數(shù)字家庭影院中的HD顯示技術(shù)與分析

關(guān)鍵詞： 家庭影院 , 數(shù)字 , 顯示技術(shù)

消費(fèi)人群對(duì)視覺和聽覺享受的追求，使音視頻技術(shù)發(fā)生了革命性的變革。HD可能是近年來出現(xiàn)頻率較多的詞匯之一，其在音視頻領(lǐng)域代表高分辨率（High Definition）的音視頻信號(hào)質(zhì)量。目前的家庭影院解決方案和相關(guān)技術(shù)也早已不再把目光局限于分辨率只有720 x 480的DVD標(biāo)清（SD, Standard Definition）效果，日本NHK科學(xué)技術(shù)研究實(shí)驗(yàn)室甚至在2006年就推出了令人乍舌的具有7680 x 4320像素分辨率（逐行掃描，60fps）的“Super HiVision”技術(shù)。此外，在市場(chǎng)方面，據(jù)產(chǎn)業(yè)研究機(jī)構(gòu)In-Stat預(yù)測(cè)，全球數(shù)字家庭市場(chǎng)收入將在2009年達(dá)到200億美元，中國和亞太地區(qū)市場(chǎng)數(shù)字家庭設(shè)備和技術(shù)發(fā)展速度將持續(xù)領(lǐng)先，年復(fù)合增長(zhǎng)率可達(dá)到30%。高清晰度創(chuàng)造了廣闊的技術(shù)和市場(chǎng)前景，但同時(shí)也給相關(guān)系統(tǒng)帶來了數(shù)倍甚至數(shù)十倍的負(fù)擔(dān)。

HD 系統(tǒng)的性能要求

HD技術(shù)目前正應(yīng)用于各種場(chǎng)合。由于帶寬、壓縮程度及顯示格式的不同，各種HD系統(tǒng)的要求，如處理速度、存儲(chǔ)容量、編解碼器的選擇等差別很大。德州儀器（TI）首席科學(xué)家方進(jìn)（Gene Frantz）先生針對(duì)媒體處理方案和技術(shù)表示，視頻輸入流和應(yīng)用會(huì)不斷變化，HD 輸出會(huì)越來越豐富，因此系統(tǒng)顯然需要一定的靈活性。設(shè)計(jì)人員在選擇視頻系統(tǒng)的底層技術(shù)時(shí)，一定要考慮到上述問題。

德州儀器公司（TI）針對(duì)三個(gè)典型HD編解碼器應(yīng)用總結(jié)了其各自對(duì)應(yīng)的一般系統(tǒng)要求，其主要包括廣播、視頻會(huì)議，和數(shù)碼相機(jī)（表1）。首先，廣播HDTV的輸出比特率最高，采用MPEG-2或H.264/MPEG-4進(jìn)行實(shí)時(shí)壓縮。當(dāng)前技術(shù)情況下，壓縮HDTV節(jié)目進(jìn)行傳輸?shù)膹V播系統(tǒng)需要大量高頻率數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA），以及數(shù)千兆字節(jié)（GB）存儲(chǔ)器的支持。眾多刀片式設(shè)備可以作為并行處理陣列運(yùn)行，以支持多個(gè)通道的壓縮HDTV輸出。

視頻會(huì)議作為另一種HD應(yīng)用，需要做相應(yīng)的縮放，要考慮到多數(shù)廣域網(wǎng)連接不到百兆帶寬的情況，同時(shí)還滿足在大屏幕上顯示HD影像的要求。短暫時(shí)延可以接受，但不能妨礙對(duì)話的實(shí)時(shí)性。雖然比 HDTV 示例中的標(biāo)準(zhǔn)要低，但仍屬于高端標(biāo)準(zhǔn)。

數(shù)碼相機(jī)（DSC）是視頻壓縮的常見消費(fèi)類應(yīng)用之一。我們可用數(shù)碼相機(jī)捕獲較短的視頻剪輯，隨后可在HD顯示屏上播放。DSC系統(tǒng)必須方便易用，價(jià)格低廉，因此采用 MPEG-4 Simple Profile以確保處理和存儲(chǔ)器的要求較低?；贒SP的高集成度的單個(gè)SoC專為便攜式應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化，能滿足上述應(yīng)用的編解碼器要求。

