高清數(shù)字電視視音頻及電源技術(shù)
從對音頻、視頻和輸入信號(hào)格式的最高要求來說,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,對尺寸和性能的組合要求幾乎是無窮無盡的。
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、形狀因子和銷售人員給你的基本描述來看都非常不同,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。
一般來說,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(yàn)的性能水平來定義。
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,我們在功能方塊圖層面已經(jīng)加以考慮。開發(fā)屏幕后面的電視機(jī)系統(tǒng)需要采用許多工具,它們都可以從各類企業(yè)獲得。然而,在把來自不同元器件供應(yīng)商的解決方案整合在一起的過程中,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)成問題。無論是采用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)。對于融合的應(yīng)用來說,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,對視頻體驗(yàn)提出非常高的要求。正因?yàn)槿绱?,分辨率、亮度、對比度和清晰度對看起來的“逼真”體驗(yàn)有著重要意義。對于電視機(jī)來說,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、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)。
對于信號(hào)鏈中的ADC來說,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放置在兩個(gè)不同的地方,特別是對安裝在墻壁上的數(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類音頻功率放大器驅(qū)動(dòng)的揚(yáng)聲器構(gòu)成。然而,相對于它的整個(gè)音頻輸出而言,AB類放大器的工作固有地生成大量的熱。這些積聚起來的高溫因?yàn)樾枰蟮纳崞瑏砩l(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類放大器。為了解決這個(gè)問題,業(yè)界采用了D類放大器技術(shù)(圖3)。目前,輸出場效應(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)。
圖3:D類放大器的基本拓?fù)?
接口設(shè)計(jì)
由于人們越來越多地要求把數(shù)字電視變成家庭通信門戶,數(shù)字電視和機(jī)頂盒除了基本的音頻和視頻接口之外,還要繼續(xù)添加接口,其中,包括支持VGA、分量視頻輸入(并且常常是輸出)和甚至HDMI;然而,數(shù)字電子也可能支持諸如DVI、S-Video、IEEE1394、USB和LAN連接這樣的附加接口。此外,隨著不同低功耗無線接口技術(shù)的快速普及應(yīng)用,從遙控器到衛(wèi)星揚(yáng)聲器的每一臺(tái)設(shè)備都可以方便地與數(shù)字電視通過無線電完全地實(shí)現(xiàn)通信。
電源設(shè)計(jì)
在電視中的大多數(shù)功能模塊中,包括為數(shù)字電視本身創(chuàng)建主電源的AC/DC轉(zhuǎn)換器,都需要一種特別的電源方案,如用于DLP燈、LCD偏置、或顯示器的背光電源、主處理器的核及I/O、DDR存儲(chǔ)器以及用于調(diào)諧器和視頻/模擬信號(hào)鏈的電源。圖4所示為數(shù)字電視的基本電源分配流程。
圖4:典型的數(shù)字電視電源需求
在這個(gè)節(jié)能的時(shí)代,政府持續(xù)地制定新的政策并收緊現(xiàn)有的計(jì)劃,以覆蓋消費(fèi)電子產(chǎn)品的待機(jī)功耗和效率問題。目前,管理電視的所有計(jì)劃都是自愿的,但是,強(qiáng)制要求的前景迫在眉睫。例如,為了接受能源之星認(rèn)證,數(shù)字電視在待機(jī)模式下不能消耗超過3瓦的功率。利用功率因素校正(PFC)和綠色模式回掃轉(zhuǎn)換器可以在待機(jī)模式中保持功耗最小,市場中已經(jīng)出現(xiàn)了若干新的解決方案。在輕載情況下,具有突發(fā)模式操作的電源轉(zhuǎn)換器為待機(jī)期間的PFC控制器提供一個(gè)關(guān)閉偏置電源的信號(hào),因而是這種應(yīng)用的理想選擇。跟整個(gè)系統(tǒng)的性能相比,關(guān)于利用分布式電源總線或本地負(fù)載點(diǎn)電源的決策同等重要。
本文小結(jié)
不論高清電視是否繼續(xù)沿著我們以前所看到的路線發(fā)展,或者跳躍到一條新的發(fā)展路線―在此的新解決方案要求你把三維全息圖像投影到房間的中間,為了最優(yōu)化整個(gè)數(shù)字電視的成本和性能,當(dāng)針對數(shù)字電視中的任何模塊作出設(shè)計(jì)決策時(shí),要從整個(gè)系統(tǒng)的要求出發(fā)來考慮。較低端的電源方案會(huì)把噪聲留在信號(hào)路徑中,然后,由模擬前端(AFE)來補(bǔ)償。同樣地,附加在高分辨率顯示器上的性能較弱的AFE就不能完全發(fā)揮所選擇的顯示技術(shù)的優(yōu)勢。為了最大限度地提高當(dāng)你坐在數(shù)字電視面前時(shí)的體驗(yàn)效果,系統(tǒng)中每一個(gè)模塊的互操作性絕對是關(guān)鍵所在。
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