液晶高清數(shù)字電視技術(shù)發(fā)展

技術(shù)趨勢與設(shè)計挑戰(zhàn)

在電視技術(shù)平板化和數(shù)字化的大趨勢下，液晶高清數(shù)字電視技術(shù)正朝著高集成度、高性能、多功能的方向發(fā)展。在系統(tǒng)單芯片集成方面，主CPU、傳輸碼流(TS)解復(fù)用、MPEG解碼、模擬彩色解調(diào)、視頻信號處理、圖像顯示處理等功能可集成進(jìn)一塊芯片中，甚至能將數(shù)字電視信號解調(diào)解碼、模擬電視信號解調(diào)、HDMI接收、模擬分量視頻信號(YPrPb)/RGB接收、音頻信號解碼也一并集成進(jìn)單芯片，而芯片工藝可達(dá)到90納米，甚至65納米技術(shù)水平。高性能主要表現(xiàn)為更快的信號處理速度、更先進(jìn)的圖像伴音處理技術(shù)、更高清晰度顯示(1080P)。除了基本數(shù)字電視功能以外，液晶高清數(shù)字電視還將集成進(jìn)更多的功能接口，諸如USB、SMART Card、1394/iLINK、硬盤、網(wǎng)絡(luò)接口以及H.264/VC1解碼功能，眾多功能使其成為真正的未來家庭多媒體娛樂中心。

與傳統(tǒng)的模擬CRT電視相比，液晶高清數(shù)字電視在系統(tǒng)集成度、信號處理的復(fù)雜程度以及多功能方面都高出很多，這也使得液晶高清數(shù)字電視的設(shè)計難度更高，挑戰(zhàn)更多。在芯片設(shè)計方面，高性能的CPU內(nèi)核，高集成度、高性能的信號處理規(guī)劃設(shè)計，以及高端的芯片工藝技術(shù)(90納米，65納米技術(shù))是設(shè)計人員面臨的主要問題。而在整機(jī)系統(tǒng)設(shè)計方面，硬件設(shè)計將面對多路低電壓(可低至1V)大電流電源系統(tǒng)的設(shè)計，高速(可達(dá)250MHz)電路板設(shè)計，以及整個系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計等挑戰(zhàn)。
此外，日益復(fù)雜的軟件系統(tǒng)設(shè)計也成為最大的挑戰(zhàn)。分層式功能模塊化設(shè)計方法以及高級軟件開發(fā)工具的應(yīng)用，加快了軟件開發(fā)進(jìn)度并提升了軟件質(zhì)量，也提高了軟件的靈活復(fù)用性，使其更便于二次開發(fā)。在最終的產(chǎn)品化設(shè)計階段，由于只有最上層的用戶控制界面層(UCI)需要依據(jù)客戶要求進(jìn)行簡單地設(shè)計更改，這就加快了軟件開發(fā)乃至整機(jī)開發(fā)的進(jìn)度，確保滿足日漸嚴(yán)酷面市時間要求。

液晶高清數(shù)字電視結(jié)構(gòu)原理

液晶高清數(shù)字電視通常由數(shù)字電視接收通道、模擬電視接收通道、音頻信號處理放大通道、視頻信號輸入處理及顯示輸出通道、微控制系統(tǒng)以及電源系統(tǒng)組成。

數(shù)字電視接收通道由調(diào)諧器接收數(shù)字電視信號，將數(shù)字中頻信號輸出到數(shù)字電視信號解調(diào)單元，解調(diào)出數(shù)字信號，經(jīng)過誤碼修正(FEC)、解密(DES)、解復(fù)用(Demux)、MEPG-2解碼，一路輸出解壓后的標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字視頻分量信號到視頻信號處理及顯示輸出通道，另一路輸出解壓后的數(shù)字伴音信號(I2S)到音頻信號處理放大通道。數(shù)字電視接收通道決定了數(shù)字電視接收的主要性能指標(biāo)，諸如接收靈敏度、對應(yīng)載噪比的誤碼率(BER vs. C/N)、干擾抑制、回波抑制、I/Q不平衡等。在設(shè)計中，應(yīng)特別關(guān)注其中的ADC、濾波器、放大器、時鐘電路。

模擬電視接收通道由調(diào)諧器接收模擬電視信號，將模擬中頻信號輸出到模擬電視信號解調(diào)單元，一路解調(diào)輸出復(fù)合視頻信號經(jīng)視頻解調(diào)將標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字分量信號輸出到視頻信號輸入處理及顯示輸出通道，另一路解調(diào)輸出音頻信號或伴音第二中頻信號到音頻信號處理放大通道。PAL/SECAM/NTSC 3D亮色分離技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了完全的亮色分離。

音頻信號處理放大通道由音頻信號處理及音頻信號放大單元構(gòu)成，負(fù)責(zé)電視伴音解調(diào)、I2S數(shù)字伴音變換、環(huán)繞聲處理、音頻控制及放大輸出。SRS、杜比環(huán)繞、自動音量調(diào)整(AVL)、多段均衡、伴音延時、I2S信號(來自HDMI和數(shù)字電視伴音)接收等都是液晶數(shù)字電視常用的音頻處理技術(shù)。

視頻信號輸入處理及顯示輸出通道由YPrPb/VGA輸入、HDMI輸入、視頻信號處理、圖像顯示處理、LVDS輸出和液晶屏構(gòu)成，承擔(dān)標(biāo)準(zhǔn)分量信號的輸入變換、圖像處理及質(zhì)量改善、圖像顯示格式變換控制以及LVDS調(diào)制輸出等任務(wù)。而圖像噪聲檢測及自動3D圖像降噪技術(shù)、帶運(yùn)動預(yù)測和補(bǔ)償?shù)娜ジ粜凶儞Q(De-interlacer)技術(shù)及圖像質(zhì)量改善技術(shù)(LTI、CTI、對比度加強(qiáng)、清晰度加強(qiáng)、多維色彩修正、GAMMA校正)的應(yīng)用又確保在液晶屏上顯示出完美的圖像。

目前液晶高清數(shù)字電視解決方案可分為數(shù)字電視接收嵌入式(add-on)解決方案和單芯片解決方案。其中，嵌入式解決方案是在已有的模擬液晶電視基礎(chǔ)上附加數(shù)字電視接收功能，數(shù)字電視接收通道經(jīng)MPEG-2解碼及編碼后輸出分量視頻信號(YPrPb)，再輸入到模擬液晶電視單元，構(gòu)成完整的數(shù)字高清液晶電視。現(xiàn)在的數(shù)字電視接收嵌入式解決方案成熟度高、開發(fā)周期短，但總體成本偏高，系統(tǒng)設(shè)計及圖像處理顯示性能不夠優(yōu)化。

而單芯片解決方案則是以包含MPEG解碼、復(fù)合視頻信號解碼、視頻信號處理、圖像顯示處理以及微控制單元的單芯片為主構(gòu)成。這種方案內(nèi)置3D梳狀濾波器和圖像加強(qiáng)等高性能處理系統(tǒng)，具有集成度高，成本低的優(yōu)點(diǎn)，但開發(fā)技術(shù)難度大，開發(fā)周期長，成熟度有待提高。不過，隨著集成度、成熟度的不斷提高，單芯片解決方案將成為未來液晶高清數(shù)字電視的主導(dǎo)方案。