HD、動(dòng)態(tài)背光控制和圖像處理是未來DTV三大重點(diǎn)

　　進(jìn)入2008年，數(shù)字電視(DTV)在中國市場的普及步伐將日趨加快。相比模擬電視，數(shù)字電視的系統(tǒng)集成度、數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜度都要更高，而且還具有多功能的特點(diǎn)，因而設(shè)計(jì)難度更大，芯片供應(yīng)商和整機(jī)制造商也面臨著更多挑戰(zhàn)。從目前來看，其主要的技術(shù)發(fā)展趨勢集中在以下幾個(gè)方面：高清(HD)格式、動(dòng)態(tài)背光功耗控制、大屏幕、互聯(lián)性、增強(qiáng)圖像質(zhì)量以及提供更多功能。

　　HD、大屏幕、增強(qiáng)圖像質(zhì)量和互連性成主流趨勢

　　意法半導(dǎo)體大中國區(qū)數(shù)字電視事業(yè)部高級(jí)經(jīng)理Rodrigo Cordero表示，“未來數(shù)字電視的技術(shù)發(fā)展方向應(yīng)是提高圖像質(zhì)量和不斷增加功能。”他解釋道，圖像質(zhì)量的提升將主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)處理技術(shù)(運(yùn)動(dòng)估計(jì)和補(bǔ)償、數(shù)字降噪、抖動(dòng)消除)、分辨率和處理速率以及顯示面板對光和運(yùn)動(dòng)圖像的反應(yīng)等性能上；功能的增強(qiáng)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(yàn)(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。

　　世健系統(tǒng)(Excelpoint)數(shù)字電視研發(fā)部副總監(jiān)談毅則強(qiáng)調(diào)，HD和大屏幕顯示將是主導(dǎo)DTV發(fā)展的兩個(gè)關(guān)鍵詞：一方面，從源端到終端的全HD是近來的一大熱點(diǎn)；另一方面，隨著LCD價(jià)格的進(jìn)一步下降及消費(fèi)者對HD要求，40寸以上顯示器將成為主流需求。“領(lǐng)先的顯示器制造商正在著手實(shí)現(xiàn)4K×2K分辨率，該分辨率有望在2010年實(shí)現(xiàn)”，賽靈思公司(Xilinx)亞太區(qū)消費(fèi)類垂直市場高級(jí)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(jī)，但北京芯慧同用半導(dǎo)體有限公司(Vivace)商務(wù)拓展副總經(jīng)理羅晉的觀點(diǎn)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(gè)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(dá)操作命令，而且還能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在各種資源(DTV、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)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(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸將需要對壓縮和格式化的媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)解碼。因此，DTV的功能強(qiáng)大的視頻解碼功能將是所有媒體設(shè)備(包括PMP、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)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(jìn)行通信”，他還指出，對于媒體芯片設(shè)計(jì)工程師而言，可配置的并行DSP架構(gòu)非常關(guān)鍵：強(qiáng)大的計(jì)算能力可支持處理壓縮復(fù)雜的視頻數(shù)據(jù)；低計(jì)算密度操作將支持與DTV共享HD媒體內(nèi)容的手持設(shè)備。

　　DSC、機(jī)頂盒、DVD播放器以及帶HDMI輸出的游戲機(jī)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(gè)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(fèi)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(shí)，ESD保護(hù)功能必不可少，但保護(hù)HDMI高速數(shù)據(jù)接口是一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的工作，因?yàn)楸Ｗo(hù)組件產(chǎn)生的電容性負(fù)載可能會(huì)大幅降低信號(hào)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(hù)性能的同時(shí)，還能節(jié)省外部ESD保護(hù)元件，降低系統(tǒng)成本。但內(nèi)部集成很難達(dá)到較高的ESD保護(hù)性能，而外接芯片低容抗、更耐壓，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以考慮選用分立式的ESD保護(hù)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(dǎo)體目前通過先進(jìn)架構(gòu)支持上述性能。

　　主要設(shè)計(jì)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(jì)工程師所面臨的與傳統(tǒng)模擬電視設(shè)計(jì)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(yīng)對：一是根據(jù)顯示圖像來動(dòng)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(dòng)顯示方案來進(jìn)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(jì)》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(huì)降低功耗和發(fā)熱，并且能夠大幅降低電視機(jī)的厚度。采用動(dòng)態(tài)背光控制等新技術(shù)進(jìn)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。

