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

　　進(jìn)入2008年，數字電視(DTV)在中國市場(chǎng)的普及步伐將日趨加快。相比模擬電視，數字電視的系統集成度、數據處理的復雜度都要更高，而且還具有多功能的特點(diǎn)，因而設計難度更大，芯片供應商和整機制造商也面臨著(zhù)更多挑戰。從目前來(lái)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、增強圖像質(zhì)量以及提供更多功能。

　　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數字電視事業(yè)部高級經(jīng)理Rodrigo Cordero表示，“未來(lái)數字電視的技術(shù)發(fā)展方向應是提高圖像質(zhì)量和不斷增加功能。”他解釋道，圖像質(zhì)量的提升將主要體現在數據處理技術(shù)(運動(dòng)估計和補償、數字降噪、抖動(dòng)消除)、分辨率和處理速率以及顯示面板對光和運動(dòng)圖像的反應等性能上；功能的增強則體現在連接性能(包括互聯(lián)網(wǎng)和內聯(lián)網(wǎng))和用戶(hù)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。

　　世健系統(Excelpoint)數字電視研發(fā)部副總監談毅則強調，HD和大屏幕顯示將是主導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(lái)的一大熱點(diǎn)；另一方面，隨著(zhù)LCD價(jià)格的進(jìn)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。“領(lǐng)先的顯示器制造商正在著(zhù)手實(shí)現4K×2K分辨率，該分辨率有望在2010年實(shí)現”，賽靈思公司(Xilinx)亞太區消費類(lèi)垂直市場(chǎng)高級經(jīng)理Josephine Sy說(shuō)。

　　在以往的概念中，通常是將數字電視作為電視廣播節目接收器或家庭多媒體娛樂(lè )中心主機，但北京芯慧同用半導體有限公司(Vivace)商務(wù)拓展副總經(jīng)理羅晉的觀(guān)點(diǎn)是，除了上述傳統功能，DTV還將與手持媒體設備關(guān)聯(lián)，使手持設備成為第二個(gè)媒體中心。手持媒體設備不僅可通過(guò)以DTV為中心的家庭娛樂(lè )系統傳達操作命令，而且還能實(shí)現數據在各種資源(DTV、網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器和其它設備)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)數據傳輸將需要對壓縮和格式化的媒體數據進(jìn)行動(dòng)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備(包括PMP、網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器等)所要求的。“利用手持設備，用戶(hù)將可以以無(wú)線(xiàn)方式與其訪(fǎng)問(wèn)的任何位置的DTV進(jìn)行通信”，他還指出，對于媒體芯片設計工程師而言，可配置的并行DSP架構非常關(guān)鍵：強大的計算能力可支持處理壓縮復雜的視頻數據；低計算密度操作將支持與DTV共享HD媒體內容的手持設備。

　　DSC、機頂盒、DVD播放器以及帶HDMI輸出的游戲機等外部設備的不斷增多使得數字電視生產(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已成為高清數字電視的主流接口，但所有系統生產(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(lái)自免許可證的DisplayPort產(chǎn)品的挑戰。同時(shí)，ESD保護功能必不可少，但保護HDMI高速數據接口是一個(gè)極具挑戰性的工作，因為保護組件產(chǎn)生的電容性負載可能會(huì )大幅降低信號的完整性。過(guò)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(shí)，還能節省外部ESD保護元件，降低系統成本。但內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，因此系統設計人員可以考慮選用分立式的ESD保護器件來(lái)滿(mǎn)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。意法半導體目前通過(guò)先進(jìn)架構支持上述性能。

