HDMI收發(fā)器簡化家庭影院系統(tǒng)的設計

作者：Ian Beavers、Joe Triggs和Lie Dou

現(xiàn)在，大屏幕HDTV（高清電視）已經(jīng)獲得廣泛接受，許多消費者正在擴大他們的電子產(chǎn)品收藏，以包括完整家庭影院系統(tǒng)的組件。盒裝家庭影院 （HTiB）、條形音箱和音頻/視頻接收器 （AVR） 通過卓越的音頻增強用戶體驗，同時補充 HDTV 視頻性能。提取和處理高保真音頻信號的能力是當今市場上硬件選擇的關鍵差異化因素。家庭影院系統(tǒng)現(xiàn)在可以提供高清多媒體接口（HDMI）的所有最新功能，無縫集成到設備中。?

改善家庭影院體驗的努力給 HTiB、條形音箱和 AVR 的系統(tǒng)設計人員帶來了一些實施挑戰(zhàn)。最新版本的HDMI標準包括新的可選功能，例如音頻回傳通道（ARC），3D顯示格式以及對消費電子控制（CEC）協(xié)議的增強。當然，消費者希望他們的新家庭影院設備能夠以更低的成本和更用戶友好的控制包含所有這些新的HDMI功能。因此，家庭影院設備的設計人員必須適應新標準，同時降低物料清單 （BOM） 成本、開發(fā)成本和上市時間。為了幫助設計人員應對這些挑戰(zhàn)，ADI公司開發(fā)了集成這些新功能的HDMI收發(fā)器產(chǎn)品。

HDMI收發(fā)器的一個例子是ADV7623，它集成了4：1 HDMI輸入多路復用器（mux）、HDMI接收器、屏幕顯示（OSD）引擎和HDMI發(fā)射器。單獨而言，這些功能需要分立IC，每個IC都有自己獨特的固件，但收發(fā)器可以將所有這些功能組合在一個全面的解決方案中，從而減少家庭影院系統(tǒng)設計人員的電路板面積、固件復雜性和BOM成本。

圖1.HDMI 收發(fā)器的功能框圖。

盒裝家庭影院

HTiB 是完整的視頻播放系統(tǒng)。它們通常包括一個多聲道音頻放大器和一個用于播放音頻的環(huán)繞聲揚聲器系統(tǒng)。此外，它們通常包括DVD或藍光?視頻播放器。HTiB 簡化了視頻播放器、放大器和揚聲器之間的安裝和電源匹配。HTiB 主要處理音頻;視頻通過HDMI接口傳遞到電視。圖 2 描述了一個典型的 HTiB 系統(tǒng)。

圖2.典型 HTiB 系統(tǒng)的框圖。

條形音箱

隨著薄型大屏幕平板電視的日益普及，條形音箱正在成為補充視聽系統(tǒng)。這些是緊湊、易于設置的揚聲器系統(tǒng)，可提供比電視揚聲器更好的音質(zhì)。由于大多數(shù)HTiB和條形音箱都與大屏幕高清電視一起使用，因此其音頻和視頻連接器主要使用HDMI。典型的條形音箱將具有多個HDMI輸入來處理各種源，用于連接電視的單個HDMI輸出，內(nèi)置音頻處理和揚聲器。圖3所示為典型的條形音箱系統(tǒng)。

圖3.帶有HDMI集線器的典型條形音箱的框圖。

先進的條形音箱包括多個揚聲器和放大器，具有環(huán)繞聲解碼功能。它們的電子和聲學設計功能可以產(chǎn)生環(huán)繞聲效果，而無需在房間后面放置單獨的揚聲器。中高端條形音箱系統(tǒng)通常包含DVD或藍光播放器，導致系統(tǒng)架構類似于HTiB。

音頻回傳通道 （?。?/p>

HDMI 規(guī)范中的一項新功能提供了音頻返回通道 （ARC），以允許 HTiB 處理來自下游設備的音頻。為了在沒有ARC的情況下收聽電視音頻，需要一根獨立的電纜（光纖S / PDIF或同軸）將音頻從電視或調(diào)諧器發(fā)送回HTiB。使用 ARC，HDMI 電纜可以將電視上的 2 聲道 S/PDIF 或多聲道音頻返回到 HTiB，而無需額外的音頻線。HDMI 收發(fā)器在 HDMI 輸出端口上提供 ARC 接收器。

在電視、機頂盒或其他下游 HDMI 接收器設備使用調(diào)諧器接收新媒體內(nèi)容的情況下，ARC 增加了重要的價值。用戶無需通過功率較小的內(nèi)置電視揚聲器收聽音頻，而是可以輕松使用更高保真度的HTiB系統(tǒng)輸出。返回的音頻數(shù)據(jù)通過HDMI電纜從電視傳輸?shù)紿TiB（與傳統(tǒng)視頻數(shù)據(jù)路徑相反），而不考慮輸出到HTiB的視頻是否在電纜上處于活動狀態(tài)。

