在過(guò)去十年中,電視經(jīng)歷了重大的變革。受到正在進(jìn)行中的數(shù)字化革命和HDTV(高清晰度電視)標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng),電視性能出現(xiàn)了一次巨大的飛躍。基于傳統(tǒng)模擬標(biāo)準(zhǔn)的電視一直使用480i格式來(lái)傳輸720H×480V的隔行圖像,這只能帶來(lái)傳統(tǒng)電視的視覺體驗(yàn),直到最近情況才發(fā)生改變。今天,電視正迅速轉(zhuǎn)向1080p的標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)定義了能傳輸極其逼真的高清視頻的1920Hx1080V圖像。
音頻的“音景”也在迅速改變。雖然目前的家庭影院系統(tǒng)只提供高保真度的杜比數(shù)碼環(huán)繞5.1聲道音效,但是未來(lái)系統(tǒng)將能支持7.1聲道的音頻。高清音頻首次能夠把演播室主持人的聲音“一位不差”地傳輸?shù)接脩舻囊纛l設(shè)備里。音頻和視頻處理技術(shù)的這種革新會(huì)極大地耗用用于把家庭娛樂系統(tǒng)各個(gè)部分連接起來(lái)的多媒體接口的性能,無(wú)論這些接口是集中在一個(gè)機(jī)柜內(nèi),還是分布在住宅各處。這就促成了新標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn),這些標(biāo)準(zhǔn)旨在改進(jìn)接口和電纜質(zhì)量,以確保高清聲音和圖像能夠同步,并使用戶能更方便地配置高清系統(tǒng)。
能進(jìn)一步增強(qiáng)性能的技術(shù)已經(jīng)嶄露頭角。下文將分析ATV(先進(jìn)電視)在視頻、音頻和互聯(lián)設(shè)計(jì)方面的發(fā)展趨勢(shì),研究其發(fā)展給用戶娛樂體驗(yàn)所帶來(lái)的影響,并探討ADI的解決方案如何應(yīng)對(duì)下一代ATV設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。
信號(hào)處理能力決定ATV體驗(yàn)
具諷刺意味的是,所謂的“數(shù)字電視”革命一旦離開了同步進(jìn)行的模擬信號(hào)處理,革命就不可能進(jìn)行。現(xiàn)有的高清電視的定義是指它們能夠清晰傳送引人入勝的數(shù)字圖像和聲音,而多媒體用戶一直所期待的體驗(yàn)品質(zhì)則直接取決于模擬信號(hào)的捕獲、數(shù)字化處理和回放等操作的好壞。換句話說(shuō),能否提供具有家庭影院效果的娛樂內(nèi)容,很大程度上取決于系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)模擬和混合信號(hào)方面眾多嚴(yán)峻挑戰(zhàn)的能力。
模擬技術(shù)定義數(shù)字電視
通過(guò)自己的Advantiv先進(jìn)電視解決方案組合,ADI公司向業(yè)界提供了范圍最廣泛的高性能IC系列,以解決數(shù)字電視和家庭娛樂系統(tǒng)所面對(duì)的模擬和數(shù)字視頻處理、音頻處理以及互連性方面的挑戰(zhàn)。
視頻處理
在過(guò)去幾年里,電視視頻質(zhì)量的進(jìn)步和對(duì)視頻帶寬的需求增長(zhǎng)相當(dāng)驚人。480i 模擬系統(tǒng)僅僅需要6 MHz的帶寬,而現(xiàn)在1080p兼容系統(tǒng)可傳輸1920H x 1080V圖像,其所需數(shù)據(jù)速率達(dá)到了(百萬(wàn)像素/秒)。這能帶來(lái)更逼真的圖像；與隔行掃描相比,逐行掃描需要數(shù)據(jù)速率加倍,但這使圖像動(dòng)作平滑得多,偽影大大減少。
ATV主要設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。
