數字電視基礎

    無論由摩爾定律或消費需求驅動，在當今電視中所需要的性能水平可能似乎是勢不可當的。與標準清晰度電視格式（SDTV）相比，具有1080像素的高清晰（HD）格式的數字電視所驅動的數據量要大6倍，它要管理數字電視、IPTV、視頻會議廣播及處理杜比AC-3、MPEG和其它音頻格式，這些功能都成為了數字電視（DTV）必須具備的功能。

    從對音頻、視頻和輸入信號格式的最高要求來說，存在若干可供選擇觀看的選項：正投、背投、DLP、LCD、等離子和CRT。無論是在嵌入到手表中的1英寸的顯示器上觀看電視，或是采用投影系統的顯示屏在整塊墻壁上觀看電視，對尺寸和性能的組合要求幾乎是無窮無盡的。

    即使目前在貨架上的每一臺電視可能從大小、外觀、形狀因子和銷售人員給你的基本描述來看都非常不同，但是，當你考察其內部的時候，電視的基本構造模塊都是非常相似的。

    一般來說，數字電視可以被分解為不到10個主要的模塊：顯示器（和驅動器）、核心媒體引擎、音頻編解碼和處理、視頻編解碼和處理、調諧器、接口模塊和電源。對每一個模塊的絕對性能要求由你最喜歡的座位的舒適體驗的性能水平來定義。

下圖為典型的數字電視系統方塊圖。

圖1：典型的數字電視系統方塊圖 

    在圖1中，我們給出了HDTV的基本方框圖，我們在功能方塊圖層面已經加以考慮。開發屏幕后面的電視機系統需要采用許多工具，它們都可以從各類企業獲得。然而，在把來自不同元器件供應商的解決方案整合在一起的過程中，既要加快設計周期以縮短產品上市時間，又要確保兼容性，那么，這種要求就會成問題。無論是采用DLP技術、基于DSP的數字媒體處理器、其它的核心處理解決方案或一些其它的高性能模擬元器件，都需要為快速演進的數字電視市場設計出高度集成、靈活且便于使用的數字電視機。對于融合的應用來說，把高性能音視頻CODEC、圖形加速、通信和支持功能設計到家庭娛樂體驗系統之中是至關重要的。

視頻設計

        消費者常常在觀看電視的時候，對視頻體驗提出非常高的要求。正因為如此，分辨率、亮度、對比度和清晰度對看起來的“逼真”體驗有著重要意義。對于電視機來說，支持多種ATSC TDV格式、NTSC和PAL解碼、復合及S-Video輸入和二維濾波都是至關重要的。隨著高清晰電視的發展，以配備三維濾波的1080i分辨率支持全高清將是標準的配置。在接收如圖1所示的視頻信號鏈的過程中，重要的是選擇具有混合各種性能的能力的視頻解碼器、模/數轉換器（ADC）和視頻緩沖器，以便于你能夠根據系統的成本目標調節性能。

圖2：視頻解碼器的數據流路徑

    圖2所示為視頻解碼器的數據流路徑，它負責處理NTSC、PAL、SECAM、S-Video、SCART、YPbPr、RGB、480p和其它輸入格式。在數字電視中，對這種級別的靈活性的支持是必需的，完全是為了讓一個機型經過實際設置可以工作于任何格式。數字電視解碼器的典型性能特征包括：同步、消隱、場、有源視頻窗口、水平和垂直同步、時鐘、同步鎖相（用于下行視頻編碼同步）、主CPU中斷和可編程邏輯I/O信號。這是對數字視頻輸出以及用于先進的垂直消隱期（VBI）數據恢復的補充。作為一種附加功能，一些視頻解碼器支持VBI數據處理器（VDP）在文字電視廣播、傳送字幕（CC）和其它VBI數據上進行數據分片、解析和執行誤碼校驗。內置的FIFO存儲多達11行文字電視廣播數據，而適當的主接口同步及全屏幕文字電視廣播恢復是當今系統中的幾個常見要求。然而，一些實現方案需要一種解碼器，它能夠為基于主CPU的VBI處理提供速度為已采樣原始亮度數據兩倍的輸出格式化數據。

    對于信號鏈中的ADC來說，個人電腦和HD視頻輸出要求其具有改進的抖動減低性能、在視頻系統中的較高圖像品質并能夠支持日益增長的帶寬需求。在數字電視實現方案中，一個8/10位三ADC通常提供165Msps的采樣率，從而提供豐富的視頻性能，并且也是商用投影儀、電視和機頂盒的理想選擇。

