数字电视正处于发展阶段研发须兼顾性能与灵活性

技术分类: 模拟设计  消费电子设计  | 2003-07-12
尹建维,德州仪器公司亚洲副总裁

全世界都在从模拟传输到数字传输转变,数字电视面临重大机遇。目前,从SDTV(标准清晰度数字电视)到HDTV(高清晰度数字电视),数字电视的标准超过18个。SDTV是现有模拟标准的数字版本,支持模拟电视向高清晰度电视的过渡。而HDTV则是支持宽幅和环绕声标准(杜比数码)的数字标准。
  中国即将迎来数字电视的重大发展,这主要归功于政府要求到2008年之前所有主要城市都应实现数字电视传输。根据国家广播电影电视总局(SARFT)的要求,中国最晚将于2005年开始进行数字电视转播。到2008年,基础设施将就位,从而可在中国所有主要城市以HDTV实况转播2008年奥运会。SARFT预计,到2005年会有3,000万数字电视机顶盒用户。此外, 根据中国海关数据,2002年中国出口了1,882万台彩色电视机,总值21.4亿美元。目前中国彩电的拥有量有3.4亿万台。如此规模的市场在向数字电视的转变过程中将创造巨大的国内需求。专家预计数字电视市场将从2002年的400亿元人民币增加到2015年的5000亿元人民币。
  上述发展为中国电视机制造商和系统开发商带来重大机遇。由于数字电视将用到可编程DSP及大
量模拟元器件,因此制造商有机会创建独树一帜的产品,进而方便对数字电视产品的市场定位。
  兼顾性能灵活性的系统方案
  尽管中国电视机制造商在设计模拟电视机方面具备强大实力,但数字电视设计还是一种全新概念,这是由于数字化传输和信息处理与模拟方法完全不同。数字设计同时也让开发商有大量机会创造新的功能。此外,为了应付不断的升级和日新月异的标准,我们还必须考虑到设计的灵活性。
  典型的数字电视架构包括三个基本模块--调谐器、解调器(滤波器)和解码器(处理器)。
典型的数字电视架构

  除了电视功能之外,您还需要存储器及其他模拟外设以实现更多的功能,如机顶盒、与各种消费类电子设备的音频和视频接口等。其中包括1394高速串行总线、ADC/DAC模块、MPEG-2解码器、音频放大器、电源管理器件,以及运行于DSP和MCU之上的系统软件。此外,解调用的ASIC以及MPEG-2解码器与DSP的整合也是设计人员面临的重大挑战。
  此外,中国的数字电视标准尚未最后确定。中国政府计划将于今年6月底推出有线数字电视标准,它很可能是DVB-C标准或非常接近的一个版本。就地面广播数字电视标准而言,中国正在考虑两种数字电视提议案,其一是DMB-T,即由北京清华大学提出的多载波OFDM系统;另一种是ADTB-T,即上海交通大学提出的单载波OQAM系统。现在的工作是努力将两种系统的优势加以结合,合并为一个系统。该标准的最后公布期限为今年年底。
  由于时间的紧迫性,设计人员正面临一个挑战:如果采用ASIC或FPGA实现上述两种不同的系统,以后又如何整合为一个统一系统呢?此外,也没有足够的时间做出一个硅片,来对合并的系统进行验证。而利用可编程DSP方案,中国的设计师也许会满意:既可以获得卓越的灵活性,加速产品上市时间,也可以开发任何公司或任何技术委员会提出的、功能强大的新型数字电视系统。即便在最初标准发布之后,很可能还需要添加或改进某些功能。例如,在MPEG-2的基础上添加MPEG-4功能,或在MPEG-2音频之外添加任何其他多声道音频或更强的功能。采用可编程DSP的数字电视系统从系统架构角度来看是最令人满意的。
  几大功能块的实现方法及考量
  以下为列出具体功能模块的典型数字电视架构图:
  (插入附件中的图:TI的数字电视产品)
TI

  以下以德州仪器公司(TI)提供的方案为例说明数字电视中显像、视频音频解码与再现子系统的实现方法及如何解决设计中的常见问题。
  清晰度高体积小的DLP投影技术

  DLP(Digital Light Processing?,数字光处理)技术基于一种叫做DMD(数字微镜器件)的光学半导体器件,由TI的Larry Hornbeck博士于1987年发明,用于投影显像系统。DMD芯片是一个由130多万个通过铰接固定的微镜组成的矩形阵列。DMD的微镜安装在极小的铰链上,可向光源倾斜(相当于"开"状态)或反向倾斜(相当于"关"状态),从而在投影表面造成或亮或暗的像素,每个微镜对应一个像素。DMD芯片与光源和投影镜头配合,可将数字视频或图形反射到屏幕或其它表面上。
  进入半导体的比特流影像代码可使每个微镜每秒钟进行数千次开关。当微镜开的次数多于关的次数时,得到一个较亮的像素;反之得到一个较暗像素。DLP?投影系统中的微镜能够产生1024个灰度级,从而形成层次丰富的图像。
  DLP系统投影灯生成的白光会透过彩轮到达DMD表面。彩轮将光过滤为红、绿、蓝三色光,然后通过DMD芯片形成1,670万种以上的色彩。每个微镜开和关的平均时间根据照在其上的色彩来调整,最后形成一幅全色影像。
  除了提供极为
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