色深方面也同樣取得了很大的進(jìn)展。目前大多數(shù)高清電視都具有8位色彩(即構(gòu)成像素的三種顏色分別都有219個(gè)亮度色級(jí))。新“高彩(deep color)”視頻標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)把分辨率增加到了每種顏色3504色級(jí)(使用12位色彩)。而更新的被稱為“xvYCC”的色彩空間,則可將之提高到每種顏色全4096色級(jí),從而可為用戶提供空前逼真的圖像。當(dāng)然,這也會(huì)使得住宅各處傳送的數(shù)據(jù)量增加18倍以上。AVT設(shè)計(jì)人員必須解決的問(wèn)題是,怎樣以一般用戶能夠負(fù)擔(dān)的價(jià)格提供這些鮮活的高品質(zhì)圖像。
為了應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)速率的飛速增長(zhǎng),ATV行業(yè)必須運(yùn)用視頻壓縮技術(shù)。盡管可用的視頻壓縮編解碼器(CODEC)種類越來(lái)越多,但是它們一般都基于離散余弦變換(DCT),利用幀間運(yùn)動(dòng)估值實(shí)現(xiàn)更高的壓縮。這些編解碼器件(比如MPEG-2, MPEG-4, , AVC等等)是非常有效的,但是它們?cè)趬嚎s方面的計(jì)算工作量極為龐大。效率的獲得并非毫無(wú)代價(jià)。不過(guò)這個(gè)代價(jià)對(duì)電視節(jié)目和電影的無(wú)線傳送、衛(wèi)星、有線或DVD節(jié)目的傳送而言還是值得的,在這些環(huán)節(jié)中可用帶寬受到嚴(yán)格限制,而應(yīng)用是“一次壓縮,多次解壓”。
然而,未來(lái)家庭娛樂系統(tǒng)的環(huán)境與上述環(huán)境不同。屆時(shí)利用現(xiàn)代射頻、同軸電纜、網(wǎng)絡(luò)和電力線傳輸,可獲得大得多的帶寬；一般傳輸?shù)氖浅^(guò)100Mbps的信號(hào)。同時(shí),有許多應(yīng)用需要對(duì)住宅中的高清信號(hào)源進(jìn)行實(shí)時(shí)、低成本的壓縮。基于DCT的幀間壓縮對(duì)并不適用于這一任務(wù)。
ADI公司一直是基于小波技術(shù)的全新壓縮算法的先驅(qū)者。ADI公司于1993年開始這項(xiàng)工作；該方案在這個(gè)十年底由JPEG委員會(huì)制定為規(guī)范并命名為JPEG2000。現(xiàn)在,國(guó)際公認(rèn)的JPEG2000技術(shù)在分層和多步組合中運(yùn)用了二維濾波和二次抽樣。這帶來(lái)諸多優(yōu)勢(shì),包括:無(wú)需后期解壓處理的圖像可分級(jí)性能力,對(duì)傳輸誤差的魯棒性和抗擾性,極低的壓縮和解壓延遲,低成本的壓縮硬件。
1996年ADI推出了其首款基于小波算法的視頻壓縮IC。從那時(shí)起,該公司開始使用Wavescale壓縮技術(shù),并成為JPEG2000壓縮元器件的領(lǐng)先開發(fā)商,現(xiàn)在ADI為數(shù)碼電影倡導(dǎo)聯(lián)盟(DCI)里的好萊塢電影制片廠提供數(shù)字壓縮技術(shù),力圖在全世界用電子形式發(fā)行電影,取消電影膠片的生產(chǎn)和運(yùn)輸。最近,ADI開始把同樣的數(shù)字壓縮技術(shù)運(yùn)用到高清多媒體接口(HDMI)系統(tǒng)上,以期在住宅內(nèi)實(shí)現(xiàn)高清品質(zhì)的視頻無(wú)線傳輸。在不久的將來(lái),通過(guò)ADI的Wavescale壓縮技術(shù),用戶無(wú)需費(fèi)錢費(fèi)力在住宅里每一個(gè)房間布設(shè)電纜就可以在家中任何地方欣賞到同樣高品質(zhì)的高清圖像。
ATV設(shè)計(jì)人員在視頻領(lǐng)域中面臨的第二個(gè)挑戰(zhàn)是實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)今高清系統(tǒng)仍支持的各種類型傳統(tǒng)信號(hào)的兼容。例如,許多用戶想重溫老電影,他們可以利用VHS(家用錄像系統(tǒng))磁帶或在新的高清電視上使用老式DVD影碟機(jī)進(jìn)行播放。但是許多傳統(tǒng)的標(biāo)清視頻源品質(zhì)不高,用27寸的標(biāo)清顯示屏播放時(shí),效果還差強(qiáng)人意,一旦改用50寸的高清電視,就很糟糕了。高性能的模擬信號(hào)處理的基礎(chǔ)是高分辨率的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,而視頻濾波方面的技術(shù)進(jìn)步在如下方面發(fā)揮著重要的作用:彌補(bǔ)這些技術(shù)之間的差距,讓用戶能夠利用高清電視系統(tǒng)來(lái)欣賞來(lái)自各種信號(hào)源的內(nèi)容,把干擾偽影減至最少。
