HD、動態(tài)背光控制和圖像處理是未來DTV三大重點發(fā)展方向

HD、大屏幕、增強圖像質(zhì)量和互連性成主流趨勢

意法半導體大中國區(qū)數(shù)字電視事業(yè)部高級經(jīng)理Rodrigo Cordero表示，“未來數(shù)字電視的技術(shù)發(fā)展方向應是提高圖像質(zhì)量和不斷增加功能?！彼忉尩溃瑘D像質(zhì)量的提升將主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)處理技術(shù)(運動估計和補償、數(shù)字降噪、抖動消除)、分辨率和處理速率以及顯示面板對光和運動圖像的反應等性能上；功能的增強則體現(xiàn)在連接性能(包括互聯(lián)網(wǎng)和內(nèi)聯(lián)網(wǎng))和用戶體驗(DVR、智能UI、圖像質(zhì)量的改善、游戲、靈敏的面板和傳感器等)上。

圖1：意法半導體大中國區(qū)數(shù)字電視事業(yè)部高級經(jīng)理Rodrigo Cordero。

世健系統(tǒng)(Excelpoint)數(shù)字電視研發(fā)部副總監(jiān)談毅則強調(diào)，HD和大屏幕顯示將是主導DTV發(fā)展的兩個關(guān)鍵詞：一方面，從源端到終端的全HD是近來的一大熱點；另一方面，隨著LCD價格的進一步下降及消費者對HD要求，40寸以上顯示器將成為主流需求?！邦I(lǐng)先的顯示器制造商正在著手實現(xiàn)4K×2K分辨率，該分辨率有望在2010年實現(xiàn)”，賽靈思公司(Xilinx)亞太區(qū)消費類垂直市場高級經(jīng)理Josephine Sy說。

在以往的概念中，通常是將數(shù)字電視作為電視廣播節(jié)目接收器或家庭多媒體娛樂中心主機，但北京芯慧同用半導體有限公司(Vivace)商務拓展副總經(jīng)理羅晉的觀點是，除了上述傳統(tǒng)功能，DTV還將與手持媒體設(shè)備關(guān)聯(lián)，使手持設(shè)備成為第二個媒體中心。手持媒體設(shè)備不僅可通過以DTV為中心的家庭娛樂系統(tǒng)傳達操作命令，而且還能實現(xiàn)數(shù)據(jù)在各種資源(DTV、網(wǎng)絡服務器和其它設(shè)備)之間的傳輸。在播放和免編解碼(transcoder-free)操作時進行實時數(shù)據(jù)傳輸將需要對壓縮和格式化的媒體數(shù)據(jù)進行動態(tài)解碼。因此，DTV的功能強大的視頻解碼功能將是所有媒體設(shè)備(包括PMP、網(wǎng)絡服務器等)所要求的。“利用手持設(shè)備，用戶將可以以無線方式與其訪問的任何位置的DTV進行通信”，他還指出，對于媒體芯片設(shè)計工程師而言，可配置的并行DSP架構(gòu)非常關(guān)鍵：強大的計算能力可支持處理壓縮復雜的視頻數(shù)據(jù)；低計算密度操作將支持與DTV共享HD媒體內(nèi)容的手持設(shè)備。

圖2：北京芯慧同用半導體公司羅晉。

DSC、機頂盒、DVD播放器以及帶HDMI輸出的游戲機等外部設(shè)備的不斷增多使得數(shù)字電視生產(chǎn)商在產(chǎn)品中集成了多個HDMI接口，以便與更多視頻輸入連接。盡管HDMI已成為高清數(shù)字電視的主流接口，但所有系統(tǒng)生產(chǎn)商要使用HDMI接口都必須支付許可費用，這是HDMI推廣的主要障礙。因此HDMI面臨來自免許可證的DisplayPort產(chǎn)品的挑戰(zhàn)。同時，ESD保護功能必不可少，但保護HDMI高速數(shù)據(jù)接口是一個極具挑戰(zhàn)性的工作，因為保護組件產(chǎn)生的電容性負載可能會大幅降低信號的完整性。過去通常的做法是把ESD部件集成到接口中，在提高保護性能的同時，還能節(jié)省外部ESD保護元件，降低系統(tǒng)成本。但內(nèi)部集成很難達到較高的ESD保護性能，而外接芯片低容抗、更耐壓，因此系統(tǒng)設(shè)計人員可以考慮選用分立式的ESD保護器件來滿足HDMI接口的要求。對更高圖像質(zhì)量的要求也影響了HDMI接口，即需要支持深色功能(Deep Color)和增加的處理位數(shù)。意法半導體目前通過先進架構(gòu)支持上述性能。

