下一代数字电视的定义

本文给出了目前数字电视(DTV)方案的一些弱点,并对可以克服这些缺陷的下一代数字顶置盒所需的关键结构要素作了详细说明。

• 目前DTV的局限性
  

• 加速DTV的上市
  

• 下一代DTV的特点
  

• 开放式参考设计平台
  

高清晰度数字电视的局限和未来展望

DTV将成为中国乃至全球的新一代消费类产品,然而在投入到这股热潮的同时,你是否已全面考虑了DTV可能将面临的多种局限以及应该具备的功能？本文将给你一些启示。

数字电视(DTV)技术将把消费者和电视业带入一个崭新的纪元。然而在DTV大量进入消费者家庭之前,业界还会面临许多挑战。在市场对产品需求多样化的快速变化环境中消费类电子产品生产商将面临上市时间缩短所带来的巨大压力。

生产商能不能迅速为客户开发出成本合算的解决方案是至关重要的。虽然存在成本和时间的限制,但绝对不能影响最终产品的高清晰度和集成化图形与视频性能,下一代DTV必须严格满足这些要求。对生产商来说,更棘手的问题是全球并不完全统一的DTV软硬件标准。

目前DTV的局限性

目前DTV接收机或机顶盒(STB)的局限性限制了DTV的发展。这些局限是由实现STB的ASIC芯片直接造成的。DTV接收机或STB的最关键ASIC芯片是DTV解码器,解码器可以用来接收和显示DTV广播节目、为MPEG-2音视频数据流解码、实现数字传输流的多路分解及STB的图形处理。下面重点介绍目前设计中DTV解码器存在的一些局限:

1．不能支持多种显示制式。目前全世界有多种DTV播送制式,如美国采用ATSC制式,日本采用ARIB,欧盟采用DVB。单单美国就有18种从480i(相当于现在的模拟接收机)到宽屏HDTV 1080i解析度的显示制式。最初的DTV标准将包含480行解析度的标准制式电视(sdtv)和720与1080行的高清晰度电视(HDTV)。

目前设计的DTV解码器不能处理所有这18种ATSC显示制式标准。一些设计支持接收所有制式的信号,但却不支持所有制式的播放,这就迫使系统制造商必须为SDTV和HDTV市场设计不同的产品,这也意味着需要成立两个独立的开发小组来满足不同的市场需求,对于制造商而言就要需要忍受更长的开发时间和投入更多的金钱。

2．制造成本高。目前的STB用多个芯片实现音视频功能,这些芯片大都采用0.5微米制造工艺,从而导致过大的裸片尺寸。此外,显示制式的上下行转换也需要不同的芯片来实现。

由于解码器逻辑的不同部分需要独立的存储器,因此存储器也得不到最佳利用,这必然会导致浪费一部分宝贵的存储器资源。这种结构不仅扩大了占用电路板的面积,也使设计变得更加复杂。较低的集成度、低效的内存结构和过时的工艺技术导致了目前解码器产品价格的昂贵,而且性能低下。

3．不支持不断发展的数据服务标准。目前的DTV解码器采用的是固定封闭式结构,这种方案不能兼容Windows CE或PersonalJava及ATSC应用程序接口(api),也不支持目前大量出现的数据业务应用,例如在线银行、电子邮件和因特网浏览。由于缺乏对交互式应用的支持,当前的DTV解码器对用户来说没有什么吸引力。

4．用户界面不友好。交互式数据业务要求用户接口易用且直观,但由于缺乏专门的图形处理器而导致了DTV解码器较差的用户界面。此外,各种应用在解码器上运行缓慢,显示的图像质量很差,而且闪烁的图像也令人难以接受。

STB中的MPEG-2芯片采用了嵌入式OSD处理器来处理文本和图像,然而OSD处理器却没有图像加速功能,没有防抖动电路,并且只支持每像素4到8位的图形格式。

5．专用CPU性能低下。目前的解决方案采用嵌入式处理器,但其性能只有20MIPS或更低,这是远远不够的,而且它还要使用专用总线。目前新兴的交互式数据服务应用(基于新的API标准)需要性能更强的CPU来完成与显示控制器的实时通讯。

6．固定的封闭式结构。DTV解码器芯片的结构很不灵活,不可调节并且不支持模块化设计,采用专用的总线和操作系统。这种结构不能实现SD显示制式与HD显示制式之间的转换,因此也就不能给厂商提供更大的灵活性。DTV的专用结构使之不能采用模块化的设计方法,从而阻止了进一步增加I/O设备、调制解调器和3D图像部件等独立的标准外围设备的可能性。

由于以上的种种限制,目前的DTV解码器并没有大规模地投放市场,它们仅仅成为新技术演示的一种工具,还没能真正带动起DTV行业的发展。

加速DTV的上市

开发新一代的DTV解码器解决方案需要新的方法。消费类电子产品生产商应选择一种灵活而且成本合算的结构,这样他们才能满足不断变化的DTV市场需要。这种结构同时也将加速DTV接收器和STB的普及。