　　賽靈思公司的Sy指出，LED還可以進(jìn)行智能控制以改進(jìn)整個(gè)顯示系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍。采用動(dòng)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(huì)在高端DTV中采用。

　　HD格式的日漸盛行也帶來了許多標(biāo)清(SD)技術(shù)不能解決的設(shè)計(jì)問題，包括數(shù)字內(nèi)容保護(hù)、復(fù)雜HD信號(hào)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(biāo)準(zhǔn)帶來的連通性問題。

　　世健公司認(rèn)為，接收靈敏度是當(dāng)前DTV最重要的性能考量參數(shù)。對于HD信號(hào)(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(jì)，調(diào)諧器的選用、PCB布局及電源設(shè)計(jì)都會(huì)影響到接收靈敏度；此外，DTV提供的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)會(huì)大幅增加軟件代碼量，因而穩(wěn)定性及魯棒性是評(píng)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(yù)先考慮的。世健公司前端的接收板已針對HD需求進(jìn)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(kuò)展，并可以在強(qiáng)大的軟件開發(fā)支持下實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品差異化。

　　“在高成本效益的前提下實(shí)現(xiàn)更高級(jí)功能也是設(shè)計(jì)工程師遇到的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)之一。例如，以前的LCD電視采用由多個(gè)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(jì)則采用4層(某些案例中采用2層)小尺寸PCB。”卓然的Kawaguchi表示，“卓然在系統(tǒng)軟件和硬件設(shè)計(jì)方面的專業(yè)技術(shù)可在完全符合所有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)較高成本效益的設(shè)計(jì)。”卓然DTV解決方案包含完全符合標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)了一個(gè)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(jì)是決定DTV性能的另一個(gè)重要因素，未來的電視電源方案必須是滿足高效率、低待機(jī)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(dǎo)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(dāng)其沖，通常要求高達(dá)85%甚至90%以上，同時(shí)由于消費(fèi)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(dá)到上述要求，安森美利用各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如準(zhǔn)諧振、半橋LLC等軟開關(guān)電路來實(shí)現(xiàn)高效電源，因?yàn)槠溟_關(guān)損耗低尤其適合電視機(jī)電源的應(yīng)用。并且，合理的成本提供高能效和低EMI等特性使這幾種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)得以戰(zhàn)勝傳統(tǒng)的硬開關(guān)拓?fù)?正激或反激)。于輝補(bǔ)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(dǎo)電模式(CRM)的PFC控制適用于200W以下應(yīng)用，功率更大的情況則可以考慮連續(xù)導(dǎo)電模式(CCM)的控制器。在待機(jī)能耗方面，由于要求十分苛刻，通常都會(huì)設(shè)計(jì)一個(gè)單獨(dú)的待機(jī)電源來實(shí)現(xiàn)低待機(jī)功耗。安森美半導(dǎo)體已推出一系列完整的GreenPoint電視電源參考設(shè)計(jì)，如采用NCP1605/NCP1396/NCP1027實(shí)現(xiàn)的220W液晶電視電源能夠完全符合各項(xiàng)指標(biāo)。

　　利用FPGA和中間件技術(shù)縮短開發(fā)時(shí)間

　　由于DTV仍然處在產(chǎn)品生命周期的成長階段，因此在實(shí)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(shí)間、不斷變化的市場要求、新技術(shù)的不確定因素(如動(dòng)態(tài)LED BLU控制、幀速率要求、接口標(biāo)準(zhǔn)等)、提高圖像質(zhì)量都對DTV設(shè)計(jì)提出了挑戰(zhàn)，F(xiàn)PGA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(shí)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(dāng)接口之外，還具備嵌入式乘法器和內(nèi)置BRAM以實(shí)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(hù)客戶自己的IP。Altera公司面向消費(fèi)類應(yīng)用的低成本FPGA Cyclone III系列可以用于實(shí)現(xiàn)DTV系統(tǒng)中的各種功能，包括視頻處理、顯示屏?xí)r序控制器解碼等。

　　同樣是針對縮短開發(fā)時(shí)間的目標(biāo)，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(jī)中間件軟件，它具有DTMB、DVBC、ATSC、DVBT數(shù)字廣播信號(hào)的接收解調(diào)功能，采用層次清晰的模塊化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)目標(biāo)為跨平臺(tái)，多功能，具有豐富的多媒體與網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)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(jī)的技術(shù)，已在全國二十多個(gè)地區(qū)通過網(wǎng)絡(luò)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