為解決這個(gè)問(wèn)題,ADI公司開發(fā)出了大量視頻元器件,作為Advantiv解決方案組合的一部分。該公司提供有一個(gè)廣泛的視頻編碼器和解碼器IC系列,它們能夠自動(dòng)完成用于數(shù)字顯示器的SDTV、EDTV、 HDTV和PC-RGB信號(hào)的數(shù)字化和轉(zhuǎn)換,并且滿足專業(yè)和工業(yè)應(yīng)用中關(guān)于視頻的傳輸、重新分發(fā)、編輯和存儲(chǔ)的各種視頻標(biāo)準(zhǔn)。ADI的視頻編解碼器同時(shí)為設(shè)計(jì)人員提供了高性能和靈活性,支持許多符合國(guó)際SDTV和HDTV標(biāo)準(zhǔn)的模擬信號(hào)格式。
音頻處理
設(shè)計(jì)人員在搭建與高清圖像的品質(zhì)和清晰度相匹配的音頻系統(tǒng)方面,也面臨著多方面的挑戰(zhàn)。現(xiàn)在,通過(guò)數(shù)字廣播或者連接到DVD播放器、最新一代高清播放器的HDMI,電視的音頻信號(hào)源能夠提供高分辨率、高采樣速率的多頻道節(jié)目。同時(shí)電視很大程度仍然是作為一個(gè)立體聲音響設(shè)備來(lái)使用,它需要進(jìn)行一些靈活的音頻后期處理,以確保使用兩只揚(yáng)聲器來(lái)產(chǎn)生環(huán)繞立體聲效果。環(huán)繞立體聲的虛擬處理和傳統(tǒng)立體聲內(nèi)容的空間化處理(空間擴(kuò)展)技術(shù),正在越來(lái)越多地應(yīng)用于高清電視系統(tǒng)中,以改善用戶的聽覺體驗(yàn)。
同時(shí),平板高清電視越來(lái)越緊湊的外形給電視設(shè)計(jì)人員帶來(lái)了另外的困難。薄的機(jī)箱外形必須使用小而薄的揚(yáng)聲器,而這種揚(yáng)聲器很可能無(wú)法有效地復(fù)現(xiàn)出現(xiàn)代電影音響效果和流行音樂中頻繁使用的低音(貝斯)部分。為了彌補(bǔ)這種缺陷,需要進(jìn)行額外的音頻處理來(lái)動(dòng)態(tài)增強(qiáng)低頻音效。傳統(tǒng)的線性放大器不能應(yīng)用在現(xiàn)代的平板電視上,這是因?yàn)樗鼈冃枰薮蟮纳崞鳌Ｆ桨咫娨曅枰欠N對(duì)散熱要求不高或無(wú)需散熱的、效率更高的放大器。對(duì)提高效率的需求正好也順應(yīng)了電視無(wú)論在開機(jī)還是待機(jī)都要保持低功耗這一“綠色環(huán)保”發(fā)展趨勢(shì)。
ADI公司的電視音頻處理器(TV audio processors)能夠通過(guò)軟件進(jìn)行優(yōu)化,以用于不同的揚(yáng)聲器和外殼組合。這些處理器廣泛支持各種音效增強(qiáng)算法,包括那些來(lái)自于著名的第三方供應(yīng)商的算法,從而使電視音響系統(tǒng)適用于現(xiàn)有的多頻道高分辨率音頻信號(hào)源。因?yàn)榫o湊的外形空間限制了平板高清電視,故ADI的音頻線路使用D類放大器,這類放大器在工作時(shí)只需小尺寸散熱器或無(wú)需散熱器。
互連性/兼容性
為了規(guī)避傳統(tǒng)的模擬A/V連接器的性能限制,許多領(lǐng)先的電子制造商在2002年聯(lián)合起來(lái),推出了全新的、被稱為HDMI的數(shù)字互連。由于取消了壓縮和模數(shù)轉(zhuǎn)換,HDMI允許音頻和視頻信號(hào)在從輸出設(shè)備到顯示設(shè)備時(shí)保持?jǐn)?shù)字形式,在處理過(guò)程中保存源信號(hào)的原始品質(zhì)。而且,新的互連標(biāo)準(zhǔn)在傳輸高清視頻、多頻道音頻、智能格式和命令數(shù)據(jù)時(shí),用單根電纜替代八根音頻和五根視頻電纜,因此大大降低了布線方面的復(fù)雜性。
