高清數(shù)字電視視音頻及電源技術(shù)

從對(duì)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(duì)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(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(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(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)看起來的“逼真”體驗(yàn)有著重要意義。對(duì)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(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(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(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(duì)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(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類放大器更高的效率。現(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?cè)絹碓蕉嗟匾蟀褦?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(chǎng)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(duì)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(shì)。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(duì)是關(guān)鍵所在。