高清數字電視音視頻及電源設計技術(shù)

標簽：ADC SDTV

無(wú)論由摩爾定律或消費需求驅動(dòng)，在當今電視中所需要的性能水平可能似乎是勢不可當的。

與標準清晰度電視格式(SDTV)相比，具有1080像素的高清晰(HD)格式的數字電視所驅動(dòng)的數據量要大6倍，它要管理數字電視、IPTV、視頻會(huì )議廣播及處理杜比AC-3、MPEG和其它音頻格式，這些功能都成為了數字電視(DTV)必須具備的功能。

從對音頻、視頻和輸入信號格式的最高要求來(lái)說(shuō)，存在若干可供選擇觀(guān)看的選項：正投、背投、DLP、LCD、等離子和CRT。無(wú)論是在嵌入到手表中的1英寸的顯示器上觀(guān)看電視，或是采用投影系統的顯示屏在整塊墻壁上觀(guān)看電視，對尺寸和性能的組合要求幾乎是無(wú)窮無(wú)盡的。

數字電視基礎

即使目前在貨架上的每一臺電視可能從大小、外觀(guān)、形狀因子和銷(xiāo)售人員給你的基本描述來(lái)看都非常不同，但是，當你考察其內部的時(shí)候，電視的基本構造模塊都是非常相似的。

一般來(lái)說(shuō)，數字電視可以被分解為不到10個(gè)主要的模塊：顯示器(和驅動(dòng)器)、核心媒體引擎、音頻編解碼和處理、視頻編解碼和處理、調諧器、接口模塊和電源。對每一個(gè)模塊的絕對性能要求由你最喜歡的座位的舒適體驗的性能水平來(lái)定義。

下圖為典型的數字電視系統方塊圖。

圖1：典型的數字電視系統方塊圖

在圖1中，我們給出了HDTV的基本方框圖，我們在功能方塊圖層面已經(jīng)加以考慮。開(kāi)發(fā)屏幕后面的電視機系統需要采用許多工具，它們都可以從各類(lèi)企業(yè)獲得。然而，在把來(lái)自不同元器件供應商的解決方案整合在一起的過(guò)程中，既要加快設計周期以縮短產(chǎn)品上市時(shí)間，又要確保兼容性，那么，這種要求就會(huì )成問(wèn)題。無(wú)論是采用DLP技術(shù)、基于DSP的數字媒體處理器、其它的核心處理解決方案或一些其它的高性能模擬元器件，都需要為快速演進(jìn)的數字電視市場(chǎng)設計出高度集成、靈活且便于使用的數字電視機。對于融合的應用來(lái)說(shuō)，把高性能音視頻CODEC、圖形加速、通信和支持功能設計到家庭娛樂(lè )體驗系統之中是至關(guān)重要的。

視頻設計

消費者常常在觀(guān)看電視的時(shí)候，對視頻體驗提出非常高的要求。正因為如此，分辨率、亮度、對比度和清晰度對看起來(lái)的“逼真”體驗有著(zhù)重要意義。對于電視機來(lái)說(shuō)，支持多種ATSCTDV格式、NTSC和PAL解碼、復合及S-Video輸入和二維濾波都是至關(guān)重要的。隨著(zhù)高清晰電視的發(fā)展，以配備三維濾波的1080i分辨率支持全高清將是標準的配置。在接收如圖1所示的視頻信號鏈的過(guò)程中，重要的是選擇具有混合各種性能的能力的視頻解碼器、模/數轉換器(ADC)和視頻緩沖器，以便于你能夠根據系統的成本目標調節性能。

