高清數(shù)字電視音視頻及電源設(shè)計(jì)技術(shù)

標(biāo)簽：ADC SDTV

無(wú)論由摩爾定律或消費(fèi)需求驅(qū)動(dòng)，在當(dāng)今電視中所需要的性能水平可能似乎是勢(shì)不可當(dāng)?shù)摹?/p>

與標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視格式(SDTV)相比，具有1080像素的高清晰(HD)格式的數(shù)字電視所驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)量要大6倍，它要管理數(shù)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(shù)字電視(DTV)必須具備的功能。

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

數(shù)字電視基礎(chǔ)

即使目前在貨架上的每一臺(tái)電視可能從大小、外觀、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(dāng)你考察其內(nèi)部的時(shí)候，電視的基本構(gòu)造模塊都是非常相似的。

一般來(lái)說(shuō)，數(shù)字電視可以被分解為不到10個(gè)主要的模塊：顯示器(和驅(qū)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(diào)諧器、接口模塊和電源。對(duì)每一個(gè)模塊的絕對(duì)性能要求由你最喜歡的座位的舒適體驗(yàn)的性能水平來(lái)定義。

下圖為典型的數(shù)字電視系統(tǒng)方塊圖。

圖1：典型的數(shù)字電視系統(tǒng)方塊圖

在圖1中，我們給出了HDTV的基本方框圖，我們?cè)诠δ芊綁K圖層面已經(jīng)加以考慮。開(kāi)發(fā)屏幕后面的電視機(jī)系統(tǒng)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(yīng)商的解決方案整合在一起的過(guò)程中，既要加快設(shè)計(jì)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(shù)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(shù)字電視市場(chǎng)設(shè)計(jì)出高度集成、靈活且便于使用的數(shù)字電視機(jī)。對(duì)于融合的應(yīng)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(shè)計(jì)到家庭娛樂(lè)體驗(yàn)系統(tǒng)之中是至關(guān)重要的。

視頻設(shè)計(jì)

消費(fèi)者常常在觀看電視的時(shí)候，對(duì)視頻體驗(yàn)提出非常高的要求。正因?yàn)槿绱?，分辨率、亮度、?duì)比度和清晰度對(duì)看起來(lái)的“逼真”體驗(yàn)有著重要意義。對(duì)于電視機(jī)來(lái)說(shuō)，支持多種ATSCTDV格式、NTSC和PAL解碼、復(fù)合及S-Video輸入和二維濾波都是至關(guān)重要的。隨著高清晰電視的發(fā)展，以配備三維濾波的1080i分辨率支持全高清將是標(biāo)準(zhǔn)的配置。在接收如圖1所示的視頻信號(hào)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(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和視頻緩沖器，以便于你能夠根據(jù)系統(tǒng)的成本目標(biāo)調(diào)節(jié)性能。

圖2：視頻解碼器的數(shù)據(jù)流路徑

圖2所示為視頻解碼器的數(shù)據(jù)流路徑，它負(fù)責(zé)處理NTSC、PAL、SECAM、S-Video、SCART、YPbPr、RGB、480p和其它輸入格式。在數(shù)字電視中，對(duì)這種級(jí)別的靈活性的支持是必需的，完全是為了讓一個(gè)機(jī)型經(jīng)過(guò)實(shí)際設(shè)置可以工作于任何格式。數(shù)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(hào)。這是對(duì)數(shù)字視頻輸出以及用于先進(jìn)的垂直消隱期(VBI)數(shù)據(jù)恢復(fù)的補(bǔ)充。作為一種附加功能，一些視頻解碼器支持VBI數(shù)據(jù)處理器(VDP)在文字電視廣播、傳送字幕(CC)和其它VBI數(shù)據(jù)上進(jìn)行數(shù)據(jù)分片、解析和執(zhí)行誤碼校驗(yàn)。內(nèi)置的FIFO存儲(chǔ)多達(dá)11行文字電視廣播數(shù)據(jù)，而適當(dāng)?shù)闹鹘涌谕郊叭聊晃淖蛛娨晱V播恢復(fù)是當(dāng)今系統(tǒng)中的幾個(gè)常見(jiàn)要求。然而，一些實(shí)現(xiàn)方案需要一種解碼器，它能夠?yàn)榛谥鰿PU的VBI處理提供速度為已采樣原始亮度數(shù)據(jù)兩倍的輸出格式化數(shù)據(jù)。

對(duì)于信號(hào)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(tǒng)中的較高圖像品質(zhì)并能夠支持日益增長(zhǎng)的帶寬需求。在數(shù)字電視實(shí)現(xiàn)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(jī)頂盒的理想選擇。

最后，要把視頻信號(hào)鏈的輸出分辨率與顯示器的性能及輸入信號(hào)的分辨率匹配，從而優(yōu)化視頻的設(shè)計(jì)。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(dāng)今的高分辨率顯示器，在模擬前端中的任何噪聲或不規(guī)則信號(hào)都將清晰地顯示在數(shù)字電視的屏幕上。

音頻設(shè)計(jì)

過(guò)去，消費(fèi)者可能要把電視連接到他們的家庭音頻系統(tǒng)來(lái)增強(qiáng)音頻體驗(yàn)，特別是在觀看電影的時(shí)候。隨著音頻解決方案的進(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(duì)安裝在墻壁上的數(shù)字電視，這就驅(qū)使人們把先進(jìn)的音頻解決方案直接集成到數(shù)字電視之中，以提高性能。但是，無(wú)論驅(qū)動(dòng)表面揚(yáng)聲器或傳統(tǒng)的揚(yáng)聲器，音頻信號(hào)鏈在最大化音頻體驗(yàn)中都是至關(guān)重要的。為了實(shí)現(xiàn)音頻品質(zhì)的進(jìn)一步差異化，必須在數(shù)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(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)和其他著名的音頻算法之類(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(tǒng)的音頻方案由兩到三個(gè)受AB類(lèi)音頻功率放大器驅(qū)動(dòng)的揚(yáng)聲器構(gòu)成。然而，相對(duì)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?yàn)樾枰蟮纳崞瑏?lái)散發(fā)熱量，所以，在大多數(shù)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(yīng)三極管(FET)可以在截止區(qū)與飽和區(qū)之間切換，從而提供比AB類(lèi)放大器更高的效率?，F(xiàn)有的音頻解決方案容許你完全利用數(shù)字信號(hào)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)。