VP3 挑戰HD解碼王 (上)
Posted on October 14, 2008
Filed Under 顯示卡Video Card, 顯示週邊Video
NVIDIA G98核心補完高畫質影片加速能力
G98是NVIDIA早在去年就推出的新核心，不過它一直隱身於GeForce 8400 GS當中，NVIDIA沒有說明這個做法的原因，但筆者猜測應該是GeForce 9系列還沒正式推出入門級產品，G98只好暫且隱藏於GeForce 8400 GS當中。但有趣的是核心裡頭還置入了NVIDIA下一代的VP3引擎，可說是補完VP2在VC-1解碼能力的缺陷。因此我們收集了內建VP1、VP2與 VP3引擎的產品，來與ATI的UVD與UVD2比個高低，看看誰才是高畫質影片解碼的硬體霸王。
G86核心的縮小版
拿到內藏G98核心的GeForce 8400 GS之後，一時之間也看不出與採用G86核心的GeForce 8400 GS有什麼差異，雖然PCB板上有些元件不同，但是還得實際拆下風扇觀察晶片，再用GPU-Z來檢查規格。
在架構方面，G98仍然與G86一樣都只有16個stream processor、四組ROP，製程方面G98是65nm，但日後正式推出時應該會是55nm，而G86核心則是較舊的80nm。雖然G98與G86的 架構差異不大，不過時脈卻有相當大的不同，G98顯示晶片時脈為576MHz、shader則是1.4GHz；G86晶片時脈是450MHz、 shader為900MHz。
由於NVIDIA尚未正式發表G98核心，再加上本篇的目地是測試高畫質影片解碼，因此在3D效能部分我們就不多著墨了。
VP1到VP3的演變
在NVIDIA陣營方面，所謂VP指的是Video Processor，它最早出現於NVIDIA的GeForce 7系列的顯示晶片當中，不過當初播放H.264格式時，只能協助播放四大步驟的其中三個步驟，剩下的還是得交由處理器運算，而這時候的VP也就是第一代的 產物。使用VP1的顯示卡，目前還潛伏於GeForce 8系列當中，像是GeForce 8800 Ultra、GTX等採用G80核心的顯示卡，所以買這些高階顯示卡的用戶，在播放高畫質影片時，若是處理器不夠強就會看到相當明顯的延遲畫面。
不過NVIDIA修正了其餘的GeForce 8系列，從GeForce 8600、8500系列開始，多加入一顆BSP（Bistream Processor）晶片，最大作用就是處理H.264格式的CABAC（Context Adaptive Variable Length Coding）與CAVLC（Context Adaptive Binary Arithmetic Coding）解碼，也就是播放H.264與VC-1影片的第一步──Bitstream Processor／Entropy Decode，而這也是VP1所不支援的功能。直到第二代的VP2與BSP晶片配合之後，就可以「完整」解碼H.264、MPEG-2格式影像，所以到了 這個階段NVIDIA的硬體解碼流程才比較完整。
不過對於VC-1影片解碼部分，bitstream processor／entropy decode還是依靠處理器進行，雖然NVIDIA不斷宣稱VP2與BSP配合之後，VC-1少了這個步驟不會讓處理器佔用率增加太多，但實際測試VC- 1格式影片，GeForce 8、9系列的VP2搭配BSP一直是輸給ATI一大截。
全新一代的G98核心號稱已經完全具備先前缺少的VC-1影片bitstream processor／entropy decode解碼能力，因此可以稱為VP3。由於G98是NVIDIA完全沒有發布的產品，我們手邊也沒有任何資料可以看出它的架構，只能夠透過實際測試 來考驗NVIDIA尚未推出的VP3能力。
NVIDIA VP2的VC-1解碼技術
|
ATI一次做到位
ATI方面，從Radeon X 1000系列邁向Radeon HD 2000之後，除了顯示卡系列名稱多了「HD」的字眼，由Radeon HD 2600、2400系列開始，在顯示晶片裡頭直接塞了一顆Xilleon晶片，它的作用就是替H.264、VC-1格式影片進行bitstream processor／entropy decode解碼，而其它解碼步驟就交給顯示晶片裡的UVD，也就是Universal Video Decoder。所以，從Radeon HD 2000系列開始，ATI陣營一直在播放H.264、VC-1格式影像有極為搶眼的表現。
雖然在Radeon HD 2000系列推出之時，其3D效能並不突出，但是播放高畫質影片卻有極小的處理器佔用率，播放VC-1格式影片，更可以看到ATI與NVIDIA陣營顯示 卡會有極大差距，ATI只有極低的處理器使用率，NVIDIA則佔用頗多的處理器資源。所以HTPC玩家幾乎人人都推薦ATI顯示卡來播放高畫質影片，不 過現在有了NVIDIA的VP3來挑戰，ATI是否還能立於不敗，就要好好看下去了。
高畫質影片解碼流程說明
開始測試之前，先來瞭解一下高畫質影片解碼的流程。舉例來說，H.264與VC-1的四大解碼過程分別是：
1.Bitstream processor／entropy decode（串流資料處理／熵解碼）
2.Inverse transform or frequency transform（反轉換）
