條形音箱的設(shè)計(jì) - HDMI 1.4收發(fā)器在家庭影院和條形組合音箱中的應(yīng)用

　　以上概述了一體式家庭影院和條形組合音箱的發(fā)展趨勢(shì)和將來必備的功能。下面將針對(duì)上面所提的第三至第五條功能和特性，以HDMI1.4收發(fā)器為例對(duì)這兩類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)做一些具體的解析和討論。

　　音頻回傳通道 (Audio Return Channel)和三維立體電視 (3DTV)

　　根據(jù)市場調(diào)查,在2009六月發(fā)布的最新的HDMI 標(biāo)準(zhǔn)HDMI 1.4各項(xiàng)所增加的功能中， 絕大部分廠家都會(huì)先選擇在部分高端和中高端產(chǎn)品中支持“3DTV傳輸”和“音頻回傳通道”(Audio Return Channel 或ARC) 兩項(xiàng)特性。 如果高清電視與一體式家庭影院或條形組合音箱 是用HDMI線相連接那么“音頻回傳通道” 主要應(yīng)用于將播放電視調(diào)諧器中解出的SPDIF音頻信號(hào) “回傳”給一體式家庭影院或條形組合音箱再經(jīng)由一體式家庭影院或條形組合音箱處理放大后送往音箱。圖3是一個(gè)典型的“音頻回傳通道”的應(yīng)用實(shí)例。

　　圖3：“音頻回傳通道”應(yīng)用舉例

　　一般用戶通常的連接方式是DVD連接到一體式家庭影院的接收機(jī)(AV Receiver或AVR)上面，AVR通過HDMI連接到高清電視上。如果使用DVD的話音視頻信號(hào)都是從AVR (源端) 的Tx流向電視(接收端)的Rx的。但如使用電視收看高清廣播的話則電視接受了高清節(jié)目后其解出的音頻信號(hào)可以通過電視的同軸音頻輸出端(SPDIF信號(hào))送到AVR放大處理后送往揚(yáng)聲器。這樣就至少需要一條同軸音頻傳輸線連接電視和AVR.現(xiàn)在如果電視和AVR都具有HDMI 1.4的ARC功能的話這個(gè)音頻信號(hào)就可以通過同一根HDMI 接線由電視向AVR回傳。需要說明一點(diǎn)的是HDMI 1.4以前版本的協(xié)議定義的HDMI纜線就可以支持ARC功能。ADV7623就是利用HDMI線纜按照HDMI 1.4規(guī)定完成這項(xiàng)功能的。在ADV7623的HDMI Tx里集成有一個(gè)ARC接收器。它將從電視機(jī)(通過HDMI纜線)傳來的ARC信號(hào)轉(zhuǎn)換成一般的SPDIF信號(hào)然后將此信號(hào)通過ADV7623的一個(gè)AP輸出管腳送到AVR里面的音頻處理器進(jìn)行處理放大。

　　三維立體電視(3DTV)被視為電視技術(shù)下一個(gè)大發(fā)展的動(dòng)力。 它將使人們?cè)诩依锞湍軌蛳硎艿搅Ⅲw電視和打三維游戲。HDMI 1.4 規(guī)定了必須支持的三維格式和選項(xiàng)支持的三維格式。ADV7623支持所有規(guī)定的三維電視的格式。下表是它所支持中比較常用的幾個(gè)三維格式：

　　具體如何應(yīng)用”Stereoscopic methods” 或“2D plus depth methods”去傳輸，接受，和顯示三維圖像。讀者可以去參考HDMI 1.4 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。

　　HDMI端口之間快速切換(Fast Switching)

　　如圖4所示，家庭影院典型的連接方式是AVR或一體式家庭影院是上聯(lián)機(jī)頂盒或DVD和下接電視。如果所有聯(lián)接都是用HDMI并加有HDCP保護(hù)的話那么在HDMI協(xié)議里這些設(shè)備被稱作HDMI中繼器(HDMI Repeater)。HDMI中繼器的功能是：

　　解密和提取由HDMI中繼器中的HDMI Rx 接收的視頻和音頻數(shù)據(jù)

