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虛擬演播室系統(tǒng)設備的分析與比較
虛擬演播室系統(tǒng)設備的分析與比較
《世界廣播電視》2001年9期發(fā)表目前,許多廠家致力于虛擬演播室技術(shù)的開發(fā)與研究，并在把產(chǎn)品推向市場的同時，不斷的改進與完善。面對市場上繁多的各種產(chǎn)品類別，本文力求站在專業(yè)用戶的角度，對面臨的選擇做一個理性的思考。以下通過對VI[Z]SET公司的IBIS虛擬演播室系統(tǒng)和國內(nèi)一些廠家的產(chǎn)品，在虛擬演播室系統(tǒng)的三個關(guān)鍵性環(huán)節(jié)系統(tǒng)主機部分、跟蹤部分和色鍵部分的比較，對虛擬演播室系統(tǒng)的設備進行分析。
一、 系統(tǒng)主機部分
在虛擬演播室系統(tǒng)中，系統(tǒng)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)鍵在于它的實時計算能力，繪圖能力和視頻處理能力。IBIS虛擬演播室系統(tǒng)采用SGI公司的O2圖形工作站，而目前國內(nèi)的幾乎所有的公司都采用NT基PC作為虛擬演播室系統(tǒng)的主機。兩者之間的內(nèi)部機理有何不同呢？現(xiàn)分析如下：
(1) 體系結(jié)構(gòu)
PC工作站利用系統(tǒng)總線連接PC的各個子系統(tǒng)和獨立的本地緩存（包括幀存、紋理內(nèi)存、Z緩存或圖像存儲）。即在整個存儲結(jié)構(gòu)制造了許多獨立的數(shù)據(jù)區(qū)，這些數(shù)據(jù)區(qū)可以通過總線連接。在這種結(jié)構(gòu)中，Microsoft/Intel Windows BIOS（基本輸入輸出系統(tǒng)）定義了只有CPU和主存儲能夠使用系統(tǒng)總線。所有其他子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)只能駐留在PCI或ISA總線中，與CPU和主存儲的數(shù)據(jù)交換通過橋接完成。如下圖（1）所示。
每個子系統(tǒng)共同分享具有50-80MB/sec處理能力的PCI總線。而用于I/O上30MB/sec 的UltraSCSI通道也要消耗PCI總線，使得PCI總線趨近于飽和。雖然PC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中在特殊區(qū)域采用了能夠控制并實時地在本地緩存之間傳遞數(shù)據(jù)的高速總線將各部分連接起來，但是CPU與本地緩存之間不能實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)交換。由于系統(tǒng)瓶頸，當把數(shù)據(jù)通過橋接傳向系統(tǒng)總線時，這些數(shù)據(jù)到系統(tǒng)總線不可能實現(xiàn)實時傳遞。
O2的UMA（一體化存儲結(jié)構(gòu)）不同于PC的結(jié)構(gòu)，它將一個系統(tǒng)內(nèi)所有的緩存捆綁在一起形成一個存儲池，成為系統(tǒng)的主CPU存儲區(qū)。它擁有基于4組多路復用的SDRAM來支持2.1GB/sec的帶寬。主存儲單元通過這個充分預留的帶寬來確保各子系統(tǒng)不會發(fā)生數(shù)據(jù)堵塞現(xiàn)象。如圖（2）所示。
以下是O2的UMA（一體化存儲結(jié)構(gòu)）的特點：
A、本地緩存
O2中的所有子系統(tǒng)都用主存儲區(qū)作為數(shù)據(jù)緩存，這樣可以顯著地降低系統(tǒng)開銷。對O2而言不需要對視頻、圖像、圖形處理或壓縮數(shù)據(jù)等建立單獨的緩存。主存儲區(qū)存儲的數(shù)據(jù)類型有：
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(shù)據(jù)
CCIR601中規(guī)定的未壓縮的Y、Cr、Cb視頻信號
應用程序數(shù)據(jù)和操作系統(tǒng)內(nèi)核
P緩存（非演示的幀緩存渲染）
