視頻輸出發(fā)展的展望 - 全文

　　自從電視發(fā)明以來，視頻一直是電子行業(yè)中最具活力的領(lǐng)域之一。繼黑白電視面世之后， 彩色電視、UHF頻道、遙控電視、有線電視、越來越高清晰度電視、平板電視、大屏幕電視、數(shù)字有線電視、衛(wèi)星電視，乃至當今的手持式（移動） 視頻播放，一波又一波的技術(shù)發(fā)展浪潮不斷涌現(xiàn)。這些浪潮背后的技術(shù)包括眾多方面，比如先進的視頻壓縮，等離子體、液晶、DLP和最新的有機發(fā)光二極管 （OLED）等創(chuàng)新性顯示技術(shù)，從模擬向數(shù)字傳輸?shù)霓D(zhuǎn)換，移動調(diào)諧器，家庭視頻聯(lián)網(wǎng)，IPTV機頂盒，以及即將到來的TV/互聯(lián)網(wǎng)融合以及3D顯示等。在 各種視頻產(chǎn)品和系統(tǒng)中，元器件供應商，尤其是IC供應商，有其特定的專業(yè)領(lǐng)域。因此，在分析視頻的發(fā)展趨勢時，必須考慮到觀察者觀點的角度和細節(jié)。譬如， 象飛兆半導體這樣已涉足視頻輸出技術(shù)的集成電路（IC）供應商，就是從視頻輸出的角度出發(fā)來把握市場和技術(shù)動態(tài)。因此，我們這里從視頻輸出方面來考慮視頻 的發(fā)展趨勢，以清楚解釋視頻輸出中潛在的市場和技術(shù)趨勢。

　　美國電視劇“星際迷航（Star Trek）”從黑白電視時代就開始盛行，而且正如視頻市場本身一樣，這個節(jié)目也在眾多技術(shù)浪潮中不斷變化。這里之所以提到“星際迷航”是因為該節(jié)目讓“最 高指導原則 （Prime Directive）”這個詞流行開來，在討論視頻發(fā)展史時，這是非常有用的。為了全面了解視頻的發(fā)展規(guī)律，需要指出的是，最高指導原則始終如一地確保了 所有新技術(shù)都后向兼容一切舊代技術(shù)。驚人的人力資本（intellectual capital）和智力投入一直在推動視頻技術(shù)的進步，同時使其后向兼容。例如，為了能夠顯示在上一代黑白顯示屏上，彩色電視信號已經(jīng)變得非常復雜和精 巧。自此，后向兼容這一最高指導原則的沉重負擔也一直是視頻技術(shù)及其市場發(fā)展的挑戰(zhàn)。

　　圖1：彩電視頻信號（顯示彩色條紋圖案）。

　　如果從輸出端，也就是從背板（back-panel）來看視頻發(fā)展歷史，其演化過程幾乎就像考古學家考證一件出土文物的結(jié)果。一個普通機頂盒（STB） 的背板里集成了新舊技術(shù)以及二者之間的幾乎所有東西。例如，它可能包含RF同軸接頭、S-視頻、標清（SD） 復合視頻（CVBS）、 高清（HD） 分量視頻 （Y、Pb、Pr）、HDMI、音頻左右聲道（audio R/L）、以太網(wǎng)、USB、eSATA、數(shù)字音頻（光傳輸）、IEEE 1394等等。這些端子中，每一個都代表著一段長久的技術(shù)發(fā)展以及適應特定視頻產(chǎn)品的歷史。以太網(wǎng)、1394、USB和eSATA等聯(lián)網(wǎng)與存儲技術(shù)，每一 個都有自己的傳奇故事，不過本文里我們主要關(guān)注模擬電視背板連接的傳統(tǒng)設(shè)備：復合視頻、分量視頻以及目前已成熟的HDMI。