擴展顯示標識數(shù)據(jù) （EDID） 復制

HDMI 收發(fā)器提供 EDID 復制功能，即使在 HTiB 處于省電模式時，也能跨多個 HDMI 端口再現(xiàn)單個位置存儲器。這樣可以縮短系統(tǒng)啟動時間，因為所有上游HDMI源設備都可以在HTiB上電之前正確配置其視頻輸出。EDID復制所需的唯一電源由通過HDMI電纜從源提供的+5 V/55 mA提供。

3D 視頻

作為游戲機、藍光播放器和支持 3D 的電視等 3D 內(nèi)容提供源之間的橋梁，HTiB 制造商必須保持技術領先地位，使客戶能夠長期受益于其源和接收器設備提供的所有功能。采用最新版本HDMI技術的HDMI收發(fā)器支持3D視頻的實施，作為家庭影院體驗的一部分。HDMI標準的這一新功能顯著增強了用戶體驗;這些功能對于激發(fā)電視銷售至關重要。

該規(guī)范定義了通過一系列強制性和可選視頻格式在家中傳輸 3D 視頻的基礎設施。在實際應用中，HTiB 必須向連接的源提供支持的 3D 格式列表 - 從連接的電視檢索并根據(jù)其自己的支持的 3D 格式列表進行分析。然后，連接的信號源通過 HDMI 協(xié)議命令向 HTiB 指示發(fā)送 3D 內(nèi)容的時間。然后，HTiB 可以提取和輸出通過 HDMI 鏈路發(fā)送的高級音頻格式，例如杜比 TrueHD 或 DTS-HD 主音頻，但電視可能不支持。??

屏幕顯示 （OSD）

HTiB 具有許多用戶可訪問的控件，例如在多個輸入之間進行選擇、選擇所需的音頻和視頻格式以及配置高級音頻處理選項。為了以用戶友好的方式控制這些復雜功能，采用了屏幕顯示（OSD）。OSD 通常通過專用設備實現(xiàn)，但現(xiàn)在 HDMI 收發(fā)器提供集成的 OSD 引擎，可將所需的屏幕顯示材料混合到輸出視頻上，與外部解決方案相比，HTiB 制造商可節(jié)省大量成本。可以節(jié)省組件成本和物料清單，并減少將OSD軟件集成到系統(tǒng)固件中的設計工作。

消費電子控制 （CEC） 擴展

消費電子控制 （CEC） 通道是一種單線通信接口，可促進家庭娛樂系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。一個例子是單個遙控按鈕，它同時打開和關閉娛樂系統(tǒng)的所有組件。隨著HDMI標準擴展到支持ARC和HDMI以太網(wǎng)通道（HEC）等新的可選功能，HDMI收發(fā)器中的CEC命令庫也已擴展以支持它們。對于 HTiB 設計人員來說，支持最新的 HDMI 功能需要他們也支持最新的 CEC 功能。HDMI收發(fā)器現(xiàn)在通過單線網(wǎng)絡處理ARC和HEC會話的發(fā)現(xiàn)、協(xié)商、啟動和終止。

音頻插入和提取

HTiB 中 HDMI 收發(fā)器的另一個用途是提取 HDMI 音頻，以便使用數(shù)字信號處理 （DSP） 芯片進行處理。然后可以將音頻重新插入到電視的HDMI流中。由于許多電視無法處理多聲道音頻格式，DSP 芯片可以將音頻下采樣為立體聲，然后將音頻重新插入電視的 HDMI 鏈路中。

或者，輸入的音頻可以完全替換為來自另一個HTiB源的新流，并嵌入到電視的HDMI信號中。在這種情況下，將僅使用音頻插入功能。此應用程序的一個例子可能是將iPod連接到HTiB，并將音頻與獨立的視頻流混合。?

