發布日期：2022-07-14 點擊率：43
音頻的“音景”也在迅速改變。雖然目前的家庭影院系統只提供高保真度的杜比數碼環繞5.1聲道音效,但是未來系統將能支持7.1聲道的音頻。高清音頻首次能夠把演播室主持人的聲音“一位不差”地傳輸到用戶的音頻設備里。音頻和視頻處理技術的這種革新會極大地耗用用于把家庭娛樂系統各個部分連接起來的多媒體接口的性能,無論這些接口是集中在一個機柜內,還是分布在住宅各處。這就促成了新標準的出現,這些標準旨在改進接口和電纜質量,以確保高清聲音和圖像能夠同步,并使用戶能更方便地配置高清系統。
能進一步增強性能的技術已經嶄露頭角。下文將分析ATV(先進電視)在視頻、音頻和互聯設計方面的發展趨勢,研究其發展給用戶娛樂體驗所帶來的影響,并探討ADI的解決方案如何應對下一代ATV設計挑戰。
信號處理能力決定ATV體驗
具諷刺意味的是,所謂的“數字電視”革命一旦離開了同步進行的模擬信號處理,革命就不可能進行。現有的高清電視的定義是指它們能夠清晰傳送引人入勝的數字圖像和聲音,而多媒體用戶一直所期待的體驗品質則直接取決于模擬信號的捕獲、數字化處理和回放等操作的好壞。換句話說,能否提供具有家庭影院效果的娛樂內容,很大程度上取決于系統設計人員應對模擬和混合信號方面眾多嚴峻挑戰的能力。
模擬技術定義數字電視
通過自己的Advantiv先進電視解決方案組合,ADI公司向業界提供了范圍最廣泛的高性能IC系列,以解決數字電視和家庭娛樂系統所面對的模擬和數字視頻處理、音頻處理以及互連性方面的挑戰。
視頻處理
在過去幾年里,電視視頻質量的進步和對視頻帶寬的需求增長相當驚人。480i 模擬系統僅僅需要6 MHz的帶寬,而現在1080p兼容系統可傳輸1920H x 1080V圖像,其所需數據速率達到了(百萬像素/秒)。這能帶來更逼真的圖像；與隔行掃描相比,逐行掃描需要數據速率加倍,但這使圖像動作平滑得多,偽影大大減少。
ATV主要設計挑戰。
色深方面也同樣取得了很大的進展。目前大多數高清電視都具有8位色彩(即構成像素的三種顏色分別都有219個亮度色級)。新“高彩(deep color)”視頻標準的出現把分辨率增加到了每種顏色3504色級(使用12位色彩)。而更新的被稱為“xvYCC”的色彩空間,則可將之提高到每種顏色全4096色級,從而可為用戶提供空前逼真的圖像。當然,這也會使得住宅各處傳送的數據量增加18倍以上。AVT設計人員必須解決的問題是,怎樣以一般用戶能夠負擔的價格提供這些鮮活的高品質圖像。
為了應對數據速率的飛速增長,ATV行業必須運用視頻壓縮技術。盡管可用的視頻壓縮編解碼器(CODEC)種類越來越多,但是它們一般都基于離散余弦變換(DCT),利用幀間運動估值實現更高的壓縮。這些編解碼器件(比如MPEG-2, MPEG-4, , AVC等等)是非常有效的,但是它們在壓縮方面的計算工作量極為龐大。效率的獲得并非毫無代價。不過這個代價對電視節目和電影的無線傳送、衛星、有線或DVD節目的傳送而言還是值得的,在這些環節中可用帶寬受到嚴格限制,而應用是“一次壓縮,多次解壓”。
然而,未來家庭娛樂系統的環境與上述環境不同。屆時利用現代射頻、同軸電纜、網絡和電力線傳輸,可獲得大得多的帶寬；一般傳輸的是超過100Mbps的信號。同時,有許多應用需要對住宅中的高清信號源進行實時、低成本的壓縮。基于DCT的幀間壓縮對并不適用于這一任務。
