改進(jìn)的組件使手機(jī)與其他便攜式設(shè)備具備電視功能

　　視頻也正在像音樂一樣具有便攜性。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(shè)備，其中包含著他們鐘愛的電視節(jié)目精選，人們還將能夠在各種手持設(shè)備上播放電視節(jié)目。這些設(shè)備不僅能夠播放視頻，還能接收視頻節(jié)目；事實上，去年底日本就已經(jīng)推出了第一批集成電視調(diào)諧器的手機(jī)。

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

　　正如您會想到的那樣，上述第一代移動電視面臨著如何延長電池壽命，并加強(qiáng)信號接收的挑戰(zhàn)，但上述缺點不會長久存在。到明年，設(shè)備制造商就將推出新技術(shù)，使在便攜式設(shè)備上實現(xiàn)廣播電視接收不僅變

　　得廉價，而且還具備點播特性。本文將介紹芯片和系統(tǒng)設(shè)計人員實現(xiàn)上述目標(biāo)所面臨的某些挑戰(zhàn)，并指出他們?nèi)绾尾拍芸朔@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(shè)備間傳輸。為了實現(xiàn)這一目的，Sony 宣布推出移動電影概念，用戶可將喜愛的電視節(jié)目或其他運(yùn)動影像錄制在記憶棒 (Memory Stick) 上。這一概念還包括回放設(shè)備，如 Sony Ericsson 制造的 A540S 移動電話。它是第一款具備Memory Stick Pro Duo 以及移動電影功能的手機(jī)，并集成了130 萬像素的 CCD 照相機(jī)，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(shè)備間傳輸。為了實現(xiàn)這一目的，Sony 宣布推出移動電影概念，用戶可將喜愛的電視節(jié)目或其他運(yùn)動影像錄制在記憶棒 (Memory Stick) 上。這一概念還包括回放設(shè)備，如 Sony Ericsson 制造的 A540S 移動電話。它是第一款具備Memory Stick Pro Duo 以及移動電影功能的手機(jī)，并集成了130 萬像素的 CCD 照相機(jī)，可拍攝 SXGA（1280 x 960 像素）影像。

　　Sony 的 MSV-A1 移動 AV 取景器 (viewer) 比回放更進(jìn)一步，還可以錄制電視節(jié)目。該設(shè)備外觀酷似手機(jī)的風(fēng)格，折疊后大小為 6.1 x 2.3 x 9.5 厘米。它包括一個電視調(diào)諧器，置于電池充電器槽(battery-charger stand) 中時可將節(jié)目錄制在記憶棒上。該設(shè)備用 MPEG-4 壓縮標(biāo)準(zhǔn)存儲在固體存儲器上的視頻大小根據(jù)質(zhì)量不同而有所差異。舉例來說，1G 字節(jié)的 Memory Stick Pro 可保存 250 分鐘的高質(zhì)量節(jié)目（高質(zhì)量的定義是視頻比特率達(dá) 384k bps，每秒 15 幀，幀大小為 320 x 240，采樣率達(dá) 24-kHz，立體聲音頻比特率達(dá) 128k bps）。如采用長時間播放 (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(jié)目。

　　邏輯上的下一步驟就是將電視調(diào)諧器集成到手機(jī)中。制造商已經(jīng)開始進(jìn)行這部分工作。當(dāng)然，由于電視很小，用戶會調(diào)整一下他們的預(yù)期。我們目前顯然不能在手機(jī)電視上達(dá)到和大屏幕電視相同的用戶體驗。事實上，手機(jī)顯示屏很難區(qū)別細(xì)節(jié)。因此，提供 VBI 信息（即插入垂直消隱區(qū)間的信息，如關(guān)閉的字幕）幾乎沒什么意義。首先，接收有時會面臨給定天線限制的挑戰(zhàn)。第一代產(chǎn)品出現(xiàn)時的另一個限制就是電池壽命。目前的限制大約為兩小時的觀看時間。最后，當(dāng)前移動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。

實現(xiàn)可能性的推動力量

　　幸運(yùn)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 移動電話的新型 OMAP? 2 架構(gòu)將把手機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂须娨暪δ艿?一體化娛樂"設(shè)備。為了了解集成技術(shù)如何發(fā)展，我們不妨一步步來看看各大功能塊：天線、調(diào)諧器、解碼器、控制器和顯示屏（圖 1）。每個塊都對系統(tǒng)設(shè)計提出了挑戰(zhàn)，系統(tǒng)必須實現(xiàn)可接受的性能和電池壽命，并應(yīng)具備改進(jìn)潛力。

