ot;display: block;">在過去十年中,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,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格式來傳輸720H×480V的隔行圖像,這只能帶來傳統(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)的這種革新會極大地耗用用于把家庭娛樂系統(tǒng)各個部分連接起來的多媒體接口的性能,無論這些接口是集中在一個機(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)計方面的發(fā)展趨勢,研究其發(fā)展給用戶娛樂體驗(yàn)所帶來的影響,并探討ADI的解決方案如何應(yīng)對下一代ATV設(shè)計挑戰(zhàn)。

信號處理能力決定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的捕獲、數(shù)字化處理和回放等操作的好壞。換句話說,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)計人員應(yīng)對模擬和混合信號方面眾多嚴(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

在過去幾年里,電視視頻質(zhì)量的進(jìn)步和對視頻帶寬的需求增長相當(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(百萬像素/秒)。這能帶來更逼真的圖像；與隔行掃描相比,逐行掃描需要數(shù)據(jù)速率加倍,但這使圖像動作平滑得多,偽影大大減少。

ATV主要設(shè)計挑戰(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個亮度色級)。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(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,從而可為用戶提供空前逼真的圖像。當(dāng)然,這也會使得住宅各處傳送的數(shù)據(jù)量增加18倍以上。AVT設(shè)計人員必須解決的問題是,怎樣以一般用戶能夠負(fù)擔(dān)的價格提供這些鮮活的高品質(zhì)圖像。

為了應(yīng)對數(shù)據(jù)速率的飛速增長,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,但是它們在壓縮方面的計算工作量極為龐大。效率的獲得并非毫無代價。不過這個代價對電視節(jié)目和電影的無線傳送、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,未來家庭娛樂系統(tǒng)的環(huán)境與上述環(huán)境不同。屆時利用現(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^100Mbps的信號。同時,有許多應(yīng)用需要對住宅中的高清信號源進(jìn)行實(shí)時、低成本的壓縮。基于DCT的幀間壓縮對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；該方案在這個十年底由JPEG委員會制定為規(guī)范并命名為JPEG2000?，F(xiàn)在,國際公認(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。這帶來諸多優(yōu)勢,包括:無需后期解壓處理的圖像可分級性能力,對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)的視頻無線傳輸。在不久的將來,通過ADI的Wavescale壓縮技術(shù),用戶無需費(fèi)錢費(fèi)力在住宅里每一個房間布設(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)計人員在視頻領(lǐng)域中面臨的第二個挑戰(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,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)來欣賞來自各種信號源的內(nèi)容,把干擾偽影減至最少。

為解決這個問題,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。該公司提供有一個廣泛的視頻編碼器和解碼器IC系列,它們能夠自動完成用于數(shù)字顯示器的SDTV、EDTV、 HDTV和PC-RGB信號的數(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)、編輯和存儲的各種視頻標(biāo)準(zhǔn)。ADI的視頻編解碼器同時為設(shè)計人員提供了高性能和靈活性,支持許多符合國際SDTV和HDTV標(biāo)準(zhǔn)的模擬信號格式。

音頻處理

設(shè)計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)?，F(xiàn)在,通過數(shù)字廣播或者連接到DVD播放器、最新一代高清播放器的HDMI,電視的音頻信號源能夠提供高分辨率、高采樣速率的多頻道節(jié)目。同時電視很大程度仍然是作為一個立體聲音響設(shè)備來使用,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,平板高清電視越來越緊湊的外形給電視設(shè)計人員帶來了另外的困難。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動態(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?。平板電視需要那種對散熱要求不高或無需散熱的、效率更高的放大器。對提高效率的需求正好也順應(yīng)了電視無論在開機(jī)還是待機(jī)都要保持低功耗這一“綠色環(huán)?！卑l(fā)展趨勢。

ADI公司的電視音頻處理器(TV audio processors)能夠通過軟件進(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只需小尺寸散熱器或無需散熱器。

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,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在從輸出設(shè)備到顯示設(shè)備時保持?jǐn)?shù)字形式,在處理過程中保存源信號的原始品質(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,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,支持更高的對比度,并可通過消除由顏色級差引起的屏幕條來保證色調(diào)的細(xì)膩過渡,因此可以讓設(shè)計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)計人員在使用功能日益強(qiáng)大的接口時仍然必須處理一系列的障礙。產(chǎn)品的兼容性就是一個問題,雖然兼容性測試已開始處理對確定互操作性的需求問題。HDMI的傳輸長度一般被限制在10到20米內(nèi),因此對更長距離的電纜傳輸?shù)闹С忠彩且粋€要解決的問題。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),因此將會在未來家庭影院設(shè)備的設(shè)計中扮演重要角色。為確保對內(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遙控器來操控高清電視、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遙控器和菜單所帶來的雜亂無序。

ADI能夠提供種類繁多的HDMI IC來幫助設(shè)計人員解決上述問題。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兼容電纜的信號傳輸距離超過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)備的使用更加簡便。

本文小結(jié)

ATV的時代已經(jīng)來臨。市場分析公司DisplaySearch預(yù)測,高清電視市場將在今后五年里增長65%,同時高性能的ATV的價格還會下降。為了刺激增長,ATV的設(shè)計人員必須設(shè)計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)計支持能力組合,正在為那些面向ATV市場優(yōu)化下一代設(shè)備的設(shè)計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