视频回放硬功夫 PureVideo技术介绍

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作者：Rowan    文章来源：本站原创    点击数：    更新时间：2007-7-3

编者按：这篇文章成文于2004年12月27日，发表在《大众硬件》杂志上。很多人都说ATI在视频回放方面表现好，其AVIVO技术将视频回放发挥到了极致，也升华到一个统一的标准中。NVIDIA看着眼红，也推出了PureVideo技术。对此我很荣幸的为大家介绍这种视频回放技术。

视频回放硬功夫——PureVideo技术介绍

奔雷手PureVideo

我还记得在很久以前计算机图形领域中就有这样一条定律，ATI显卡的视频回放画质要好于NVIDIA的显卡。虽然一直以来这是两大显卡阵营的特点，但是这条定律并不完全适用于他们之间所有产品。ATI的显卡只有在All-in-Wonder系列产品中才会非常注重视频回放的质量。并且NVIDIA的个人影院系列显卡也并非会输给所有的ATI显卡。在2004年12月20日，NVIDIA又发布了具有革命性的新一代视频回放技术——PureVideo。

其实早在2004年3月，NV就宣称即将发布的NV40显示芯片家族中集成了新款“视频处理”单元。这个视频处理单元完全支持可编程的视频回放加速引擎。它有能力同时为视频编码和译码加速。并且可以生成高清晰的HD视频和加速HD视频的回放。PureVideo技术的主要功能如下：

• 高分辨率MPEG-2影像硬件加速功能：专用16路向量处理器能在最低的CPU资源占用率下流畅地播放高分辨率影片。
• WMV高分辨率硬件加速功能：可编程功能能够支持最新影像格式，如Microsoft Windows Media Player与WindowsXP Media Center Edition2005，可流畅地播放WMV与WMVHD格式的影像内容。
• 高画质实时影像录制功能：先进的动态预测引擎能在丝毫不损失画质的状况下实时录制影片。
• 空间/时间调校反交错功能：观赏卫星、有线电视及DVD等讯号来源的影片内容时，能享受细腻、毫无锯齿边缘及瑕疵的影像画质。
• 3:2Pull-Down剧院级影像还原及BadEdit校正功能：将影片还原成原始的24帧影像格式，体验清晰细腻的影像内容。
• 无残影的多数据流缩放功能：4×5倍的高画质缩放机制，即使是以大屏幕中播放小分辨率影片时仍能维持极高的影像细腻度。
• Gamma色调校正功能：影像格式自动侦测功能可调整影片播放时的色彩品质，无论使用任何一种显示器都能避免产生过暗、过亮或色彩过淡的影像。

这里需要注意的是，只有NV4X系列（GeForce 6系列）显卡内部才集成了视频处理单元。最初设计NV40和NV45时（GeForce 6800GT/Ultra），并不包含WMA9的硬件解码加速器，但是现在的GeForce 6系列（GeForce 6800/6600GT/6600/6200）则完全支持。

强大的DVD解码能力

PureVideo包含了多项新的特色技术，用户仅仅需要通过更新显卡驱动程序和多媒体播放软件的版本就可以改进DVD解码能力，轻松支持最新的高清晰DVD播放。并且还可以改进各种视频格式的回放质量。

首先项大家介绍的是PureVideo中的超强DVD解码技术，它可以提高播放DVD时的性能，提高画面质量，并且可以轻松支持许多DVD播放软件。

如图1、这是NVIDIA最新的DVD解码工具的界面

这个DVD解码工具是专门针对MPEG-2文件或者DVD媒体进行编码加速，它可以自动真测Windows中的Media Player播放器或者其他多媒体播放的应用程序，当这些播放器请求Windows调用DVD解码插件的时候，PureVideo就会自动接管这项任务。DVD解码是PureVideo中最重要的技术，它可以改善Windows中的DVD编码效能。但是如果你在播放DVD文件之后对这个DVD解码工具进行设置，它并不能立即生效。你必须先关闭所有的媒体播放器进程，然后再重新打开MPEG-2文件才能生效。

这个DVD编码工具提供许多非常实用的功能。它提供了硬件加速、反交错控制等先进的功能，虽然这么多的选项看上去有些复杂，但对于一般用户来说只要选择默认设置即可。

反交错技术（De-interlacing）

交错技术又称为隔行扫描，它属于一种非常古老的编码技术。在以前的电报、卫星、电视等领域应用广泛。在很早以前数据传输的带宽是非常狭窄的，在传输高质量的视频信号时，为了节省带宽就需要对信号源进行压缩。首先提取视频数据中的一帧原始图像，再与前面一帧视频图像作比较，然后将这一帧的奇数行和偶数行分别提取出来作为两帧图像。奇数行和偶数行不断交替生成前后两帧交错的隔行扫描图像。在传输低分辨率的影像时，交错信号不仅可以大大节省带宽，而且画面质量还是可以让人接受的。但是到了高分辨率的HDTV和HTPC应用时，不断交替显示的隔行画面就会出现锯齿和扭曲，尤其在物体的边沿处，这种现象就更加明显。

如图2隔行交错画面的生成过程

PureVideo中的反交错技术就是用来消除物体边沿的锯齿的。更有趣的是在反交错技术中NVIDIA使用了类似3D游戏中的“反锯齿”技术。它会针对每一个运动的区域，联合数帧影像进行参考后执行垂直和水平的调节，然后综合数帧的变化后输出一帧清晰的图像。这是一种有效地解除隔行交错的方法，它主要适用于运动的视频区域。