HD格式對(duì)存儲(chǔ)器與處理能力要求均大大超過SD格式。這些要求會(huì)提高組件成本，不過像所有半導(dǎo)體成本一樣，最終會(huì)隨著時(shí)間的推移而下降。因此TI認(rèn)為，對(duì)系統(tǒng)制造商來說，問題在于是現(xiàn)在成本高的時(shí)候就支持HD，還是一兩年后繼續(xù)支持SD，等組件成本降下來和 HD需求提高之后再進(jìn)入市場(chǎng)。

媒體處理器及國內(nèi)代表性方案

HD音視頻給人們感官享受的同時(shí)，也給播放系統(tǒng)帶來更大的負(fù)擔(dān)。相比SD內(nèi)容，目前HD要求的處理能力和存儲(chǔ)容量要高約5"6倍。特殊的功能和性能的要求也產(chǎn)生了多種視頻處理器架構(gòu)，如TI的Da Vinci系列、Sigma Designs的系列產(chǎn)品、Freescale 的iMX系列、以及Intel、AMD等廠商的X86架構(gòu)產(chǎn)品等。

在競(jìng)爭(zhēng)激烈的音視頻技術(shù)領(lǐng)域，國內(nèi)廠商也在努力打破壟斷，相繼推出創(chuàng)新性的產(chǎn)品和技術(shù)，其中代表性的廠商如C2 Microsystems和上海杰得微電子等。

杰得微電子的產(chǎn)品定位為手持信息終端、移動(dòng)電視、IPTV等領(lǐng)域的移動(dòng)多媒體SoC。其產(chǎn)品多選用ARM 926EJ內(nèi)核。產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)在于通過高效和精簡(jiǎn)的數(shù)學(xué)算法提高效率并減少功耗。

C2 Microsystems的SoC產(chǎn)品針對(duì)IP機(jī)頂盒、便攜式媒體播放器、PVR等多媒體應(yīng)用。C2的方案可以理解為一個(gè)多核架構(gòu)的可編程多媒體專用處理器，其采用一個(gè)CPU加3個(gè)專用DSP的結(jié)構(gòu)。專用DSP分別針對(duì)圖像和多媒體處理運(yùn)算所需要的運(yùn)動(dòng)估計(jì)（Motion Estimation）、熵編碼（Entropy Encoding）和向量處理而設(shè)置的，SoC的整體結(jié)構(gòu)也同時(shí)兼顧了開發(fā)的靈活性需求。C2 Micro-systems市場(chǎng)經(jīng)理劉明璋先生表示，TI的DaVinci采用ARM加通用DSP的技術(shù)雖然可實(shí)現(xiàn)較高的性能和靈活性，但通用DSP沒有對(duì)音視頻專門進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，如果簡(jiǎn)單地通過提高主頻來保證視頻處理需要運(yùn)算資源的話，必然會(huì)給PCB設(shè)計(jì)增加復(fù)雜度和成本；而完全通過硬件模塊處理視頻又犧牲了靈活性。

多核和可編程架構(gòu)的煩惱

多核可編程結(jié)構(gòu)在處理性能上有很大優(yōu)勢(shì)，但也有其應(yīng)用上的弊端。多核處理技術(shù)已存在多年，性能上的優(yōu)勢(shì)無需多談，而帶來的麻煩也很多，其中主要集中在開發(fā)難度方面。

多核處理的原理是將任務(wù)拆分后由多個(gè)處理器協(xié)同完成，相應(yīng)的開發(fā)人員則要求具有較高的編程能力才能將多核協(xié)作的能力發(fā)揮出來?？删幊谭桨傅撵`活性很高，適用于應(yīng)付各種各樣的媒體格式，但難題仍然在于開發(fā)的復(fù)雜程度。因此要實(shí)現(xiàn)可編程和并行結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，需要有專有的開放開發(fā)平臺(tái)，并以此培養(yǎng)龐大的開發(fā)用戶群。

