数字电影JPEG2000解码器的硬件解决方案研究

    一、前言

    随着数字技术的飞速发展,电影的数字化进程正在全球快速推进。好莱坞七大片商联合成立的数字影院倡导组织(DCI)于2005年发布了DCI v110规范,根据该规范,数字电影采用JPEG2000标准的第一部分(ISO/IEC 15444-1)作为图像的压缩标准[1][2][3]。

    随后,许多数字电影设备厂商推出了基于JPEG2000的2K数字电影播放服务器。这些服务器的JPEG2000解码器有两种,一种是基于软件实现的,一种是基于硬件实现的。由于硬件方案在稳定性、实时性方面具有一定的优势,因此,更多的方案是基于硬件实现的,并且基本上都是基于ADI公司的ADV202等系列芯片的ASIC方案的。基于ASIC的方案由于采用ADV202等固化芯片,并不需要深入研究并开发实现JPEG2000标准内部具体功能,具有研发速度快的特点。因此,在数字电影发展初期,这种方案的快速实现也极大地引领和推动了数字电影的发展。

    随着数字电影的发展,对于4K节目制作、播放、放映的需求日益强烈。目前,已有很多公司如RedOne等公司已推出4K或超4K的摄影机,而Sony已和美国最大的两家院线Regal和AMC签订了约11000套4K放映机的安装协议,和英国的A-pollo Cinema公司签订了约83套SONY 4K放映机的安装协议;另外,德州仪器(TI)公司也已宣布将于2010年推出专门的112英寸的4K放映芯片,发展4K放映技术;美国主要放映商之一Cinemark宣布将支持TI公司的4K产品,对在美国和拉美地区的约4800块银幕进行升级;在电影制作方面,Sony和华纳公司一直在提倡4K电影的制作[4]。可以预见, 4K数字电影节目制作、放映已成为数字电影将来发展的热点方向之一。

    但是,目前数字电影播放系统的硬件实现方案主要是基于ASIC的方案,而基于ASIC的方案又主要是基于ADI (Analog Devices, Inc)公司的ADV202/ADV212/ADV216系列芯片[5]。这种方案的劣势在于:这些芯片并不是针对数字电影应用开发的,因此必须要对以上芯片按照数字电影系统的要求进行相应设置和系统方案设计;针对2K数字影院播放系统,采用3片ADV202/ADV212/ADV216芯片就能实现4B4B4功能;对于4K数字影院播放系统,理论上讲应采用12片ADV202/ADV212/ADV216芯片,但这不仅会明显增大电路板的面积及设计开发难度,而且会使系统功耗显著增加,同时也将使系统设计与集成难度显著增大,因而利用ADV202/ADV212/ADV216系列芯片来设计开发4K JPEG2000数字影院播放系统不具有实用性与可行性。    因此,尽管基于ADV202/ADV212/ADV216系列芯片的方案具有研发周期短、难度低的特点,在早期的数字电影系统设计及研发实现中起到了重要推动作用,但是,这种方案只适合2K系统的实现,而不适合4K系统的实现。