統中，系統的硬件平臺應該為軟件運行提供強有力的保證。衡量的標準關(guān)鍵在于它的實(shí)時(shí)計算能力，繪圖能力和視頻處理能力。IBIS虛擬演播室系統采用SGI公司的O2圖形工作站，而目前國內的幾乎所有的公司都采用NT基PC作為虛擬演播室系統的主機。兩者之間的內部機理有何不同呢？現分析如下：

(1) 體系結構

PC工作站利用系統總線(xiàn)連接PC的各個(gè)子系統和獨立的本地緩存（包括幀存、紋理內存、Z緩存或圖像存儲）。即在整個(gè)存儲結構制造了許多獨立的數據區，這些數據區可以通過(guò)總線(xiàn)連接。在這種結構中，Microsoft/Intel Windows BIOS（基本輸入輸出系統）定義了只有CPU和主存儲能夠使用系統總線(xiàn)。所有其他子系統的數據只能駐留在PCI或ISA總線(xiàn)中，與CPU和主存儲的數據交換通過(guò)橋接完成。如下圖（1）所示。

每個(gè)子系統共同分享具有50-80MB/sec處理能力的PCI總線(xiàn)。而用于I/O上30MB/sec 的UltraSCSI通道也要消耗PCI總線(xiàn)，使得PCI總線(xiàn)趨近于飽和。雖然PC系統結構中在特殊區域采用了能夠控制并實(shí)時(shí)地在本地緩存之間傳遞數據的高速總線(xiàn)將各部分連接起來(lái)，但是CPU與本地緩存之間不能實(shí)現實(shí)時(shí)數據交換。由于系統瓶頸，當把數據通過(guò)橋接傳向系統總線(xiàn)時(shí)，這些數據到系統總線(xiàn)不可能實(shí)現實(shí)時(shí)傳遞。

O2的UMA（一體化存儲結構）不同于PC的結構，它將一個(gè)系統內所有的緩存捆綁在一起形成一個(gè)存儲池，成為系統的主CPU存儲區。它擁有基于4組多路復用的SDRAM來(lái)支持2.1GB/sec的帶寬。主存儲單元通過(guò)這個(gè)充分預留的帶寬來(lái)確保各子系統不會(huì )發(fā)生數據堵塞現象。如圖（2）所示。

以下是O2的UMA（一體化存儲結構）的特點(diǎn)：

A、本地緩存

O2中的所有子系統都用主存儲區作為數據緩存，這樣可以顯著(zhù)地降低系統開(kāi)銷(xiāo)。對O2而言不需要對視頻、圖像、圖形處理或壓縮數據等建立單獨的緩存。主存儲區存儲的數據類(lèi)型有：

幀存（支持雙32bit緩存、Z-緩存、模板平面和材質(zhì)貼圖）

2D圖形數據
CCIR601中規定的未壓縮的Y、Cr、Cb視頻信號
應用程序數據和操作系統內核
P緩存（非演示的幀緩存渲染）
低壓縮的JPEG、MPEG-1和H.261數據

B、低數據運動(dòng)量

O2中各種類(lèi)型的數據都被保存在主存儲區中，數字媒體數據從一個(gè)數據源傳遞到另一個(gè)數據源只須提出申請。這個(gè)過(guò)程中無(wú)數據的運動(dòng)。這項技術(shù)使得在處理過(guò)程可省去數微秒至數秒的時(shí)間。此外O2又引入了一種數字媒體流的機制，當有數據從一個(gè)子系統傳遞到另一個(gè)子系統時(shí)，數字媒體流從源到目的地的連接就建立起來(lái)。如果數據不需要轉換，則只需發(fā)出一個(gè)到目的地的指令。如果需要數據轉換，則轉換方式會(huì )被放置于源和目的地之間。

C、有效存儲

O2的統一存儲結構不僅通過(guò)降低本地緩存數量來(lái)降低系統開(kāi)銷(xiāo)，也能有效地提高存儲使用效率。存儲單元只有需要時(shí)才會(huì )分配。當不被使用時(shí)，可被其它子系統或應用程序調用。

D、CPU可視察性數據

O2的另一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)在于CPU可以實(shí)時(shí)視察和操作各種類(lèi)型數據。這種能力意味著(zhù)一個(gè)應用程序在對子系統進(jìn)行數據操作的同時(shí)也可有效并實(shí)時(shí)地支持大范圍系統的特性，減少系統整體開(kāi)銷(xiāo)。

簡(jiǎn)而言之，O2的UMA（一體化存儲結構）具有以下特性：

（1）避免了系統之間相互拷貝數據的需要，因此削弱了系統的瓶頸。
（2）隨著(zhù)每個(gè)子系統的本地存儲緩存的削減，整個(gè)系統的開(kāi)銷(xiāo)顯著(zhù)降低。
（3）存儲資源的高效利用。未被使用的存儲單元會(huì )返回到CPU存儲池供其它子系統或應用軟件使用。
（4）允許申請直接提交運算結果，而無(wú)須通過(guò)應用軟件或算法程序。

2、CPU和操作系統

現階段，PC的CPU大多是32位的CPU，采用CISC指令集執行命令，PC采用Windows操作系統將CPU的95%的處理能力放在GUI的運行和對子系統傳遞控制信息之上。而O2采用64位的CPU，盡管主頻慢，但采用RISC算法執行命令，可以同時(shí)執行4條命令，所以主頻相當于PC的4倍，而且有專(zhuān)用的Mips芯片執行浮點(diǎn)運算，用于多媒體、圖形圖像的實(shí)時(shí)處理。此外，O2的CPU承認全部類(lèi)型數據，使它具有靈活的運算能力。而PC的CPU沒(méi)有這種能力。

通過(guò)對PC和O2的內部機制分析，具體到采用PC的虛擬演播室系統和采用SGI O2的 IBIS虛擬演播室系統的比較，有以下幾點(diǎn)：

1、 圖形運算：

PC將圖形卡置于PCI總線(xiàn)上，圖形卡上依靠專(zhuān)用的不可以擴展的圖形處理、顯示內存進(jìn)行圖形處理，當圖形運算量超過(guò)圖形卡的內存時(shí)，只能以犧牲圖形質(zhì)量來(lái)完成運算，而且可能發(fā)生系統死機。而O2由于將圖形卡的功能置于主板上，又是一體化存儲結構，對圖形處理所需的內存自動(dòng)優(yōu)化配置，可以避免系統死機現象的發(fā)生。

2、 圖形質(zhì)量：

PC對圖像處理時(shí)，對圖形邊緣必須作反鋸齒效果，占用有限的系統資源，從而使圖形質(zhì)量下降。PC的圖形分辨率一般為512*512像素，虛擬場(chǎng)景設置的顏色最多為24位真彩色。而O2可以進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像處理，不會(huì )占用系統資源，圖形視頻指標不會(huì )下降。且圖形分辨率高達4096*4096像

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