虛擬演播室系統設備的分析與比較

時間：2024-06-01 07:23:06 計算機畢業論文

虛擬演播室系統設備的分析與比較

《世界廣播電視》2001年9期發表

目前,許多廠家致力于虛擬演播室技術的開發與研究，并在把產品推向市場的同時，不斷的改進與完善。面對市場上繁多的各種產品類別，本文力求站在專業用戶的角度，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虛擬演播室系統和國內一些廠家的產品，在虛擬演播室系統的三個關鍵性環節系統主機部分、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連接PC的各個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）。即在整個存儲結構制造了許多獨立的數據區，這些數據區可以通過總線連接。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。所有其他子系統的數據只能駐留在PCI或ISA總線中，與CPU和主存儲的數據交換通過橋接完成。如下圖（1）所示。

每個子系統共同分享具有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系統結構中在特殊區域采用了能夠控制并實時地在本地緩存之間傳遞數據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實時數據交換。由于系統瓶頸，當把數據通過橋接傳向系統總線時，這些數據到系統總線不可能實現實時傳遞。

O2的UMA（一體化存儲結構）不同于PC的結構，它將一個系統內所有的緩存捆綁在一起形成一個存儲池，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不會發生數據堵塞現象。如圖（2）所示。

以下是O2的UMA（一體化存儲結構）的特點：

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，這樣可以顯著地降低系統開銷。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型有：

幀存（支持雙32bit緩存、Z-緩存、模板平面和材質貼圖）

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、低數據運動量

O2中各種類型的數據都被保存在主存儲區中，數字媒體數據從一個數據源傳遞到另一個數據源只須提出申請。這個過程中無數據的運動。這項技術使得在處理過程可省去數微秒至數秒的時間。此外O2又引入了一種數字媒體流的機制，當有數據從一個子系統傳遞到另一個子系統時，數字媒體流從源到目的地的連接就建立起來。如果數據不需要轉換，則只需發出一個到目的地的指令。如果需要數據轉換，則轉換方式會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降低本地緩存數量來降低系統開銷，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，可被其它子系統或應用程序調用。

D、CPU可視察性數據

O2的另一個關鍵優點在于CPU可以實時視察和操作各種類型數據。這種能力意味著一個應用程序在對子系統進行數據操作的同時也可有效并實時地支持大范圍系統的特性，減少系統整體開銷。

簡而言之，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）隨著每個子系統的本地存儲緩存的削減，整個系統的開銷顯著降低。
（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或應用軟件使用。
（4）允許申請直接提交運算結果，而無須通過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，可以同時執行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承認全部類型數據，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：

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、顯示內存進行圖形處理，當圖形運算量超過圖形卡的內存時，只能以犧牲圖形質量來完成運算，而且可能發生系統死機。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優化配置，可以避免系統死機現象的發生。

2、圖形質量：

PC對圖像處理時，對圖形邊緣必須作反鋸齒效果，占用有限的系統資源，從而使圖形質量下降。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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