最新版本的接口標(biāo)準(zhǔn)HDMI 1.3,進(jìn)一步增強(qiáng)了這方面的性能。它能夠表現(xiàn)更多的灰度級(jí),支持更高的對(duì)比度,并可通過(guò)消除由顏色級(jí)差引起的屏幕條來(lái)保證色調(diào)的細(xì)膩過(guò)渡,因此可以讓設(shè)計(jì)人員搭建出視頻精度水平更高的系統(tǒng)。HDMI 1.3標(biāo)準(zhǔn)使單鏈路帶寬提升到。它還提供了對(duì)深色——30 位、36位和48位——以及新的xvYCC色彩空間的支持選項(xiàng)。系統(tǒng)的音效也得到大幅度的改善,而且還支持各種無(wú)損壓縮格式,如許多高清DVD和藍(lán)光光盤上采用的 Dolby TrueHD和DTS-HD。
此外,設(shè)計(jì)人員在使用功能日益強(qiáng)大的接口時(shí)仍然必須處理一系列的障礙。產(chǎn)品的兼容性就是一個(gè)問(wèn)題,雖然兼容性測(cè)試已開始處理對(duì)確定互操作性的需求問(wèn)題。HDMI的傳輸長(zhǎng)度一般被限制在10到20米內(nèi),因此對(duì)更長(zhǎng)距離的電纜傳輸?shù)闹С忠彩且粋€(gè)要解決的問(wèn)題。由于HDMI能支持大帶寬數(shù)字內(nèi)容保護(hù)(HDCP)和消費(fèi)電子控制(CEC)標(biāo)準(zhǔn),因此將會(huì)在未來(lái)家庭影院設(shè)備的設(shè)計(jì)中扮演重要角色。為確保對(duì)內(nèi)容的保護(hù),好萊塢的電影制片廠要求所有新的高清DVD都必須加密,僅供有帶有HDCP功能的DVD播放器和高清電視使用。CEC允許用戶只使用單個(gè)遙控器來(lái)操控高清電視、DVD影碟機(jī)、高清攝像機(jī)和其它兼容設(shè)備,從而可減少要兼顧多個(gè)遙控器和菜單所帶來(lái)的雜亂無(wú)序。
ADI能夠提供種類繁多的HDMI IC來(lái)幫助設(shè)計(jì)人員解決上述問(wèn)題。ADI的HDMI 1.3兼容多路復(fù)用器、接收器和收發(fā)器支持1080p高清電視、數(shù)字視頻和數(shù)碼相機(jī)、便攜媒體播放器和蜂窩手機(jī)等應(yīng)用中新級(jí)別圖像質(zhì)量的傳送。Advantiv生產(chǎn)線使用行業(yè)一流的緩存多路復(fù)用器來(lái)支持在HDMI 1.3標(biāo)準(zhǔn)中定義的1080p高彩技術(shù)。這種新的多路復(fù)用器還使用了專用均衡技術(shù),使得HDMI 1.3兼容電纜的信號(hào)傳輸距離超過(guò)20米。最近,ADI公司利用自己的視頻壓縮技術(shù)開發(fā)出了第一款用于無(wú)線連接的HDMI解決方案,在家庭影院設(shè)備擺放位置方面給用戶以更大的靈活性。ADI還推出了業(yè)界第一款提供片上CEC支持的HDMI發(fā)射器,從而使高清電視和家庭影院設(shè)備的使用更加簡(jiǎn)便。
本文小結(jié)
ATV的時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨。市場(chǎng)分析公司DisplaySearch預(yù)測(cè),高清電視市場(chǎng)將在今后五年里增長(zhǎng)65%,同時(shí)高性能的ATV的價(jià)格還會(huì)下降。為了刺激增長(zhǎng),ATV的設(shè)計(jì)人員必須設(shè)計(jì)出高性能的電視和輔助設(shè)備,包括數(shù)字視頻錄像機(jī)(DVR)、音頻/視頻接收器(AVR)、高清視頻攝像機(jī)和機(jī)頂盒,以滿足用戶對(duì)于在下一代家庭娛樂系統(tǒng)中體驗(yàn)到鮮活圖像和強(qiáng)勁音效的期待。ADI公司擁有覆蓋面寬泛的ATV產(chǎn)品、解決方案和設(shè)計(jì)支持能力組合,正在為那些面向ATV市場(chǎng)優(yōu)化下一代設(shè)備的設(shè)計(jì)人員們提供所需的構(gòu)建模塊和系統(tǒng)方面的專業(yè)支持。
ADI公司供稿