　　主要設計挑戰和解決方案

　　在數字電視中，TFT-LCD面板的背光功耗和HD格式將是設計工程師所面臨的與傳統模擬電視設計完全不同的問(wèn)題。TFT-LCD面板的背光功耗問(wèn)題主要可以通過(guò)兩種途徑來(lái)應對：一是根據顯示圖像來(lái)動(dòng)態(tài)調整不同區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(lái)進(jìn)一步節省功耗。卓然公司(Zoran)HDTV產(chǎn)品總監Jun Kawaguchi對《電子系統設計》說(shuō)，減少TFT-LCD背光的最有效方法是采用LED背光。傳統的背光采用帶高壓反相器的CCFL(冷陰極射線(xiàn)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，則有助于根據顯示內容來(lái)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(lái)了許多標清(SD)技術(shù)不能解決的設計問(wèn)題，包括數字內容保護、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(cháng)電纜和新式接口標準帶來(lái)的連通性問(wèn)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。對于HD信號(如采用MPEG2編碼，碼流速率將大于19.2Mbps)，需要良好的前端設計，調諧器的選用、PCB布局及電源設計都會(huì )影響到接收靈敏度；此外，DTV提供的數據業(yè)務(wù)會(huì )大幅增加軟件代碼量，因而穩定性及魯棒性是評估系統的重要參數；由于MPEG2/H.264/AVS都有可能在用戶(hù)需求中出現，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(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展，并可以在強大的軟件開(kāi)發(fā)支持下實(shí)現產(chǎn)品差異化。

　　“在高成本效益的前提下實(shí)現更高級功能也是設計工程師遇到的設計挑戰之一。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。最新設計則采用4層(某些案例中采用2層)小尺寸PCB。”卓然的Kawaguchi表示，“卓然在系統軟件和硬件設計方面的專(zhuān)業(yè)技術(shù)可在完全符合所有工業(yè)標準的同時(shí)實(shí)現較高成本效益的設計。”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高清內容視頻輸入和WSXGA PC模擬視頻輸入。

　　電源設計是決定DTV性能的另一個(gè)重要因素，未來(lái)的電視電源方案必須是滿(mǎn)足高效率、低待機能耗、高功率因數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市場(chǎng)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(shí)由于消費類(lèi)電子市場(chǎng)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構如準諧振、半橋LLC等軟開(kāi)關(guān)電路來(lái)實(shí)現高效電源，因為其開(kāi)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構得以戰勝傳統的硬開(kāi)關(guān)拓撲(正激或反激)。于輝補充說(shuō)，有源功率因數校正(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(huì )設計一個(gè)單獨的待機電源來(lái)實(shí)現低待機功耗。安森美半導體已推出一系列完整的GreenPoint電視電源參考設計，如采用NCP1605/NCP1396/NCP1027實(shí)現的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(kāi)發(fā)時(shí)間

　　由于DTV仍然處在產(chǎn)品生命周期的成長(cháng)階段，因此在實(shí)現技術(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(chǎng)要求和縮短的產(chǎn)品生命周期，采用ASIC開(kāi)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(kāi)發(fā)時(shí)間、不斷變化的市場(chǎng)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、接口標準等)、提高圖像質(zhì)量都對DTV設計提出了挑戰，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(kāi)發(fā)成本的同時(shí)解決以上挑戰。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置BRAM以實(shí)現有效的圖像處理算法。帶內置閃存的Spartan-3AN產(chǎn)品具有極高安全性，可保護客戶(hù)自己的IP。Altera公司面向消費類(lèi)應用的低成本FPGA Cyclone III系列可以用于實(shí)現DTV系統中的各種功能，包括視頻處理、顯示屏時(shí)序控制器解碼等。

　　同樣是針對縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間的目標，上海暉悅數字視頻科技有限公司日前推出了一種名為iTVware的數字電視接收機中間件軟件，它具有DTMB、DVBC、ATSC、DVBT數字廣播信號的接收解調功能，采用層次清晰的模塊化設計，設計目標為跨平臺，多功能，具有豐富的多媒體與網(wǎng)絡(luò )擴充接口與模塊。據暉悅公司總經(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(gè)地區通過(guò)網(wǎng)絡(luò )測試，能夠快速融合硬件的差異化，加快DTV廠(chǎng)商的開(kāi)發(fā)速度，提升他們的產(chǎn)品技術(shù)競爭力