改進(jìn)的組件使手機與其他便攜式設備具備電視功能

　　視頻也正在像音樂(lè )一樣具有便攜性。很快人們就可以像共享他們喜歡的旋律一樣交換小型存儲器設備，其中包含著(zhù)他們鐘愛(ài)的電視節目精選，人們還將能夠在各種手持設備上播放電視節目。這些設備不僅能夠播放視頻，還能接收視頻節目；事實(shí)上，去年底日本就已經(jīng)推出了第一批集成電視調諧器的手機。

　　數字革命已經(jīng)形成規模，我們能以許多附加功能擴大手持設備以及手機、文本消息發(fā)送等電信設備的特性集，諸如游戲、音樂(lè )播放器等。甚至照相機功能都在電話(huà)中變得非常普遍，而不再僅局限于高端產(chǎn)品才擁有。如果手機的顯示屏能夠顯示彩色快照和其他影像，那么不難設想它也應該能夠顯示視頻。目前已有一些電話(huà)能夠接收付費視頻節目，如 Sprint 的MobiTV 服務(wù)。為什么不能更進(jìn)一步，繞過(guò)無(wú)線(xiàn)電話(huà)網(wǎng)絡(luò )及其瓶頸而直接集成電視調諧器呢？這就能讓消費者欣賞到免費的無(wú)線(xiàn)廣播節目。為了實(shí)現這一點(diǎn)，手持設備制造商必須在數字領(lǐng)域作進(jìn)一步的工作，添加調諧器和視頻解碼器等關(guān)鍵組件。

　　正如您會(huì )想到的那樣，上述第一代移動(dòng)電視面臨著(zhù)如何延長(cháng)電池壽命，并加強信號接收的挑戰，但上述缺點(diǎn)不會(huì )長(cháng)久存在。到明年，設備制造商就將推出新技術(shù)，使在便攜式設備上實(shí)現廣播電視接收不僅變

　　得廉價(jià)，而且還具備點(diǎn)播特性。本文將介紹芯片和系統設計人員實(shí)現上述目標所面臨的某些挑戰，并指出他們如何才能克服這些重大障礙。

便攜式媒體

　　向公眾提供真正便攜的視頻的第一步就是在固體存儲器上記錄視頻并將其在設備間傳輸。為了實(shí)現這一目的，Sony 宣布推出移動(dòng)電影概念，用戶(hù)可將喜愛(ài)的電視節目或其他運動(dòng)影像錄制在記憶棒 (Memory Stick) 上。這一概念還包括回放設備，如 Sony Ericsson 制造的 A540S 移動(dòng)電話(huà)。它是第一款具備Memory Stick Pro Duo 以及移動(dòng)電影功能的手機，并集成了130 萬(wàn)像素的 CCD 照相機，可拍攝 SXGA（1280 x 960 像素）影像。

　　向公眾提供真正便攜的視頻的第一步就是在固體存儲器上記錄視頻并將其在設備間傳輸。為了實(shí)現這一目的，Sony 宣布推出移動(dòng)電影概念，用戶(hù)可將喜愛(ài)的電視節目或其他運動(dòng)影像錄制在記憶棒 (Memory Stick) 上。這一概念還包括回放設備，如 Sony Ericsson 制造的 A540S 移動(dòng)電話(huà)。它是第一款具備Memory Stick Pro Duo 以及移動(dòng)電影功能的手機，并集成了130 萬(wàn)像素的 CCD 照相機，可拍攝 SXGA（1280 x 960 像素）影像。

　　Sony 的 MSV-A1 移動(dòng) AV 取景器 (viewer) 比回放更進(jìn)一步，還可以錄制電視節目。該設備外觀(guān)酷似手機的風(fēng)格，折疊后大小為 6.1 x 2.3 x 9.5 厘米。它包括一個(gè)電視調諧器，置于電池充電器槽(battery-charger stand) 中時(shí)可將節目錄制在記憶棒上。該設備用 MPEG-4 壓縮標準存儲在固體存儲器上的視頻大小根據質(zhì)量不同而有所差異。舉例來(lái)說(shuō)，1G 字節的 Memory Stick Pro 可保存 250 分鐘的高質(zhì)量節目（高質(zhì)量的定義是視頻比特率達 384k bps，每秒 15 幀，幀大小為 320 x 240，采樣率達 24-kHz，立體聲音頻比特率達 128k bps）。如采用長(cháng)時(shí)間播放 (Long Play) 2 方案（將視頻比特率降至64k bps，幀大小降至176 x 144，音頻降至64k bps），則相同的存儲器可存儲 1,000 分鐘的節目。