主要設(shè)計挑戰(zhàn)和解決方案

在數(shù)字電視中，TFT-LCD面板的背光功耗和HD格式將是設(shè)計工程師所面臨的與傳統(tǒng)模擬電視設(shè)計完全不同的問題。TFT-LCD面板的背光功耗問題主要可以通過兩種途徑來應對：一是根據(jù)顯示圖像來動態(tài)調(diào)整不同區(qū)域的背光功率以最大限度地省電；二是采用OLED等其它主動顯示方案來進一步節(jié)省功耗。卓然公司(Zoran)HDTV產(chǎn)品總監(jiān)Jun Kawaguchi對《電子系統(tǒng)設(shè)計》說，減少TFT-LCD背光的最有效方法是采用LED背光。傳統(tǒng)的背光采用帶高壓反相器的CCFL(冷陰極射線管)，這增加了功耗和發(fā)熱?；贚ED的背光會降低功耗和發(fā)熱，并且能夠大幅降低電視機的厚度。采用動態(tài)背光控制等新技術(shù)進行控制，則有助于根據(jù)顯示內(nèi)容來控制功率。此外，為降低電視的整體功耗，可以采用高度集成的DTV器件。

圖3：卓然公司Jun Kawaguchi。

賽靈思公司的Sy指出，LED還可以進行智能控制以改進整個顯示系統(tǒng)的動態(tài)范圍。采用動態(tài)控制的LED背光可降低20~30%的功耗。但是，用于DTV的LED BLU的制造成本仍是CCFL背光的2~3倍，因此這種技術(shù)將只會在高端DTV中采用。

HD格式的日漸盛行也帶來了許多標清(SD)技術(shù)不能解決的設(shè)計問題，包括數(shù)字內(nèi)容保護、復雜HD信號路由、增大平板顯示屏、帶7.1通道環(huán)繞立體聲音頻和由長電纜和新式接口標準帶來的連通性問題。

世健公司認為，接收靈敏度是當前DTV最重要的性能考量參數(shù)。對于HD信號(如采用MPEG2編碼，碼流速率將大于19.2Mbps)，需要良好的前端設(shè)計，調(diào)諧器的選用、PCB布局及電源設(shè)計都會影響到接收靈敏度；此外，DTV提供的數(shù)據(jù)業(yè)務會大幅增加軟件代碼量，因而穩(wěn)定性及魯棒性是評估系統(tǒng)的重要參數(shù)；由于MPEG2/H.264/AVS都有可能在用戶需求中出現(xiàn)，多種信源編碼的兼容也是需要預先考慮的。世健公司前端的接收板已針對HD需求進行優(yōu)化，而后端的處理器及其解碼芯片在功能上可作大幅擴展，并可以在強大的軟件開發(fā)支持下實現(xiàn)產(chǎn)品差異化。

“在高成本效益的前提下實現(xiàn)更高級功能也是設(shè)計工程師遇到的設(shè)計挑戰(zhàn)之一。例如，以前的LCD電視采用由多個PCB模塊組成的6層或8層PCB，這增加了BOM和制造成本。最新設(shè)計則采用4層(某些案例中采用2層)小尺寸PCB?！弊咳坏腒awaguchi表示，“卓然在系統(tǒng)軟件和硬件設(shè)計方面的專業(yè)技術(shù)可在完全符合所有工業(yè)標準的同時實現(xiàn)較高成本效益的設(shè)計。”卓然DTV解決方案包含完全符合標準的DTV軟件以及業(yè)內(nèi)集成度最高的SoC芯片，日前推出的SupraHD 780和SupraHD 770單芯片ATSC處理器將所有必須的數(shù)字電視和模擬電路整合進了一個單一的、具有成本競爭力的套件，支持1080i高清內(nèi)容視頻輸入和WSXGA PC模擬視頻輸入。