ADI公司一直是基于小波技術的全新壓縮算法的先驅者。ADI公司于1993年開始這項工作；該方案在這個十年底由JPEG委員會制定為規范并命名為JPEG2000。現在,國際公認的JPEG2000技術在分層和多步組合中運用了二維濾波和二次抽樣。這帶來諸多優勢,包括:無需后期解壓處理的圖像可分級性能力,對傳輸誤差的魯棒性和抗擾性,極低的壓縮和解壓延遲,低成本的壓縮硬件。
1996年ADI推出了其首款基于小波算法的視頻壓縮IC。從那時起,該公司開始使用Wavescale壓縮技術,并成為JPEG2000壓縮元器件的領先開發商,現在ADI為數碼電影倡導聯盟(DCI)里的好萊塢電影制片廠提供數字壓縮技術,力圖在全世界用電子形式發行電影,取消電影膠片的生產和運輸。最近,ADI開始把同樣的數字壓縮技術運用到高清多媒體接口(HDMI)系統上,以期在住宅內實現高清品質的視頻無線傳輸。在不久的將來,通過ADI的Wavescale壓縮技術,用戶無需費錢費力在住宅里每一個房間布設電纜就可以在家中任何地方欣賞到同樣高品質的高清圖像。
ATV設計人員在視頻領域中面臨的第二個挑戰是實現與現今高清系統仍支持的各種類型傳統信號的兼容。例如,許多用戶想重溫老電影,他們可以利用VHS(家用錄像系統)磁帶或在新的高清電視上使用老式DVD影碟機進行播放。但是許多傳統的標清視頻源品質不高,用27寸的標清顯示屏播放時,效果還差強人意,一旦改用50寸的高清電視,就很糟糕了。高性能的模擬信號處理的基礎是高分辨率的數據轉換,而視頻濾波方面的技術進步在如下方面發揮著重要的作用:彌補這些技術之間的差距,讓用戶能夠利用高清電視系統來欣賞來自各種信號源的內容,把干擾偽影減至最少。
為解決這個問題,ADI公司開發出了大量視頻元器件,作為Advantiv解決方案組合的一部分。該公司提供有一個廣泛的視頻編碼器和解碼器IC系列,它們能夠自動完成用于數字顯示器的SDTV、EDTV、 HDTV和PC-RGB信號的數字化和轉換,并且滿足專業和工業應用中關于視頻的傳輸、重新分發、編輯和存儲的各種視頻標準。ADI的視頻編解碼器同時為設計人員提供了高性能和靈活性,支持許多符合國際SDTV和HDTV標準的模擬信號格式。
音頻處理
設計人員在搭建與高清圖像的品質和清晰度相匹配的音頻系統方面,也面臨著多方面的挑戰。現在,通過數字廣播或者連接到DVD播放器、最新一代高清播放器的HDMI,電視的音頻信號源能夠提供高分辨率、高采樣速率的多頻道節目。同時電視很大程度仍然是作為一個立體聲音響設備來使用,它需要進行一些靈活的音頻后期處理,以確保使用兩只揚聲器來產生環繞立體聲效果。環繞立體聲的虛擬處理和傳統立體聲內容的空間化處理(空間擴展)技術,正在越來越多地應用于高清電視系統中,以改善用戶的聽覺體驗。
同時,平板高清電視越來越緊湊的外形給電視設計人員帶來了另外的困難。薄的機箱外形必須使用小而薄的揚聲器,而這種揚聲器很可能無法有效地復現出現代電影音響效果和流行音樂中頻繁使用的低音(貝斯)部分。為了彌補這種缺陷,需要進行額外的音頻處理來動態增強低頻音效。傳統的線性放大器不能應用在現代的平板電視上,這是因為它們需要巨大的散熱器。平板電視需要那種對散熱要求不高或無需散熱的、效率更高的放大器。對提高效率的需求正好也順應了電視無論在開機還是待機都要保持低功耗這一“綠色環保”發展趨勢。