　　信號鏈開始于天線，這對依賴于地面廣播信號的移動電視而言非常重要。如果設(shè)備既接收VHF（2-13頻道），又接收 UHF（14-83 頻道），那么天線必須處理 5.5 米至 34 厘米的波長。因此，即便就波長一半或四分之一而言，設(shè)備尺寸都不能足夠大到支持完全集成的天線，特別就 VHF 頻段而言更是如此。因此，移動電視一般采用置于系索或特殊耳機(jī)引線中的天線，這樣信號建設(shè)就會根據(jù)用戶所處的環(huán)境乃至其面向的方向而發(fā)生變化。此外，特殊的耳機(jī)是天線為一定長度的設(shè)備；用戶不能去鄰近的電子設(shè)備商店隨意選購替代品。最后，就某一頻段（VHF或UHF）設(shè)計的天線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只有接受的份了。

　　天線將低級 RF 信號傳輸給調(diào)諧器，其可放大輸入，并將其轉(zhuǎn)換為適用于解碼器級的視頻信號。調(diào)諧器的重要性還在于它是對設(shè)備整體大小和電池耗電量影響最大的部分。目前，這些調(diào)諧器是帶有空心感應(yīng)器的"盒子"，但去年晚些時候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(dǎo)體調(diào)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(diào)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(biāo)所在；到今年底，制造商預(yù)計將實現(xiàn)功耗為 600 至 650mW 的調(diào)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電池壽命。

　　另一方面，調(diào)諧器也與廣播標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)。某些客戶只需針對單一標(biāo)準(zhǔn)（如NTSC）設(shè)計的設(shè)備即可；不過某些制造商希望推出"全球通用的調(diào)諧器"，針對 NTSC、PAL 和SECAM 各種信號設(shè)計。許多相關(guān)開發(fā)商都已定于將在 2005 年初實現(xiàn)單個調(diào)諧器就能滿足所有標(biāo)準(zhǔn)的要求。

　　上述調(diào)諧器接收模擬信號，考慮到天線的限制，現(xiàn)有的型號除了較強(qiáng)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(qū)域信號強(qiáng)度較高，將模擬電視集成到手機(jī)等設(shè)備中應(yīng)該會成功。在為移動設(shè)備進(jìn)行數(shù)字空中廣播的全球性標(biāo)準(zhǔn)采用之前，我們?nèi)詫⒗^續(xù)集成模擬調(diào)諧器。

　　當(dāng)然，移動設(shè)備的數(shù)字廣播在某些國家應(yīng)經(jīng)開始。在歐洲，某些手持設(shè)備供應(yīng)商聯(lián)合芬蘭領(lǐng)先的廣播商和移動服務(wù)供應(yīng)商將在今年晚些時候采用 IP 數(shù)據(jù)廣播 (IPDC) 技術(shù)開始向手機(jī)發(fā)送商業(yè)電視節(jié)目。這是一種基于 DBV-H（手持終端）標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)，其中數(shù)字內(nèi)容格式、軟件應(yīng)用、節(jié)目接口與多媒體服務(wù)都通過IP與數(shù)字廣播相結(jié)合。為了就最終用戶對移動廣播服務(wù)的接受度獲得體驗，今年秋天將在赫爾辛基地區(qū)進(jìn)行500名用戶的測試。

BT.656 的解碼器

　　信號鏈位于調(diào)諧器之后的下一部分就是解碼器，它將電視信號數(shù)字化，并可能進(jìn)行某些處理。舉例來說，德州儀器 (TI) 的產(chǎn)品將基帶NTSC、PAL 與 SECAM 模擬視頻信號轉(zhuǎn)換為用于后端處理器與顯示的數(shù)字信號。TI 采用專利的同步檢測技術(shù)鎖定較弱的有噪聲或不穩(wěn)定的信號。該特性和自動增益控制在信號較弱的環(huán)境中極為重要，如手機(jī)電視天線受限制而且接收環(huán)境又不好的情況。此外，適應(yīng)性四線梳狀濾波對亮度和色度數(shù)據(jù)路徑都可用，可降低跨亮度和跨色度的斑點。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進(jìn)行編程。該設(shè)備操作過程中一般消耗115 mW，但新一代設(shè)備的功耗將不足 90 mW。

　　信號鏈位于調(diào)諧器之后的下一部分就是解碼器，它將電視信號數(shù)字化，并可能進(jìn)行某些處理。舉例來說，德州儀器 (TI) 的產(chǎn)品將基帶NTSC、PAL 與 SECAM 模擬視頻信號轉(zhuǎn)換為用于后端處理器與顯示的數(shù)字信號。TI 采用專利的同步檢測技術(shù)鎖定較弱的有噪聲或不穩(wěn)定的信號。該特性和自動增益控制在信號較弱的環(huán)境中極為重要，如手機(jī)電視天線受限制而且接收環(huán)境又不好的情況。此外，適應(yīng)性四線梳狀濾波對亮度和色度數(shù)據(jù)路徑都可用，可降低跨亮度和跨色度的斑點。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進(jìn)行編程。該設(shè)備操作過程中一般消耗115 mW，但新一代設(shè)備的功耗將不足 90 mW。

