虚拟演播室系统设备的分析与比较

虚拟演播室系统设备的分析与比较

虚拟演播室系统设备的分析与比较

目前,许多厂家致力于虚拟演播室技术的开发与研究，并在把产品推向市场的同时，不断的改进与完善。面对市场上繁多的各种产品类别，本文力求站在专业用户的角度，对面临的选择做一个理性的思考。以下通过对VI[Z]SET公司的IBIS虚拟演播室系统和国内一些厂家的产品，在虚拟演播室系统的三个关键性环节系统主机部分、跟踪部分和色键部分的比较，对虚拟演播室系统的设备进行分析。

一、 系统主机部分

在虚拟演播室系统中，系统的硬件平台应该为软件运行提供强有力的保证。衡量的标准关键在于它的实时计算能力，绘图能力和视频处理能力。IBIS虚拟演播室系统采用SGI公司的O2图形工作站，而目前国内的几乎所有的公司都采用NT基PC作为虚拟演播室系统的主机。两者之间的内部机理有何不同呢？现分析如下：

(1) 体系结构

PC工作站利用系统总线连接PC的各个子系统和独立的本地缓存（包括帧存、纹理内存、Z缓存或图像存储）。即在整个存储结构制造了许多独立的数据区，这些数据区可以通过总线连接。在这种结构中，Microsoft/Intel Windows BIOS（基本输入输出系统）定义了只有CPU和主存储能够使用系统总线。所有其他子系统的数据只能驻留在PCI或ISA总线中，与CPU和主存储的数据交换通过桥接完成。如下图（1）所示。

每个子系统共同分享具有50-80MB/sec处理能力的PCI总线。而用于I/O上30MB/sec 的UltraSCSI通道也要消耗PCI总线，使得PCI总线趋近于饱和。虽然PC系统结构中在特殊区域采用了能够控制并实时地在本地缓存之间传递数据的高速总线将各部分连接起来，但是CPU与本地缓存之间不能实现实时数据交换。由于系统瓶颈，当把数据通过桥接传向系统总线时，这些数据到系统总线不可能实现实时传递。

O2的UMA（一体化存储结构）不同于PC的结构，它将一个系统内所有的缓存捆绑在一起形成一个存储池，成为系统的主CPU存储区。它拥有基于4组多路复用的SDRAM来支持2.1GB/sec的带宽。主存储单元通过这个充分预留的带宽来确保各子系统不会发生数据堵塞现象。如图（2）所示。

以下是O2的UMA（一体化存储结构）的特点：

A、本地缓存

O2中的所有子系统都用主存储区作为数据缓存，这样可以显著地降低系统开销。对O2而言不需要对视频、图像、图形处理或压缩数据等建立单独的缓存。主存储区存储的数据类型有：

帧存（支持双32bit缓存、Z-缓存、模板平面和材质贴图）

2D图形数据
CCIR601中规定的未压缩的Y、Cr、Cb视频信号
应用程序数据和操作系统内核
P缓存（非演示的帧缓存渲染）
低压缩的JPEG、MPEG-1和H.261数据

B、低数据运动量

O2中各种类型的数据都被保存在主存储区中，数字媒体数据从一个数据源传递到另一个数据源只须提出申请。这个过程中无数据的运动。这项技术使得在处理过程可省去数微秒至数秒的时间。此外O2又引入了一种数字媒体流的机制，当有数据从一个子系统传递到另一个子系统时，数字媒体流从源到目的地的连接就建立起来。如果数据不需要转换，则只需发出一个到目的地的指令。如果需要数据转换，则转换方式会被放置于源和目的地之间。

C、有效存储

O2的统一存储结构不仅通过降低本地缓存数量来降低系统开销，也能有效地提高存储使用效率。存储单元只有需要时才会分配。当不被使用时，可被其它子系统或应用程序调用。

D、CPU可视察性数据

O2的另一个关键优点在于CPU可以实时视察和操作各种类型数据。这种能力意味着一个应用程序在对子系统进行数据操作的同时也可有效并实时地支持大范围系统的特性，减少系统整体开销。

简而言之，O2的UMA（一体化存储结构）具有以下特性：

（1）避免了系统之间相互拷贝数据的需要，因此削弱了系统的瓶颈。
（2）随着每个子系统的本地存储缓存的削减，整个系统的开销显著降低。
（3）存储资源的高效利用。未被使用的存储单元会返回到CPU存储池供其它子系统或应用软件使用。
（4）允许申请直接提交运算结果，而无须通过应用软件或算法程序。

2、CPU和操作系统

现阶段，PC的CPU大多是32位的CPU，采用CISC指令集执行命令，PC采用Windows操作系统将CPU的95%的处理能力放在GUI的运行和对子系统传递控制信息之上。而O2采用64位的CPU，尽管主频慢，但采用RISC算法执行命令，可以同时执行4条命令，所以主频相当于PC的4倍，而且有专用的Mips芯片执行浮点运算，用于多媒体、图形图像的实时处理。此外，O2的CPU承认全部类型数据，使它具有灵活的运算能力。而PC的CPU没有这种能力。

通过对PC和O2的内部机制分析，具体到采用PC的虚拟演播室系统和采用SGI O2的 IBIS虚拟演播室系统的比较，有以下几点：

1、 图形运算：

PC将图形卡置于PCI总线上，图形卡上依靠专用的不可以扩展的图形处理、显示内存进行图形处理，当图形运算量超过图形卡的内存时，只能以牺牲图形质量来完成运算，而且可能发生系统死机。而O2由于将图形卡的功能置于主板上，又是一体化存储结构，对图形处理所需的内存自动优化配置，可以避免系统死机现象的发生。

2、 图形质量：

PC对图像处理时，对图形边缘必须作反锯齿效果，占用有限的系统资源，从而使图形质量下降。PC的图形分辨率一般为512*512像素，虚拟场景设置的颜色最多为24位真彩色。而O2可以进行实时图像处理，不会占用系统资源，图形视频指标不会下降。且图形分辨率高达4096*4096像

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