ADI公司的電視音頻處理器(TV audio processors)能夠通過軟件進行優化,以用于不同的揚聲器和外殼組合。這些處理器廣泛支持各種音效增強算法,包括那些來自于著名的第三方供應商的算法,從而使電視音響系統適用于現有的多頻道高分辨率音頻信號源。因為緊湊的外形空間限制了平板高清電視,故ADI的音頻線路使用D類放大器,這類放大器在工作時只需小尺寸散熱器或無需散熱器。
互連性/兼容性
為了規避傳統的模擬A/V連接器的性能限制,許多領先的電子制造商在2002年聯合起來,推出了全新的、被稱為HDMI的數字互連。由于取消了壓縮和模數轉換,HDMI允許音頻和視頻信號在從輸出設備到顯示設備時保持數字形式,在處理過程中保存源信號的原始品質。而且,新的互連標準在傳輸高清視頻、多頻道音頻、智能格式和命令數據時,用單根電纜替代八根音頻和五根視頻電纜,因此大大降低了布線方面的復雜性。
最新版本的接口標準HDMI 1.3,進一步增強了這方面的性能。它能夠表現更多的灰度級,支持更高的對比度,并可通過消除由顏色級差引起的屏幕條來保證色調的細膩過渡,因此可以讓設計人員搭建出視頻精度水平更高的系統。HDMI 1.3標準使單鏈路帶寬提升到。它還提供了對深色——30 位、36位和48位——以及新的xvYCC色彩空間的支持選項。系統的音效也得到大幅度的改善,而且還支持各種無損壓縮格式,如許多高清DVD和藍光光盤上采用的 Dolby TrueHD和DTS-HD。
此外,設計人員在使用功能日益強大的接口時仍然必須處理一系列的障礙。產品的兼容性就是一個問題,雖然兼容性測試已開始處理對確定互操作性的需求問題。HDMI的傳輸長度一般被限制在10到20米內,因此對更長距離的電纜傳輸的支持也是一個要解決的問題。由于HDMI能支持大帶寬數字內容保護(HDCP)和消費電子控制(CEC)標準,因此將會在未來家庭影院設備的設計中扮演重要角色。為確保對內容的保護,好萊塢的電影制片廠要求所有新的高清DVD都必須加密,僅供有帶有HDCP功能的DVD播放器和高清電視使用。CEC允許用戶只使用單個遙控器來操控高清電視、DVD影碟機、高清攝像機和其它兼容設備,從而可減少要兼顧多個遙控器和菜單所帶來的雜亂無序。
ADI能夠提供種類繁多的HDMI IC來幫助設計人員解決上述問題。ADI的HDMI 1.3兼容多路復用器、接收器和收發器支持1080p高清電視、數字視頻和數碼相機、便攜媒體播放器和蜂窩手機等應用中新級別圖像質量的傳送。Advantiv生產線使用行業一流的緩存多路復用器來支持在HDMI 1.3標準中定義的1080p高彩技術。這種新的多路復用器還使用了專用均衡技術,使得HDMI 1.3兼容電纜的信號傳輸距離超過20米。最近,ADI公司利用自己的視頻壓縮技術開發出了第一款用于無線連接的HDMI解決方案,在家庭影院設備擺放位置方面給用戶以更大的靈活性。ADI還推出了業界第一款提供片上CEC支持的HDMI發射器,從而使高清電視和家庭影院設備的使用更加簡便。
本文小結
ATV的時代已經來臨。市場分析公司DisplaySearch預測,高清電視市場將在今后五年里增長65%,同時高性能的ATV的價格還會下降。為了刺激增長,ATV的設計人員必須設計出高性能的電視和輔助設備,包括數字視頻錄像機(DVR)、音頻/視頻接收器(AVR)、高清視頻攝像機和機頂盒,以滿足用戶對于在下一代家庭娛樂系統中體驗到鮮活圖像和強勁音效的期待。ADI公司擁有覆蓋面寬泛的ATV產品、解決方案和設計支持能力組合,正在為那些面向ATV市場優化下一代設備的設計人員們提供所需的構建模塊和系統方面的專業支持。
ADI公司供稿