芯片结构方面的挑战在于开发出消费者能买得起的、能接收并播放所有18种DTV制式、能提供交互式用户功能并能方便地完成从传统TV到DTV转换的DTV解码器方案。这种结构必须是开放式的--它必须支持标准总线接口、使用通用CPU并能运行在Windows CE和PersonlJava等流行软件上。

下一代DTV的特点

1．支持所有的广播制式。DTV解码器除了能解码外,还要能播放所有18种ATSC制式,带有这种解码器的DTV接收器或STB将能接收任何数字传送信号,并能在任何显示格式下播出。这种解码器应该既能使SDTV显示HD信号,又能把SD节目显示在HDTV上。支持所有制式可确保用户不管拥有什么类型的TV接收器都能正确收看到任何数字节目。

2．更低的材料成本。下一代解码器必须在单芯片上集成更多的功能,并采用更先进的加工工艺(0.25或0.18微米工艺)以实现更小尺寸的裸片。

3．为交互式数据业务提供更好的支持。下一代解码器应能兼容Windows CE和PersonalJava等DTV的应用程序接口(API),整个结构应当足够灵活以支持仍在由ATSC和DVB委员会定义的API标准,并且应当支持流行的API以确保各项新的数据业务(如银行业务、在线购物及因特网浏览)等能在DTV上顺利运行。

4．友好的用户界面。用户界面将在成功提供交互式数据业务中扮演至关重要的角色,屏幕上显示的菜单和控制必须易于使用且一目了然,这样才能使用户舒适地享受各种在线服务。

解码芯片应当为绚丽的色彩提供更大的颜色深度(每像素16位或更高),还必须提供图形加速器以缩短反应时间,并实现视频与图形内容的无缝集成。图形处理器也应有专门的防抖动电路,从而能在隔行扫描的电视机上提供高质量的显示效果,还能消除混叠现象使屏幕上的文字更加清晰。

5．功能强大的CPU。将来的DTV解码器方案应当能与功能强大的CPU配合工作,以实现大量基于新的DTV API的实时交互式应用。解码器应能很方便地与各种广泛使用的CPU实现无缝连接。有了开放式的CPU接口,消费类电子产品生产商就能为不同的目标产品选择合适的CPU进行设计。

6．采用业界标准的主机总线接口。DTV解码器必须围绕某个高性能总线进行设计,例如外围元件互连(PCI)接口。

基于PCI的模块化DTV结构很容易升级,从而可灵活地提供更多的功能来满足不同的市场需要。例如,可通过在DTV或STB上增加P1394或USB接口以实现与数码相机的连接,或包含一个基于PCI的3D图形处理器从而能在大屏幕DTV上运行实时游戏,加入一个PCI V.90调制解调器还能立即实现双向连接以增强数据业务性能。还有一点就是PCI总线结构能很方便地对CPU进行升级。

7．PC和DTV的融合。英特尔、微软和康柏公司一直在努力合作开发PC平台上的DTV技术,推出可用于PC机的DTV接收卡只是一个时间问题。PC工业现有每年1亿台的巨大市场,谁能以最快速度设计出最优的DTV解码器芯片解决方案,谁就会获得巨大的商业机会。解码器结构应当能简化PC/DTV插卡的设计和开发,以让更多的用户能接收DTV节目。基于PCI的DTV解码器芯片将在这一轮向PC市场渗透进程中占据较大优势,因为基于PCI的PC/DTV插卡较容易设计和升级。

开放式参考设计平台

虽然目前已开发出下一代解码器芯片,但它仅解决了部分问题。与传统的模拟电视解决方案不同,DTV解决方案含有一个关键的软件模块,它用以实现交互式数据服务。随着大量DTV API和新应用的不断出现,软件开发成为设计者的主要任务。消费类芯片制造商必须帮助系统厂商提供一个DTV解码器芯片设计参考平台,一个基于下一代解码器结构的全面系统级解决方案和参考平台能帮助系统制造商缩短上市时间。

参考系统还能为第三方软件开发商提供一个易于使用的平台,用以开发DTV应用。如果没有这样一个平台,软件开发者只能等到消费类电子产品制造商完成了DTV STB的硬件开发后才能开始开发软件。而有了参考平台,开发人员就能在制造商设计STB的同时开发软件应用。一个低成本且易于获得的参考平台对于第三方开发人员来说是至关重要的,它有助于激励创新并拓宽DTV应用。

具有开放结构的参考平台可为开发人员提供一个对硬件、软件及外设进行验证、调试和确认的实时系统环境。由参考平台提供的设备驱动程序、RTOS API和应用软件能用来演示DTV功能并确保产品的质量。由于缩短了制造商和软件开发商的设计时间,因此可节约大量成本并能使产品更快上市。

能否为下一代DTV产品选择一个正确的解码器芯片解决方案和参考平台将会对最终产品的成功上市起关键作用。一个有远见的设计师必须脚踏实地地选择一种高度集成、开放、灵活、功能齐全并有很好性价比的芯片解决方案,只有这样才能为市场提供富有竞争力的DTV产品。