　　邏輯上的下一步驟就是將電視調諧器集成到手機中。制造商已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行這部分工作。當然，由于電視很小，用戶(hù)會(huì )調整一下他們的預期。我們目前顯然不能在手機電視上達到和大屏幕電視相同的用戶(hù)體驗。事實(shí)上，手機顯示屏很難區別細節。因此，提供 VBI 信息（即插入垂直消隱區間的信息，如關(guān)閉的字幕）幾乎沒(méi)什么意義。首先，接收有時(shí)會(huì )面臨給定天線(xiàn)限制的挑戰。第一代產(chǎn)品出現時(shí)的另一個(gè)限制就是電池壽命。目前的限制大約為兩小時(shí)的觀(guān)看時(shí)間。最后，當前移動(dòng)電視中的處理器還不能提供噪聲降低或回波消除等先進(jìn)的特性。

實(shí)現可能性的推動(dòng)力量

　　幸運的是，工程師正在解決上述諸多限制，并積極推進(jìn)板上技術(shù)的改進(jìn)。德州儀器 (TI) 針對 2.5G 和3G 移動(dòng)電話(huà)的新型 OMAP? 2 架構將把手機轉變?yōu)榫哂须娨暪δ艿?一體化娛樂(lè )"設備。為了了解集成技術(shù)如何發(fā)展，我們不妨一步步來(lái)看看各大功能塊：天線(xiàn)、調諧器、解碼器、控制器和顯示屏（圖 1）。每個(gè)塊都對系統設計提出了挑戰，系統必須實(shí)現可接受的性能和電池壽命，并應具備改進(jìn)潛力。

　　信號鏈開(kāi)始于天線(xiàn)，這對依賴(lài)于地面廣播信號的移動(dòng)電視而言非常重要。如果設備既接收VHF（2-13頻道），又接收 UHF（14-83 頻道），那么天線(xiàn)必須處理 5.5 米至 34 厘米的波長(cháng)。因此，即便就波長(cháng)一半或四分之一而言，設備尺寸都不能足夠大到支持完全集成的天線(xiàn)，特別就 VHF 頻段而言更是如此。因此，移動(dòng)電視一般采用置于系索或特殊耳機引線(xiàn)中的天線(xiàn)，這樣信號建設就會(huì )根據用戶(hù)所處的環(huán)境乃至其面向的方向而發(fā)生變化。此外，特殊的耳機是天線(xiàn)為一定長(cháng)度的設備；用戶(hù)不能去鄰近的電子設備商店隨意選購替代品。最后，就某一頻段（VHF或UHF）設計的天線(xiàn)不能就另一頻帶正常工作，因此制造商常常決定就某一頻段進(jìn)行優(yōu)化。通常進(jìn)行優(yōu)化的都是更常用的VHF 頻道，而另一頻段的情況如何用戶(hù)只有接受的份了。

　　天線(xiàn)將低級 RF 信號傳輸給調諧器，其可放大輸入，并將其轉換為適用于解碼器級的視頻信號。調諧器的重要性還在于它是對設備整體大小和電池耗電量影響最大的部分。目前，這些調諧器是帶有空心感應器的"盒子"，但去年晚些時(shí)候Sony宣布推出了只有其上代產(chǎn)品二十五分之一大小的半導體調諧器。具體而言，BTF-ZJ401 大小為 25 x 20 x 3 毫米，功耗為 800mW，信噪比為 47dB。

　　盡管取得了驚人的進(jìn)步，但調諧器仍是功耗方面的最大組件。它是大量研發(fā)工作的目標所在；到今年底，制造商預計將實(shí)現功耗為 600 至 650mW 的調諧器，制造商的產(chǎn)品策略顯示他們希望將功耗于 2005 年初降至 200 或 250 mW，這一水平將大幅延長(cháng)電池壽命。

　　另一方面，調諧器也與廣播標準有關(guān)。某些客戶(hù)只需針對單一標準（如NTSC）設計的設備即可；不過(guò)某些制造商希望推出"全球通用的調諧器"，針對 NTSC、PAL 和SECAM 各種信號設計。許多相關(guān)開(kāi)發(fā)商都已定于將在 2005 年初實(shí)現單個(gè)調諧器就能滿(mǎn)足所有標準的要求。