在家庭影院配置中，HTiB 系統(tǒng)在接受 HDMI 輸入并將其作為輸出發(fā)送時，可以充當 HDMI 中繼器。例如，藍光播放器可以作為HTiB系統(tǒng)的輸入源。為了利用HTiB與連接電視相比的卓越音質(zhì)，必須從HTiB內(nèi)的HDMI信號中提取音頻。在最好的情況下，發(fā)燒友會想要一個完整的 8 聲道 I2S 音頻信號從 HTiB 輸出，但 2 通道 I2S 或 S/PDIF 也可從 HDMI 鏈路獲得。視頻繼續(xù)到電視或顯示器以完成系統(tǒng)路徑。只有 HDMI/HDCP（高帶寬數(shù)字內(nèi)容保護）中繼器或收發(fā)器類型的設備才能處理此音頻提取。

固件/中繼器支持

HTiB和條形音箱設計的最大挑戰(zhàn)之一是實現(xiàn)HDCP中繼器功能。HTiB 中實現(xiàn)的中繼器功能是內(nèi)容保護、EDID 管理以及視頻和音頻靜音的復雜組合。HDMI收發(fā)器將整個中繼器過程集成到單個設備和固件中，從而降低了系統(tǒng)開發(fā)的復雜性。

隨著視頻和音頻處理設備復雜性的增加，合格的硬件抽象軟件庫和應用程序編程接口 （API） 的可用性成為設計人員的主要優(yōu)勢 - 縮短上市時間，并使從結構良好的 HDMI 和 HDCP 兼容平臺開始成為可能。通過最初采用芯片供應商的共享代碼庫，可以進一步節(jié)省成本：在中高端HTiB中使用同一供應商的分立接收器和發(fā)射器時，在中低端HTiB中集成收發(fā)器代碼的回報可以從升級可能性中獲得。

2層電路板設計，節(jié)省成本

新型HDMI收發(fā)器通過使用四方扁平封裝（QFP）封裝提供高效的電路板布局和布線方案。與更復雜的球柵陣列 （BGA） 封裝相比，扁平的 LQFP 封裝降低了制造成本和復雜性，并簡化了制造后的檢測。LQFP簡化了布局挑戰(zhàn)，使封裝實際上可以布置在2層板上，實現(xiàn)了更低的成本，同時仍能實現(xiàn)所有必需的HDMI物理層一致性測試阻抗測量。

2層板的設計挑戰(zhàn)包括管理到收發(fā)器的電源路由，并提供最佳的熱傳導，以及路由過渡最小化差分信號（TMDS）差分對輸入和輸出所需的走線阻抗。然而，通過使用表面貼裝分立器件，采用良好的布局原理，并與印刷電路板（PCB）和硅供應商密切合作，可以實現(xiàn)不犧牲性能的成功布局。

結論

HDMI收發(fā)器為系統(tǒng)設計人員提供了成本更低、復雜性更低的家庭影院系統(tǒng)，具有最新的HDMI功能，消費者希望支持他們的視聽體驗。使用這些收發(fā)器，現(xiàn)在可以實現(xiàn)ARC和3D視頻等HDMI功能。HDMI信號路徑中集成的屏幕顯示引擎降低了HTiB和條形音箱設計的成本和復雜性。在HDMI流中提取、處理和插入音頻的能力增強了消費類系統(tǒng)設計中的家庭影院體驗。HTiB和條形音箱系統(tǒng)可以用作HDMI中繼器，新的收發(fā)器設計和固件使實現(xiàn)無縫?？梢栽?2 層板上路由 HDMI 收發(fā)器，以降低 BOM 成本。

圖4所示為使用ADI公司ADV7623的典型HDMI收發(fā)器系統(tǒng)。它集成了一個四輸入HDMI接收器（Rx）和一個HDMI發(fā)射器（Tx）和音頻提取功能。 HDMI信號解碼后，音頻內(nèi)容由SHARC音頻DSP提取和處理。然后，處理后的音頻可以發(fā)送到放大器和揚聲器，或者可以重新插入HDMI信號路徑。這種特殊的收發(fā)器還集成了OSD，使其可用于條形音箱系統(tǒng)設計，因為它可以節(jié)省使用分立OSD引擎的成本。ADV7623提供EDID復制、HDCP中繼器支持和ARC，并支持強制性3D視頻格式。ADV7623現(xiàn)已上市，采用144引腳LQFP封裝，便于2層PCB設計。

圖4.采用ADV7623 HDMI收發(fā)器的HTiB系統(tǒng)。

HDMI 收發(fā)器在單個芯片中集成了多輸入 HDMI 接收器和 HDMI 發(fā)射器，具有靈活的音頻提取和插入功能。將 HDMI 收發(fā)器用于 HDMI A/V 中繼器設計（包括 AVR、HTiB 和條形音箱）將：

降低系統(tǒng)物料清單成本 — 組件更少，PCB 面積更小，PCB 層數(shù)更少。

大大減少了硬件和HDMI中繼器系統(tǒng)軟件的設計工作量，從而大大縮短了上市時間。

這些優(yōu)勢使HDMI收發(fā)器成為經(jīng)濟高效的高性能家庭音頻/視頻系統(tǒng)設計的絕佳選擇。

審核編輯：郭婷