    最后，要把視頻信號鏈的輸出分辨率與顯示器的性能及輸入信號的分辨率匹配，從而優化視頻的設計。在低分辨率的CRT電視時代，采用較低性能的前端可能一直都是可以接受的，但是，利用當今的高分辨率顯示器，在模擬前端中的任何噪聲或不規則信號都將清晰地顯示在數字電視的屏幕上。

音頻設計

    過去，消費者可能要把電視連接到他們的家庭音頻系統來增強音頻體驗，特別是在觀看電影的時候。隨著音頻解決方案的進步，有可能把電視與家庭立體聲分開放置在兩個不同的地方，特別是對安裝在墻壁上的數字電視，這就驅使人們把先進的音頻解決方案直接集成到數字電視之中，以提高性能。但是，無論驅動表面揚聲器或傳統的揚聲器，音頻信號鏈在最大化音頻體驗中都是至關重要的。為了實現音頻品質的進一步差異化，必須在數字電視中采用音頻處理。音頻處理使像電影、新聞和音樂這樣的標準聲音模式成為可能，此外，還有諸如環繞聲虛擬、重低音增強和其他著名的音頻算法之類的先進音頻功能。

    在音頻解決方案中進行折衷與音頻處理性能、音頻輸出功率、熱耗散和整體的功耗有關。傳統的音頻方案由兩到三個受AB類音頻功率放大器驅動的揚聲器構成。然而，相對于它的整個音頻輸出而言，AB類放大器的工作固有地生成大量的熱。這些積聚起來的高溫因為需要大的散熱片來散發熱量，所以，在大多數薄形狀因子的平面電視中禁止采用AB類放大器。為了解決這個問題，業界采用了D類放大器技術（圖3）。目前，輸出場效應三極管（FET）可以在截止區與飽和區之間切換，從而提供比AB類放大器更高的效率�，F有的音頻解決方案容許你完全利用數字信號路徑。這不僅僅最大化音頻效率，而且，它們也提供有效的處理和大于110 dB的信噪比（SNR）。

圖3：D類放大器的基本拓撲

接口設計

    由于人們越來越多地要求把數字電視變成家庭通信門戶，數字電視和機頂盒除了基本的音頻和視頻接口之外，還要繼續添加接口，其中，包括支持VGA、分量視頻輸入（并且常常是輸出）和甚至HDMI；然而，數字電子也可能支持諸如DVI、S-Video、IEEE1394、USB和LAN連接這樣的附加接口。此外，隨著不同低功耗無線接口技術的快速普及應用，從遙控器到衛星揚聲器的每一臺設備都可以方便地與數字電視通過無線電完全地實現通信。

電源設計

    在電視中的大多數功能模塊中，包括為數字電視本身創建主電源的AC/DC轉換器，都需要一種特別的電源方案，如用于DLP燈、LCD偏置、或顯示器的背光電源、主處理器的核及I/O、DDR存儲器以及用于調諧器和視頻/模擬信號鏈的電源。圖4所示為數字電視的基本電源分配流程。

圖4：典型的數字電視電源需求 

    在這個節能的時代，政府持續地制定新的政策并收緊現有的計劃，以覆蓋消費電子產品的待機功耗和效率問題。目前，管理電視的所有計劃都是自愿的，但是，強制要求的前景迫在眉睫。例如，為了接受能源之星認證，數字電視在待機模式下不能消耗超過3瓦的功率。利用功率因素校正（PFC）和綠色模式回掃轉換器可以在待機模式中保持功耗最小，市場中已經出現了若干新的解決方案。在輕載情況下，具有突發模式操作的電源轉換器為待機期間的PFC控制器提供一個關閉偏置電源的信號，因而是這種應用的理想選擇。跟整個系統的性能相比，關于利用分布式電源總線或本地負載點電源的決策同等重要。

本文小結

    不論高清電視是否繼續沿著我們以前所看到的路線發展，或者跳躍到一條新的發展路線—在此的新解決方案要求你把三維全息圖像投影到房間的中間，為了最優化整個數字電視的成本和性能，當針對數字電視中的任何模塊作出設計決策時，要從整個系統的要求出發來考慮。較低端的電源方案會把噪聲留在信號路徑中，然后，由模擬前端（AFE）來補償。同樣地，附加在高分辨率顯示器上的性能較弱的AFE就不能完全發揮所選擇的顯示技術的優勢。為了最大限度地提高當你坐在數字電視面前時的體驗效果，系統中每一個模塊的互操作性絕對是關鍵所在。