　　上述調諧器接收模擬信號，考慮到天線(xiàn)的限制，現有的型號除了較強的本地信號外很難接收其他信號。但考慮到人口密度大的區域信號強度較高，將模擬電視集成到手機等設備中應該會(huì )成功。在為移動(dòng)設備進(jìn)行數字空中廣播的全球性標準采用之前，我們仍將繼續集成模擬調諧器。

　　當然，移動(dòng)設備的數字廣播在某些國家應經(jīng)開(kāi)始。在歐洲，某些手持設備供應商聯(lián)合芬蘭領(lǐng)先的廣播商和移動(dòng)服務(wù)供應商將在今年晚些時(shí)候采用 IP 數據廣播 (IPDC) 技術(shù)開(kāi)始向手機發(fā)送商業(yè)電視節目。這是一種基于 DBV-H（手持終端）標準的服務(wù)，其中數字內容格式、軟件應用、節目接口與多媒體服務(wù)都通過(guò)IP與數字廣播相結合。為了就最終用戶(hù)對移動(dòng)廣播服務(wù)的接受度獲得體驗，今年秋天將在赫爾辛基地區進(jìn)行500名用戶(hù)的測試。

BT.656 的解碼器

　　信號鏈位于調諧器之后的下一部分就是解碼器，它將電視信號數字化，并可能進(jìn)行某些處理。舉例來(lái)說(shuō)，德州儀器 (TI) 的產(chǎn)品將基帶NTSC、PAL 與 SECAM 模擬視頻信號轉換為用于后端處理器與顯示的數字信號。TI 采用專(zhuān)利的同步檢測技術(shù)鎖定較弱的有噪聲或不穩定的信號。該特性和自動(dòng)增益控制在信號較弱的環(huán)境中極為重要，如手機電視天線(xiàn)受限制而且接收環(huán)境又不好的情況。此外，適應性四線(xiàn)梳狀濾波對亮度和色度數據路徑都可用，可降低跨亮度和跨色度的斑點(diǎn)。我們還可以對色彩、對比度、亮度、飽和度以及清晰度等視頻特點(diǎn)進(jìn)行編程。該設備操作過(guò)程中一般消耗115 mW，但新一代設備的功耗將不足 90 mW。

　　信號鏈位于調諧器之后的下一部分就是解碼器，它將電視信號數字化，并可能進(jìn)行某些處理。舉例來(lái)說(shuō)，德州儀器 (TI) 的產(chǎn)品將基帶NTSC、PAL 與 SECAM 模擬視頻信號轉換為用于后端處理器與顯示的數字信號。TI 采用專(zhuān)利的同步檢測技術(shù)鎖定較弱的有噪聲或不穩定的信號。該特性和自動(dòng)增益控制在信號較弱的環(huán)境中極為重要，如手機電視天線(xiàn)受限制而且接收環(huán)境又不好的情況。此外，適應性四線(xiàn)梳狀濾波對亮度和色度數據路徑都可用，可降低跨亮度和跨色度的斑點(diǎn)。我們還可以對色彩、對比度、亮度、飽和度以及清晰度等視頻特點(diǎn)進(jìn)行編程。該設備操作過(guò)程中一般消耗115 mW，但新一代設備的功耗將不足 90 mW。

　　信號鏈位于調諧器之后的下一部分就是解碼器，它將電視信號數字化，并可能進(jìn)行某些處理。舉例來(lái)說(shuō)，德州儀器 (TI) 的產(chǎn)品將基帶NTSC、PAL 與 SECAM 模擬視頻信號轉換為用于后端處理器與顯示的數字信號。TI 采用專(zhuān)利的同步檢測技術(shù)鎖定較弱的有噪聲或不穩定的信號。該特性和自動(dòng)增益控制在信號較弱的環(huán)境中極為重要，如手機電視天線(xiàn)受限制而且接收環(huán)境又不好的情況。此外，適應性四線(xiàn)梳狀濾波對亮度和色度數據路徑都可用，可降低跨亮度和跨色度的斑點(diǎn)。我們還可以對色彩、對比度、亮度、飽和度以及清晰度等視頻特點(diǎn)進(jìn)行編程。該設備操作過(guò)程中一般消耗115 mW，但新一代設備的功耗將不足 90 mW。

　　解碼器微妙而重要的一個(gè)問(wèn)題就是其操作頻率。目前大多數解碼器都要求運行頻率為 27 或14.318 MHz 的晶振 (crystal)。但是，您可以預計制造商會(huì )修改其芯片，這樣其PLL 就能在手機時(shí)鐘上工作，設計人員也就可以從材料清單上減少一個(gè)組件。