下面就给大家举几个实际的例子来说明它的效果。这是NVIDIA在发布PureVideo时的一段演示视频。

如图3、这是隔行交错时物体边沿所产生的锯齿。这张图片很好的证明了当采用隔行交错技术进行视频回放时，运动物体边沿由于受到明暗差异的影响会产生严重的锯齿。

如图4、这是经过PureVideo修正过后的影像。类似于3D游戏中的反锯齿技术，PureVideo会将连续的若干帧图像作垂直和水平的调节。这会非常有效的消除运动物体边沿的锯齿。

如图5、这是物体在多角度运动时的影像，边沿的锯齿更加明显了。

如图6、在经过PureVideo修正后，物体边沿变得平滑多了。

3:2剧院级影像还原

众所周知，一般标准的电影视频内容都是每秒24帧图像。而现在的DVD和电视内容都是每秒30帧图像。现在问题就来了要将电影转换成DVD时，新的格式每秒就需要多生成6帧图像。我们需要使用现有的24帧电影图像来生成这6帧图像，通常产生的图像都非常模糊不清。现在，PureVideo的剧院级影像还原技术就可以创造出平滑的视频。它可以从3:2的剧院级影像数据模型中分离出更高质量的影像来。并且每一帧的扫描场和影像质量都与电影原作保持一致。

24帧图像要生成6帧的影像，那么就要用每4帧影像多生成出1帧影像。例如，1 2 3 4是连续的4帧影像那么PureVideo就要将这4帧图像拆分成1a1b－2a2b－3a3b－4a4b的8组数据。之后再折叠奇数扫瞄线组成奇数图场，折叠偶数扫瞄线组成偶数图场。重新组合各组后为1a1b－2a2b－2a3b－3a4b－4a4b，最后重新生成1 2 3 4 5个帧的图像。由原来的4帧变成5帧，这样就将24fps转换为30fps了。

如图7、这是没有打开3:2剧院级影像还原时的画面效果。我们可以在红色标记处明显的看到模糊的画面和锯齿。

如图8、当打开了3:2剧院级影像还原时，同样在红色标记处，我们可以看到影像的质量有明显改善。

PureVideo中的3:2剧院级影像还原技术属于硬件级别的加速处理，除了能更少的占用CPU资源外，还能得到更快速更高质量的视频回放效果。

3:2剧院级影像校正

虽然3:2剧院级影像还原可以将24fps的影像扩展成30fps的影像，但是这需要片源数据在无错的情况下进行。一旦影片或者视频数据出现错误的时候，fps转换过程就很难正常的继续下去。我们手头的DVD碟片并不一定每张都完好无损。事实上大多数碟片都会有些细小的划痕和污垢。少量的数据错误会使局部图像产生错误，例如产生一些马赛克、错误的色块、图像模糊等。如果片源的错误太多，就会发生跳帧甚至是死机的现象。在PureVideo中，不仅仅加入了硬件级别的3:2剧院级影像还原技术更加入了硬件级别的3:2剧院级影像校正技术。它的自动修正模型可以很好的修补破损的图像，提高实际应用环境中的图像质量。

如图9、这是在一般的3:2剧院级影像还原模式下的影像，你可以看到在黄色标记内的影像有明显的锯齿和模糊。

如图10、这是开启了3:2剧院级影像校正后的影像，你可以看到黄色标记内的影像都有明显的改善。

Windows Media Video 9加速

在PureVideo中另一项重要的技术就是基于Windows Media Video 9（WMV9）文件格式的回放解码加速。现在Windows的媒体播放器已经升级到了v10.0版本。新的版本提供了许多选项，这包括硬件级别和软件级别的加速方法。通过这些选项，NVIDIA和ATI的显示芯片都可以配合驱动程序为视频回放解码加速。

如图11、这是Windows媒体播放器10中的视频加速选项卡。

WMV9这种视频文件格式中已经可以支持最新的HD DVD格式了，这种高清晰DVD光盘已经可以用Windows媒体播放器10在你的电脑中播放了。可是要想平滑而流畅的HD视频需要性能非常强大的处理器才能胜任这项任务。在PureVideo中就集成了基于WMV9视频格式硬件加速功能，许多繁重的解码工作都可以通过显示芯片来完成。因此这样可以让处理器从繁重的解码任务中解脱，可以去完成其他更重要的工作。

下面我们就使用一套AMD的平台对NVIDIA的6600GT和ATI的X700 Pro两块显卡在HD视频回放方面的处理器占用率情况进行一项简单的测试。
AMD测试平台配置如下：

如图12、这是播放NVIDIA一段关于海浪的HD视频时处理器占用率的情况。在开启6600GT的WMV9视频加速功能后，其处理器的资源占用率仅为31.6％，而使用ATI的X700 Pro时的处理器占用率却高达41.2％。可见WMV9视频加速功能在实际应用中确实可以有效的帮助处理器分担计算任务。

总结

最后需要指出的是，虽然PureVideo技术是完全免费的，但是NVIDIA所提供的DVD解码软件并不是免费的，你需要额外付出20美元的注册费才能享受到经过PureVideo技术处理后的高清晰的HD DVD影像。

NVIDIA的PureVideo技术是一项重大的进步，在视频回放的质量和性能方面都有很多的改善。这次NV要摘掉显卡芯片“傻快”的帽子，在视频画面的质量上可谓下足了功夫。在前几年ATI的视频播放技术要比NVIDIA先进，但是看过今天的视频对比和表格对比之后，NV这次真的迎头赶上来了。现在各款显卡在新一代DirectX9中的游戏画面质量的差别已经并不明显了。消费者慢慢的更趋向于HTPC（家庭影院PC）这样的视频应用。最近几年消费娱乐类PC的销量正在逐年递增。PureVideo技术在视频回放上的优势必然会成为N卡的又一大卖点。