低壓縮的JPEG、MPEG-1和H.261數(shù)據(jù)
B、低數(shù)據(jù)運動量
O2中各種類型的數(shù)據(jù)都被保存在主存儲區(qū)中，數(shù)字媒體數(shù)據(jù)從一個數(shù)據(jù)源傳遞到另一個數(shù)據(jù)源只須提出申請。這個過程中無數(shù)據(jù)的運動。這項技術(shù)使得在處理過程可省去數(shù)微秒至數(shù)秒的時間。此外O2又引入了一種數(shù)字媒體流的機制，當有數(shù)據(jù)從一個子系統(tǒng)傳遞到另一個子系統(tǒng)時，數(shù)字媒體流從源到目的地的連接就建立起來。如果數(shù)據(jù)不需要轉(zhuǎn)換，則只需發(fā)出一個到目的地的指令。如果需要數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，則轉(zhuǎn)換方式會被放置于源和目的地之間。
C、有效存儲
O2的統(tǒng)一存儲結(jié)構(gòu)不僅通過降低本地緩存數(shù)量來降低系統(tǒng)開銷，也能有效地提高存儲使用效率。存儲單元只有需要時才會分配。當不被使用時，可被其它子系統(tǒng)或應用程序調(diào)用。
D、CPU可視察性數(shù)據(jù)
O2的另一個關(guān)鍵優(yōu)點在于CPU可以實時視察和操作各種類型數(shù)據(jù)。這種能力意味著一個應用程序在對子系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)操作的同時也可有效并實時地支持大范圍系統(tǒng)的特性，減少系統(tǒng)整體開銷。
簡而言之，O2的UMA（一體化存儲結(jié)構(gòu)）具有以下特性：
（1）避免了系統(tǒng)之間相互拷貝數(shù)據(jù)的需要，因此削弱了系統(tǒng)的瓶頸。
（2）隨著每個子系統(tǒng)的本地存儲緩存的削減，整個系統(tǒng)的開銷顯著降低。
（3）存儲資源的高效利用。未被使用的存儲單元會返回到CPU存儲池供其它子系統(tǒng)或應用軟件使用。
（4）允許申請直接提交運算結(jié)果，而無須通過應用軟件或算法程序。
2、CPU和操作系統(tǒng)
現(xiàn)階段，PC的CPU大多是32位的CPU，采用CISC指令集執(zhí)行命令，PC采用Windows操作系統(tǒng)將CPU的95%的處理能力放在GUI的運行和對子系統(tǒng)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(zhí)行命令，可以同時執(zhí)行4條命令，所以主頻相當于PC的4倍，而且有專用的Mips芯片執(zhí)行浮點運算，用于多媒體、圖形圖像的實時處理。此外，O2的CPU承認全部類型數(shù)據(jù)，使它具有靈活的運算能力。而PC的CPU沒有這種能力。
通過對PC和O2的內(nèi)部機制分析，具體到采用PC的虛擬演播室系統(tǒng)和采用SGI O2的 IBIS虛擬演播室系統(tǒng)的比較，有以下幾點：
1、 圖形運算：
PC將圖形卡置于PCI總線上，圖形卡上依靠專用的不可以擴展的圖形處理、顯示內(nèi)存進行圖形處理，當圖形運算量超過圖形卡的內(nèi)存時，只能以犧牲圖形質(zhì)量來完成運算，而且可能發(fā)生系統(tǒng)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(jié)構(gòu)，對圖形處理所需的內(nèi)存自動優(yōu)化配置，可以避免系統(tǒng)死機現(xiàn)象的發(fā)生。
2、 圖形質(zhì)量：
PC對圖像處理時，對圖形邊緣必須作反鋸齒效果，占用有限的系統(tǒng)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，虛擬場景設置的顏色最多為24位真彩色。而O2可以進行實時圖像處理，不會占用系統(tǒng)資源，圖形視頻指標不會下降。且圖形分辨率高達4096*4096像
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