　　另一個(gè)解碼器問(wèn)題是處理芯片生成的輸出格式。我們的想法是保持引腳數量不多，從而減小組件尺寸。目前通常接受的電視信號數字解碼標準為 ITU-R BT.656 標準。輸出為數字 YCbCr 4:2:2 分量視頻，其中

　　4:2:2 指的是在視頻信號中用于數字化亮度和色彩差異組件的采樣頻率。BT.656 還定義了消隱嵌入式同步字與視頻多路復用格式。

　　目前實(shí)施 BT.656 的解碼器芯片提供 8 或 10 個(gè)并行輸出信號線(xiàn)路。這是目前手機電視可確認為有效的最少引腳數。

處理器進(jìn)行雙倍工作

　　不管是將無(wú)線(xiàn) (over-the-air) 電視功能加入手機、PDA 還是任何其他手持設備，系統設計人員都傾向于采用相同的處理器接收解碼器信號并將其格式化用于顯示。大多數解碼器生成 640 x 480、720 x 480 或 720 x 576 的分辨率，但只有少數能進(jìn)行必需的縮放，以生成適于QCIF（四分之一通用媒體格式，176 x 144）或 QVGA（四分之一VGA，320 x 240）格式上顯示的信號，這兩種顯示格式在目前的手機上都很流行?？s放是中央處理器的工作。

　　中央處理器的另一項任務(wù)是實(shí)時(shí)壓縮和解壓縮，這會(huì )變得相當重要。未來(lái)的手機將包括某種形式的小型存儲卡，它們能夠達到千兆字節的容量，用戶(hù)可用其一邊觀(guān)看無(wú)線(xiàn)節目一邊進(jìn)行錄制。用戶(hù)可隨后在手機或更大的屏幕上觀(guān)看錄制的節目。此外，朋友之間可交換存儲卡或記憶棒，并共享有趣的畫(huà)面。目前已經(jīng)有一些高端的Sony HDTV 具備記憶棒端口，旨在允許用戶(hù)將數碼相機的記憶棒插入端口中，這樣就可在電視上觀(guān)看照片了。添加 MPEG-4 編碼器后，該設備則還可作為數字視頻錄像機。這些特性都是很誘人的，而為運行壓縮類(lèi)型算法優(yōu)化的 DSP 將成為中央處理器的有利選擇。

　　信號鏈的最后一部分就是顯示屏。目前手機上的顯示屏顯示靜態(tài)畫(huà)面不在話(huà)下，但顯示動(dòng)態(tài)畫(huà)面您就會(huì )發(fā)現圖像拖尾。不過(guò)，顯示制造商正在努力就此方面開(kāi)展工作，他們將推出 50 Hz 刷新率的設備；如果設備低于該頻率，那么人們就會(huì )覺(jué)察到可視質(zhì)量的下降。

　　信號鏈所有組件共同的一個(gè)問(wèn)題是其電壓要求。由于新型 IC 采用 90 納米這樣更先進(jìn)的工藝技術(shù)，其可運行在更適于便攜式設備的電壓上。典型的手機電池工作在3.0 - 3.6V范圍內。如果芯片工作在3.3V電壓上，系統會(huì )根據當時(shí)的工作電壓進(jìn)行補償或提高電池電源電壓。采用1.8V核心和I/O的設備更適于移動(dòng)應用。其另一優(yōu)勢就是降低了功耗。TI的90納米工藝技術(shù)于1月達到量產(chǎn)標準，這就使我們能夠在單個(gè)芯片上采用能實(shí)現各種不同功能而進(jìn)行"調諧"的晶體管集合，以滿(mǎn)足各種性能、密度和功耗要求。我們通過(guò)調解晶體管的門(mén)長(cháng)度、閾值電壓、門(mén)氧化物厚度和偏移條件等完成上述工作。這樣，我們就獲得了最高性能的晶體管，可進(jìn)行信號處理等性能至關(guān)重要的工作，而功耗較低的晶體管則可用于支持工作與待機狀態(tài)功耗要求都相當嚴格的應用。

未來(lái)并不遙遠

　　展望未來(lái)，制造商有望實(shí)現尺寸更小、功耗更低的視頻解碼器和調諧器，單芯片調諧器將支持所有主要標準。此外，今后一兩年內，調諧器的尺寸和功耗都將減少，這就為存儲器端口和實(shí)時(shí)視頻壓縮等新特性提供了空間。不久，電視功能將更多的成為一種標準特性，而不再是一項新奇的玩意兒，正好像許多便攜式設備中都集成了音樂(lè )播放器一樣。