3.Motion compensation or pixel prediction（動作補償）
4.Deblocking（去分塊）
原本這四大步驟是交由處理器運算，卻會耗費許多處理器資源，尤其第一步bitstream processor／entropy decode（串流資料處理／熵解碼），更是十分吃重，因此ATI納入Xilleon晶片、NVIDIA加入了BSP晶片便可以大大減輕負擔。而其它步驟 則是靠ATI的UVD與NVIDIA的VP引擎執行。
1.串流資料處理／熵解碼
| ATI、NVIDIA解碼晶片等級 | |
| ATI | |
| UVD2 | Radeon HD 4800 |
| UVD | Radeon HD 3800 |
| Radeon HD 3600 | |
| Radeon HD 3400 | |
| Radeon HD 2600 | |
| Radeon HD 2400 | |
| UVA | Radeon HD 2900 |
| NVIDIA | |
| VP3 | GeForce 8400 GS（G98） |
| VP2+BSP | GeForce GTX 200 |
| GeForce 9800 | |
| GeForce 9600 | |
| GeForce 9500 | |
| GeForce 8800 | |
| GeForce 8600 | |
| GeForce 8500 | |
| GeForce 8400 | |
| GeForce 8300 | |
| VP1 | GeForce 8800 Ultra、GTX |
這裡的步驟就是「壓縮演算法」。例如每篇電腦王文章當中「GeForce」字串出現的機率是不一樣的，若將這些字串以相 同的長度來編碼，就會造成「使用太多位元」的情況，有些資料用的太少，例如，一篇文章只出現一次「筆者好帥」的字串，這又會形成空間的浪費，所以需要「對 不同的字串使用不同長度編碼」的壓縮演算法。
看完上面的火星文，簡單的說，壓縮演算法就是讓「經常出現的字串變短！」例如GeForce字串通通變成「G」，若是一篇文章裡有100 個GeForce字串，那麼就會形成100個「G」字串，少了六個英文字母。我們還可以再聰明點變成「(100,G)」，也就是只要記錄 「(100,G)」就代表GeForce字串出現一百次，這樣就變成更短的字串資料，而所謂壓縮的精神就是「變化長度」。
前面提到CABAL、CAVLC等等，指的就是高畫質影片壓縮演算法的種類，例如H.264與MPEG-2格式影像，在同樣畫質下 H.264勢必會有更低的檔案容量，而同樣的壓縮比例下，H.264將提供更好的影像品質，H.264或VC-1可以提高壓縮能力，就是因為使用比以往更 複雜的編碼架構，所以播放時就需要特別多的硬體解碼資源。
2.反轉換
在這個部分，NVIDIA稱之為inverse transform、ATI則是稱作frequency transform。不管怎麼稱呼，這裡的流程就是「離散餘弦變換」，英文簡稱DCT 、全名則是Discrete Cosine Transform。由於牽涉一些數學公式，筆者這個數學白痴就不多談，想深入瞭解的讀者可以直接拜一拜Google大神。
簡單的說，就是將影片上的「色彩」資訊轉為「頻率」資訊，例如一張焰陽高照的畫面上，強烈的「太陽光線」就會轉成為「高頻」，而其它顏色較 不強烈的則會轉成「低頻」。所以當你在看一台汽車的畫面，透過DCT轉成後高頻的部分就形成車體「邊框」，而其餘低頻部分則是呈現車體顏色，如果低頻愈 「平緩」地由高至低，畫面上就會看到「層次」更豐富的車體。
很多網路上下載的影片效果很差，其中一個很大的原因就是DCT處理時把低頻的部分砍掉，因此畫面上都「只見形體、不見細節」了，這也是一種影片壓縮的方式。
3.動作補償
這個流程NVIDIA與ATI也有不同的說法，NVIDIA稱作motion compensation，而ATI則是稱為pixel prediction，比較多人採用NVIDIA的用詞。
動作補償也是一種影片壓縮的手法，例如拍攝一段影片，把攝影鏡頭對準一顆大樹，而在攝影當中樹上的樹枝有些會隨風搖晃、有些不會，若是拍攝時間只有一秒，在這一秒之內有24張圖片，接下來的壓縮方法就很簡單了。
首先只要取一張圖片作為基準點，而接下來的圖片和它「對照」，例如畫面上沒動的樹枝，第二張圖片就不「不儲存」，但是會動的樹枝就儲存下來，以便呈現樹枝搖晃的狀態。
不過這種比對畫面的做法，並不是一張一張全區域比較的，而是把畫面分成區塊，像是H.264從16×16、8×8、4×4 mode都有（8×16、4×8的mode也有），這樣可以讓H.264更準確呈現區塊中的移動與變化。例如分成區塊後的圖片（第三張，A區），會去比較 前後張的圖片（第二、四張，A區）。這種「記錄變動」也是一種很好的影片壓縮方法。當然，愈新的VC-1、H.264等格式就能比較愈多的前後畫面以及張 數。
4.去分塊
上一步的動作補償，畫面已經被畫分成許多區塊，這裡就是要回復畫面，以免播放時變成「棋盤式」的畫面，也就是所謂「去分塊」。這個步驟與其它部份相比，已經是非常輕鬆的流程，完全交給顯示晶片去做都沒問題。
Comments
Leave a Reply
-
Sponsors
-
Shop Online