圖2：視頻解碼器的數據流路徑

圖2所示為視頻解碼器的數據流路徑，它負責處理NTSC、PAL、SECAM、S-Video、SCART、YPbPr、RGB、480p和其它輸入格式。在數字電視中，對這種級別的靈活性的支持是必需的，完全是為了讓一個(gè)機型經(jīng)過(guò)實(shí)際設置可以工作于任何格式。數字電視解碼器的典型性能特征包括：同步、消隱、場(chǎng)、有源視頻窗口、水平和垂直同步、時(shí)鐘、同步鎖相(用于下行視頻編碼同步)、主CPU中斷和可編程邏輯I/O信號。這是對數字視頻輸出以及用于先進(jìn)的垂直消隱期(VBI)數據恢復的補充。作為一種附加功能，一些視頻解碼器支持VBI數據處理器(VDP)在文字電視廣播、傳送字幕(CC)和其它VBI數據上進(jìn)行數據分片、解析和執行誤碼校驗。內置的FIFO存儲多達11行文字電視廣播數據，而適當的主接口同步及全屏幕文字電視廣播恢復是當今系統中的幾個(gè)常見(jiàn)要求。然而，一些實(shí)現方案需要一種解碼器，它能夠為基于主CPU的VBI處理提供速度為已采樣原始亮度數據兩倍的輸出格式化數據。

對于信號鏈中的ADC來(lái)說(shuō)，個(gè)人電腦和HD視頻輸出要求其具有改進(jìn)的抖動(dòng)減低性能、在視頻系統中的較高圖像品質(zhì)并能夠支持日益增長(cháng)的帶寬需求。在數字電視實(shí)現方案中，一個(gè)8/10位三ADC通常提供165Msps的采樣率，從而提供豐富的視頻性能，并且也是商用投影儀、電視和機頂盒的理想選擇。

最后，要把視頻信號鏈的輸出分辨率與顯示器的性能及輸入信號的分辨率匹配，從而優(yōu)化視頻的設計。在低分辨率的CRT電視時(shí)代，采用較低性能的前端可能一直都是可以接受的，但是，利用當今的高分辨率顯示器，在模擬前端中的任何噪聲或不規則信號都將清晰地顯示在數字電視的屏幕上。

音頻設計

過(guò)去，消費者可能要把電視連接到他們的家庭音頻系統來(lái)增強音頻體驗，特別是在觀(guān)看電影的時(shí)候。隨著(zhù)音頻解決方案的進(jìn)步，有可能把電視與家庭立體聲分開(kāi)放置在兩個(gè)不同的地方，特別是對安裝在墻壁上的數字電視，這就驅使人們把先進(jìn)的音頻解決方案直接集成到數字電視之中，以提高性能。但是，無(wú)論驅動(dòng)表面揚聲器或傳統的揚聲器，音頻信號鏈在最大化音頻體驗中都是至關(guān)重要的。為了實(shí)現音頻品質(zhì)的進(jìn)一步差異化，必須在數字電視中采用音頻處理。音頻處理使像電影、新聞和音樂(lè )這樣的標準聲音模式成為可能，此外，還有諸如環(huán)繞聲虛擬、重低音增強和其他著(zhù)名的音頻算法之類(lèi)的先進(jìn)音頻功能。

在音頻解決方案中進(jìn)行折衷與音頻處理性能、音頻輸出功率、熱耗散和整體的功耗有關(guān)。傳統的音頻方案由兩到三個(gè)受AB類(lèi)音頻功率放大器驅動(dòng)的揚聲器構成。然而，相對于它的整個(gè)音頻輸出而言，AB類(lèi)放大器的工作固有地生成大量的熱。這些積聚起來(lái)的高溫因為需要大的散熱片來(lái)散發(fā)熱量，所以，在大多數薄形狀因子的平面電視中禁止采用AB類(lèi)放大器。為了解決這個(gè)問(wèn)題，業(yè)界采用了D類(lèi)放大器技術(shù)(圖3)。目前，輸出場(chǎng)效應三極管(FET)可以在截止區與飽和區之間切換，從而提供比AB類(lèi)放大器更高的效率?，F有的音頻解決方案容許你完全利用數字信號路徑。這不僅僅最大化音頻效率，而且，它們也提供有效的處理和大于110dB的信噪比(SNR)。