便攜式設計的高速視頻總線(xiàn)設計挑戰

IT產(chǎn)品和視頻
處理器和ASIC廠(chǎng)商一直面臨控制設備管腳數的問(wèn)題，序列視頻相互連接能讓管腳數減少，這點(diǎn)極具吸引力。Intel率先采用DVO輸出而淘汰GPU輸出并行總線(xiàn)，使得總線(xiàn)寬度減少將近50%。接著(zhù)，Intel推出真正只需運用四條差動(dòng)線(xiàn)路的串行接口SDVO。

圖像處理產(chǎn)業(yè)的一個(gè)重大瓶頸是顯示器面板輸入。如今幾乎所有大型圖像面板(指德州儀器的 FlatLink或National Semiconductor的PanelLink)都采用7:1數據壓縮比的LVDS序列器。筆記本電腦顯示器面板主要采用18位/像素的色彩分辨率。其中，使用三個(gè)差動(dòng)數據線(xiàn)路和一條頻率線(xiàn)路，將數據和其他三個(gè)同步信號傳輸至面板。監視器和電視面板需要各像素具有24位、30位甚至高達48位的色彩分辨率。這通常會(huì )運用相同的7:1 LVDS串行化技術(shù)，LVDS通道的數量也會(huì )從四個(gè)差動(dòng)對隨之增加為五對、六對或七對。

顯示器面板有不同的色彩分辨率(16位和48位)，也有不同的屏幕分辨率(QVGA和FHD)。不斷提高的面板分辨率能夠轉換為更為快速的像素時(shí)鐘速率，而且需要更多的數據處理量。LVDS序列器能夠以大約135MHz的像素頻率速度達到最大的數據傳輸速率。為了達到更快速的時(shí)鐘速率，像素傳輸可區分為奇、偶像素數據，并透過(guò)兩個(gè)平行LVDS聯(lián)結進(jìn)行傳輸。目前最大的電視使用多達32個(gè)差動(dòng)信號對，使得像素時(shí)鐘速率達到540MHz成為可能，而處理如此大量的LVDS信號讓EMI處理變得極具挑戰性。雖然7:1 LVDS串行化架構被明確地限定為技術(shù)層級，不過(guò)仍相當受到歡迎，有多種途徑可取得這項技術(shù)。

使用7:1 LVDS SERDES作為內部接口時(shí)，數字視頻接口(DVI)則成為外部連接設備的對應。進(jìn)行串行化之前，會(huì )先將數據編碼。其中，采用的編碼機制是最小化傳輸差動(dòng)信號(TMDS)，這是Silicon Image所研發(fā)的技術(shù)。TMDS不只提供AC平衡信號，而且能夠在提高時(shí)鐘速率時(shí)降低數據線(xiàn)路的EMI。第三項類(lèi)似的技術(shù)是高畫(huà)質(zhì)多媒體接口(HDMI)，HDMI將 DVI概念予以延伸，在TMDS信號加入音頻和數據加密。LVDS串行化、DVI和HDMI都有一個(gè)重大的設計缺陷，就是像素頻率信號與數據為并行傳輸。由于接收器使用此頻率信號進(jìn)行數據復原(DLL)，使得聯(lián)結的設定和控制時(shí)間變得極為重要，對于內建信號歪斜修正(deskew)功能的接收器，甚至會(huì )降低其最大數據傳輸速率。

將時(shí)鐘信號嵌入數據的序列器技術(shù)能夠達到最高的數據傳輸速率，THine的V-by-One便是其中一例，然而專(zhuān)屬性解決方案限制了這一技術(shù)的使用。DisplayPort(DP)成為未來(lái)PC業(yè)界優(yōu)先采用的顯示相互連接方式。DP是一種結合歷史經(jīng)驗的開(kāi)放技術(shù)，擴充性相當高，而且使用8B10B編碼，具備數據擾頻(data scrambling)、SSC、信道間信號歪斜修正及嵌入式計時(shí)等功能。DP能夠提供低功耗且高處理量的低 EMI 視頻接口。從去年起直接驅動(dòng)顯示器已開(kāi)始采用DP，并且逐漸取代筆記本電腦的LVDS顯示連接。

在2007年時(shí)，消費性電子產(chǎn)業(yè)對iPhone的成功以及UltraMobilePC激增的銷(xiāo)售佳績(jì)感到震撼，這些產(chǎn)品都是采用移動(dòng)處理器來(lái)支持低功耗的PC引擎。顯示器面板廠(chǎng)商如今正借由動(dòng)態(tài)背光源的運用及OLED顯示技術(shù)的提升來(lái)開(kāi)發(fā)可降低功耗的解決方案。能夠驅動(dòng)大型彩色筆記本電腦面板的行動(dòng)處理器即將實(shí)現，不過(guò)這讓行動(dòng)處理器設計人員不易選擇正確的視頻接口，因為驅動(dòng)手機HDMI的需求正日益增加，而且DSI、HDMI、LVDS SERDES和DP之間開(kāi)始出現相互重疊的現象。

另外，透過(guò)光纖及無(wú)線(xiàn)連接進(jìn)行視頻傳輸的需求出現。不只影像畫(huà)面需要無(wú)線(xiàn)連接，壁掛式超薄型LCD電視也同樣需要。透過(guò)現有的設備并利用MPEG譯碼來(lái)傳輸經(jīng)過(guò)壓縮的視頻實(shí)屬不易，尤其在大型電視屏幕上播放電影和視頻更是如此。以往只有并行總線(xiàn)可用，如今大多數視頻架構仍然使用低串行化密度，并維持像素頻率與資料的平行?，F在，改用頻率嵌入于數據的完全優(yōu)化序列聯(lián)機終于開(kāi)始出現，透過(guò)適應接收器的等化和傳輸預加重技術(shù)(transmit pre-emphasis)的使用，線(xiàn)路的數量將可進(jìn)一步減少。

未來(lái)趨勢如何變化
電視產(chǎn)業(yè)中Full HD高畫(huà)質(zhì)屏幕的發(fā)展趨勢不容小覷，而且一般人都很樂(lè )意透過(guò)大型屏幕與朋友分享個(gè)人設備中的內容。之前，18位色彩和QVGA分辨率被誤認為對便攜式低功耗產(chǎn)品已經(jīng)綽綽有余，如果忽視3D電影近期的成長(cháng)或3D DLP電視的商業(yè)量產(chǎn)上市，將錯過(guò)這一發(fā)展趨勢。例如，夢(mèng)工廠(chǎng)電影制作公司(DreamWorks)已定立多項計劃，從2009年開(kāi)始就以3D方式制作所有新電影。3D圖像處理需要加倍的數據處理量，以及更進(jìn)階的信號處理技術(shù)。全像技術(shù)(holographic techniques)使得設計人員能夠制作出具有影像投影功能的眼鏡，不只質(zhì)量輕，而且外型美觀(guān)，顯示袖珍型影像投影技術(shù)如今已逐漸實(shí)現。另外，目前已首度證實(shí)，筆記本電腦的電池供電可支持30英寸的投影，這一尺寸的屏幕需要高于VGA等級的分辨率。