電源設(shè)計是決定DTV性能的另一個重要因素，未來的電視電源方案必須是滿足高效率、低待機能耗、高功率因數(shù)等要求的高功率密度解決方案。安森美半導體電源管理部中國區(qū)市場推廣經(jīng)理于輝表示，電源效率要求首當其沖，通常要求高達85%甚至90%以上，同時由于消費類電子市場競爭的日益激烈，成本也成為不可或缺的考慮因素之一。為達到上述要求，安森美利用各種拓撲結(jié)構(gòu)如準諧振、半橋LLC等軟開關(guān)電路來實現(xiàn)高效電源，因為其開關(guān)損耗低尤其適合電視機電源的應用。并且，合理的成本提供高能效和低EMI等特性使這幾種拓撲結(jié)構(gòu)得以戰(zhàn)勝傳統(tǒng)的硬開關(guān)拓撲(正激或反激)。于輝補充說，有源功率因數(shù)校正(PFC)也是DVT電源必不可少的部分。從成本的角度考慮，臨界導電模式(CRM)的PFC控制適用于200W以下應用，功率更大的情況則可以考慮連續(xù)導電模式(CCM)的控制器。在待機能耗方面，由于要求十分苛刻，通常都會設(shè)計一個單獨的待機電源來實現(xiàn)低待機功耗。安森美半導體已推出一系列完整的GreenPoint電視電源參考設(shè)計，如采用NCP1605/NCP1396/NCP1027實現(xiàn)的220W液晶電視電源能夠完全符合各項指標。

利用FPGA和中間件技術(shù)縮短開發(fā)時間

由于DTV仍然處在產(chǎn)品生命周期的成長階段，因此在實現(xiàn)技術(shù)和接口要求方面還存在不少不確定因素，再加上不斷變化的市場要求和縮短的產(chǎn)品生命周期，采用ASIC開發(fā)變得非常麻煩，而ASSP的靈活性也不夠。賽靈思的Sy表示，縮短產(chǎn)品開發(fā)時間、不斷變化的市場要求、新技術(shù)的不確定因素(如動態(tài)LED BLU控制、幀速率要求、接口標準等)、提高圖像質(zhì)量都對DTV設(shè)計提出了挑戰(zhàn)，FPGA的可編程性和靈活性特征將有助于DTV制造商在維持甚至降低總開發(fā)成本的同時解決以上挑戰(zhàn)。例如，Xilinx Spartan-3產(chǎn)品除了配備LVDS、mini-LVDS、RSDS、LVTTL和PPDS等適當接口之外，還具備嵌入式乘法器和內(nèi)置BRAM以實現(xiàn)有效的圖像處理算法。帶內(nèi)置閃存的Spartan-3AN產(chǎn)品具有極高安全性，可保護客戶自己的IP。Altera公司面向消費類應用的低成本FPGA Cyclone III系列可以用于實現(xiàn)DTV系統(tǒng)中的各種功能，包括視頻處理、顯示屏時序控制器解碼等。

同樣是針對縮短開發(fā)時間的目標，上海暉悅數(shù)字視頻科技有限公司日前推出了一種名為iTVware的數(shù)字電視接收機中間件軟件，它具有DTMB、DVBC、ATSC、DVBT數(shù)字廣播信號的接收解調(diào)功能，采用層次清晰的模塊化設(shè)計，設(shè)計目標為跨平臺，多功能，具有豐富的多媒體與網(wǎng)絡擴充接口與模塊。據(jù)暉悅公司總經(jīng)理朱仕康介紹，iTVware是一種針對電視接收機的技術(shù)，已在全國二十多個地區(qū)通過網(wǎng)絡測試，能夠快速融合硬件的差異化，加快DTV廠商的開發(fā)速度，提升他們的產(chǎn)品技術(shù)競爭力。