　　信號鏈位于調(diào)諧器之后的下一部分就是解碼器，它將電視信號數(shù)字化，并可能進(jìn)行某些處理。舉例來說，德州儀器 (TI) 的產(chǎn)品將基帶NTSC、PAL 與 SECAM 模擬視頻信號轉(zhuǎn)換為用于后端處理器與顯示的數(shù)字信號。TI 采用專利的同步檢測技術(shù)鎖定較弱的有噪聲或不穩(wěn)定的信號。該特性和自動增益控制在信號較弱的環(huán)境中極為重要，如手機(jī)電視天線受限制而且接收環(huán)境又不好的情況。此外，適應(yīng)性四線梳狀濾波對亮度和色度數(shù)據(jù)路徑都可用，可降低跨亮度和跨色度的斑點。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進(jìn)行編程。該設(shè)備操作過程中一般消耗115 mW，但新一代設(shè)備的功耗將不足 90 mW。

　　解碼器微妙而重要的一個問題就是其操作頻率。目前大多數(shù)解碼器都要求運(yùn)行頻率為 27 或14.318 MHz 的晶振 (crystal)。但是，您可以預(yù)計制造商會修改其芯片，這樣其PLL 就能在手機(jī)時鐘上工作，設(shè)計人員也就可以從材料清單上減少一個組件。

　　另一個解碼器問題是處理芯片生成的輸出格式。我們的想法是保持引腳數(shù)量不多，從而減小組件尺寸。目前通常接受的電視信號數(shù)字解碼標(biāo)準(zhǔn)為 ITU-R BT.656 標(biāo)準(zhǔn)。輸出為數(shù)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(shù)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(fù)用格式。

　　目前實施 BT.656 的解碼器芯片提供 8 或 10 個并行輸出信號線路。這是目前手機(jī)電視可確認(rèn)為有效的最少引腳數(shù)。

處理器進(jìn)行雙倍工作

　　不管是將無線 (over-the-air) 電視功能加入手機(jī)、PDA 還是任何其他手持設(shè)備，系統(tǒng)設(shè)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(shù)解碼器生成 640 x 480、720 x 480 或 720 x 576 的分辨率，但只有少數(shù)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(jī)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)是實時壓縮和解壓縮，這會變得相當(dāng)重要。未來的手機(jī)將包括某種形式的小型存儲卡，它們能夠達(dá)到千兆字節(jié)的容量，用戶可用其一邊觀看無線節(jié)目一邊進(jìn)行錄制。用戶可隨后在手機(jī)或更大的屏幕上觀看錄制的節(jié)目。此外，朋友之間可交換存儲卡或記憶棒，并共享有趣的畫面。目前已經(jīng)有一些高端的Sony HDTV 具備記憶棒端口，旨在允許用戶將數(shù)碼相機(jī)的記憶棒插入端口中，這樣就可在電視上觀看照片了。添加 MPEG-4 編碼器后，該設(shè)備則還可作為數(shù)字視頻錄像機(jī)。這些特性都是很誘人的，而為運(yùn)行壓縮類型算法優(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(jī)上的顯示屏顯示靜態(tài)畫面不在話下，但顯示動態(tài)畫面您就會發(fā)現(xiàn)圖像拖尾。不過，顯示制造商正在努力就此方面開展工作，他們將推出 50 Hz 刷新率的設(shè)備；如果設(shè)備低于該頻率，那么人們就會覺察到可視質(zhì)量的下降。

　　信號鏈所有組件共同的一個問題是其電壓要求。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(yùn)行在更適于便攜式設(shè)備的電壓上。典型的手機(jī)電池工作在3.0 - 3.6V范圍內(nèi)。如果芯片工作在3.3V電壓上，系統(tǒng)會根據(jù)當(dāng)時的工作電壓進(jìn)行補(bǔ)償或提高電池電源電壓。采用1.8V核心和I/O的設(shè)備更適于移動應(yīng)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(dá)到量產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，這就使我們能夠在單個芯片上采用能實現(xiàn)各種不同功能而進(jìn)行"調(diào)諧"的晶體管集合，以滿足各種性能、密度和功耗要求。我們通過調(diào)解晶體管的門長度、閾值電壓、門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(jī)狀態(tài)功耗要求都相當(dāng)嚴(yán)格的應(yīng)用。

未來并不遙遠(yuǎn)

　　展望未來，制造商有望實現(xiàn)尺寸更小、功耗更低的視頻解碼器和調(diào)諧器，單芯片調(diào)諧器將支持所有主要標(biāo)準(zhǔn)。此外，今后一兩年內(nèi)，調(diào)諧器的尺寸和功耗都將減少，這就為存儲器端口和實時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(biāo)準(zhǔn)特性，而不再是一項新奇的玩意兒，正好像許多便攜式設(shè)備中都集成了音樂播放器一樣。