鑒于多核和可編程架構(gòu)在性能和應(yīng)用上的兩面性，許多國內(nèi)廠家對(duì)其的態(tài)度十分謹(jǐn)慎。杰得微電子CEO歐陽合博士表示，多核技術(shù)是一個(gè)趨勢(shì)，杰得將來可能也會(huì)做多核，但會(huì)很謹(jǐn)慎。因?yàn)槿绻幊痰募记缮喜蝗ィ嗪司头炊闪素?fù)擔(dān)。而要降低開發(fā)的難度，又要有一定的用戶基礎(chǔ)和工程師基礎(chǔ)。比如用ARM的費(fèi)用很高，但需求仍然很大，就是因?yàn)樗呀?jīng)成了一種文化，寫進(jìn)了課本。TI的成功也并不單純由于它技術(shù)的出色和產(chǎn)品性能的優(yōu)越，單靠DSP的處理速度、架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)等方面還是不夠，根本原因之一是TI產(chǎn)品的開發(fā)難度較低，開發(fā)人員很多，而且它的DSP技術(shù)已經(jīng)寫進(jìn)了教科書，大學(xué)里的教授都懂TI的東西，因此即使有更優(yōu)秀的DSP也很難與之競(jìng)爭(zhēng)。所以，如果搞多核架構(gòu)，要想到編程人員可能會(huì)很難找，有可能最終導(dǎo)致產(chǎn)品功能發(fā)揮不出來。這對(duì)于小廠來說就難度更大，因?yàn)殚_發(fā)人員可能需要幾千個(gè)，自己的設(shè)計(jì)人員雖然懂一些底層的東西，但用戶的需求是千奇百怪的，最終還是很難應(yīng)付。

定位是首要問題

定位是制定商業(yè)戰(zhàn)略的第一步，但在技術(shù)設(shè)計(jì)領(lǐng)域也依然適用。歐陽合博士表示，除了技術(shù)和創(chuàng)新性以外，產(chǎn)品的定位很重要。例如在手持設(shè)備領(lǐng)域，功耗永遠(yuǎn)是首要問題之一，而對(duì)多格式內(nèi)容的支持則不是；相反在網(wǎng)絡(luò)和家用視頻方面就要就對(duì)支持格式盡量的多樣化。德州儀器Jeremiah Golston先生也表達(dá)出類似的觀點(diǎn)，他認(rèn)為，很多顯示格式都可稱之為HD，但在某些應(yīng)用中HD并不適用，所以要首先弄清自己需要的產(chǎn)品應(yīng)用場(chǎng)景，再進(jìn)一步選取格式和相應(yīng)的技術(shù)。視頻系統(tǒng)開發(fā)人員必須清楚HD的定義是什么，避免誤以為什么設(shè)備都必須支持HD。此外，顯示質(zhì)量需要與信號(hào)壓縮率保持平衡；當(dāng)然，任何系統(tǒng)都必須考慮成本問題。然而，真正問題不在于是否需要HD，而是如何根據(jù)系統(tǒng)的顯示、帶寬和存儲(chǔ)條件實(shí)現(xiàn)最佳質(zhì)量，而且要在人們的支付能力范圍內(nèi)。一旦明確了這個(gè)問題，開發(fā)人員就可以選擇一款底層處理技術(shù)來滿足性能、靈活性以及低成本等一般系統(tǒng)要求。

市場(chǎng)觀察

iSuppli：CES 2008市場(chǎng)觀察

120Hz

高清（HD）格式向120Hz的幀頻的轉(zhuǎn)變已成為液晶電視圖像質(zhì)量方面的重點(diǎn)。使用120Hz的幀頻可以最大限度地消除拖尾。面板廠商多數(shù)利用60Hz的輸入材料，然后用插幀算法計(jì)算出補(bǔ)償幀。

超薄成為時(shí)尚

OLED電視引發(fā)了液晶與等離子電視廠商的競(jìng)賽而爭(zhēng)相推出最薄的產(chǎn)品。日立將于2008年率先推出厚度只有19mm的液晶電視。先鋒在等離子電視方面走在前列，展示了厚度只有9mm的原型面板設(shè)計(jì)。

MPEG-4系統(tǒng)節(jié)省帶寬

湯姆遜推出一套MPEG-4系統(tǒng)，用6Mbps的帶寬就能提供同樣的HD體驗(yàn)，而其它系統(tǒng)則需要8Mbps。在此情況下，處理能力的提高在一定程度上降低了帶寬需求。

無線無處不在

電視廠商希望使電視成為互聯(lián)家庭的主要組成部分，其試圖通過提供無線連接使產(chǎn)品更具競(jìng)爭(zhēng)力，如提供無線高清多媒體接口(Wireless HDMI)和與YouTube等內(nèi)容提供商結(jié)盟來獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)等。但以何標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)電視與家庭網(wǎng)絡(luò)之間的連接，目前業(yè)內(nèi)還缺乏共識(shí)。