　　對(duì)音頻進(jìn)行處理放大等等。如果需要，對(duì)視頻也進(jìn)行處理

　　然后對(duì)音視頻按照協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)重新打成信息包并加密

　　轉(zhuǎn)換成TMDS信號(hào)后通過HDMI中繼器中的 HDMI Tx 發(fā)送

　　圖4：家庭影院的連接

　　現(xiàn)在大部分一體式家庭影院和AVR都帶有至少三個(gè)以上的HDMI 接口。發(fā)展趨勢(shì)是以后還會(huì)更多。這是因?yàn)樵絹碓蕉嗟碾娖饔绕涫潜銛y式電器都將帶有HDMI輸出。很多情況下用戶同時(shí)接幾個(gè)源(機(jī)頂盒，高清攝相機(jī) 等等)到AVR并在使用中從一個(gè)源換到另一個(gè)源。這對(duì)于AVR來說是從一個(gè)HDMI輸入端轉(zhuǎn)換到另一個(gè)HDMI輸入端。對(duì)這個(gè)切換的的時(shí)間是越短越好。切換延遲的原因在于 HDCP 協(xié)議的復(fù)雜性。受HDCP 版權(quán)保護(hù)的內(nèi)容(音頻和視頻)由一個(gè) HDMI 發(fā)射源設(shè)備(例如 藍(lán)光DVD 播放器)發(fā)往 HDMI 接收器設(shè)備(如 AVR)時(shí)必須遵守 HDCP 的協(xié)議先進(jìn)行相互的 HDCP “身份驗(yàn)證”(authentication)。這個(gè)“身份驗(yàn)證”時(shí)間取決于各個(gè)產(chǎn)品內(nèi)部微程序控制結(jié)構(gòu)和軟件所以市場上的不同的產(chǎn)品會(huì)有極大的不同“身份驗(yàn)證”時(shí)間。 市面上有相當(dāng)一部分AVR或一體式家庭影院 的HDMI 端口之間的轉(zhuǎn)換有時(shí)可以要花 10 秒以上。這不僅太長可能會(huì)導(dǎo)致用戶覺得設(shè)備有了問題。

　　通常以前所用的HDMI輸入之間的快速切變僅限于HDMI 接收器。這樣的快速切變可應(yīng)用于電視但不適用于HDMI中繼器或必須加入大量的軟件操作。這不但增加了大量的前期軟件設(shè)計(jì)工作量而且在系統(tǒng)運(yùn)行過程中也大大贈(zèng)加了系統(tǒng)MCU的工作負(fù)荷量。而帶有快速切換的HDMI收發(fā)器則正好彌補(bǔ)了這個(gè)不足。下面以ADV7623 HDMI收發(fā)器為例來解釋什么是中繼器快速切換(repeater fast switching)以及在設(shè)計(jì)中如何實(shí)現(xiàn)和優(yōu)化。

　　正如先前所說一個(gè)HDMI中繼器 包括 HDMI 接收器 和 HDMI發(fā)射器。ADV7623 集成有四個(gè)端口的接收器和一個(gè)端口的發(fā)射器。在某一時(shí)刻一個(gè)接收器端口接收著一個(gè)從上端的源 (例如藍(lán)光DVD 播放器)到下游的接收器(電視)已通過身份驗(yàn)證的數(shù)據(jù)流。這個(gè)正在接受和下傳數(shù)據(jù)的(接收器)端口叫做“當(dāng)前端口(Active port)”。另外的三個(gè)(接收器)的接接收端口，接有例如游戲機(jī)，高清機(jī)頂盒，和高清攝像機(jī)，則被稱為“背景端口(Background port)”。也就是說這三個(gè)通道都在“背景”中等待著被接通。當(dāng)當(dāng)前端口接同時(shí)，ADV7623探測(cè)到從源端來的+5V信號(hào)并在進(jìn)行當(dāng)前端口通道HDCP驗(yàn)證的同時(shí)也對(duì)其他三個(gè)背景通道也進(jìn)行了同樣的認(rèn)證。這樣雖然在電視屏幕上只顯示了當(dāng)前通道的節(jié)目但ADV7623也將其他三個(gè)背景通道的HDCP論證過程進(jìn)行完畢并保持。一旦用戶將中繼器切換到另一個(gè)背景端口(比方說連接著游戲機(jī)的一個(gè))，由于論證已經(jīng)完成所以切換非常快。而原先的當(dāng)前通道則變?yōu)楸尘巴ǖ蓝冶３至薍DCP的論證。

　　順便提一下我們以上討論的是如何改進(jìn)HDMI中繼器的切換速度因?yàn)橥ǔ＿@個(gè)切換占時(shí)最長。但有時(shí)電視(或其他顯示器)內(nèi)部從TV主芯片(TV SoC)開始接收到視頻信號(hào)到將其顯示到屏幕上也需要時(shí)間。這個(gè)時(shí)間的長短則取決于電視主芯片鎖定速度和處理速度而與HDCP無關(guān)。

　　結(jié)論

　　HDMI 1.4 收發(fā)器(HDMI Transceiver)HDMI將多輸入的HDMI1.4接收器和HDMI1.4發(fā)射器集成在同一個(gè)芯片上。使用HDMI 1.4收發(fā)器不但可以減少家庭影院和條形組合音箱的材料部件成本同時(shí)也大大減輕了工程師設(shè)計(jì)軟件和硬件的工作量進(jìn)而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)低成本高質(zhì)量HDMI1.4兼容的家庭影院和條形組合音箱。