　　在一個越來越數(shù)字化的世界里，設(shè)想一下模擬輸出的未來前景是十分有趣的。視頻設(shè)備不僅變得數(shù)字化，還同時向更小和更大兩個不同的方向發(fā)展。一邊是小巧的手 持式視頻設(shè)備，另一邊是大屏幕視頻。這種發(fā)展狀況需要更高清晰度，以及將更高清晰度視頻存儲在小型手持式設(shè)備中的技術(shù)，也需要小型手持式設(shè)備將視頻信號輸 出，以便在更大的屏幕上顯示。人們期望把電影及其它內(nèi)容從一處攜帶到其它地方，這種需求推動手持式設(shè)備的視頻存儲發(fā)展，頗有幾分網(wǎng)絡(luò)普及之前運用在電腦產(chǎn) 業(yè)中的“sneaker net”概念卷土重來的味道。

　　圖2：視頻設(shè)備同時向更大和更小兩個方向發(fā)展。

　　1080p所能提供的驚人的高品質(zhì)分辨率推動HDMI端子幾乎運用在每一種視頻設(shè)備上。HDMI的價值在于，它可以實現(xiàn)設(shè)備間最高質(zhì)量視頻信號的傳輸，同 時內(nèi)置版權(quán)保護功能，免去了好萊塢人士對數(shù)字高清內(nèi)容發(fā)行的后顧之憂。雖然也許有人把HDMI視為視頻互連的終極，但最高指導原則規(guī)定，它必須兼容舊代模 擬接頭。不過，這項原則已出現(xiàn)某些漏洞。為了節(jié)省成本，一些DVD和機頂盒（STB）設(shè)備制造商，尤其是某些中國廠商，已開始去掉S-視頻端子，因為這種 接頭實際上已被淘汰，因為它處于復合視頻和分量視頻之間的“無人地帶”。S-視頻多腳接頭比復合視頻簡單的RCA 插頭更昂貴，但S-視頻端子卻無論如何都不能都提供分量視頻的性能。

　　圖3：典型的視頻輸出連接方案。

　　最近，最高指導原則再一次被打破：微軟推出只帶復合視頻和HDMI端子，完全規(guī)避S-視頻和分量視頻端子的Zune? HD視頻手持式設(shè)備。相比之下，蘋果公司則更對最高指導原則更加遵循，其iPod?、Touch?和iPhone?都支持分量視頻，以獲得更高分辨率的視 頻輸出。因此，手持式設(shè)備中，HDMI是否可以完全取代分量視頻端口尚是一個未知數(shù)，當然，也不應該完全淘汰掉。當今市場上，仍然有大量帶分量視頻但無 HDMI端子，或者有HDMI端子但是已經(jīng)被其它東西所占用的舊有顯示器，這些會繼續(xù)支持手持式設(shè)備中分量視頻。不過，無論從哪一個角度看， S-視頻都將被淘汰“出局”。

　　盡管最高指導原則時有搖擺，模擬輸出無疑仍將存在一段時間。視頻設(shè)備上的模擬信號需要經(jīng)過濾波，因為機頂盒和DVD播放器都是在其中心進行數(shù)字化采樣。因此，采樣是必不可少的部分，而采樣帶來混疊（aliasing）等問題。

　　當視頻頻帶范圍之外的高頻信號（例如外部無線發(fā)射信號或本地時鐘信號）通過模數(shù)轉(zhuǎn)換過程混疊回視頻頻段時，就會產(chǎn)生混疊現(xiàn)象。視頻濾波可用來消除混疊產(chǎn)生 的失真，或消除ADC重建（reconstruction）過程中在較高頻率上被復制的信號產(chǎn)生的噪聲。這些有害信號可能會作為時鐘摩爾效應（clock moiré）、圖像邊帶擺動（image sideband wiggle）和干擾頻帶出現(xiàn)。

　　圖4：

　　視頻濾波器通常是低通有源濾波器，主要包含運算放大器、電容、電阻和電感等組件。消費類視頻濾波器往往選用5階巴特沃斯（Butterworth ）濾波器，因為這種濾波器具有低相位誤差、高穩(wěn)定性、零部件數(shù)目較少和高濾波效率等特性。

　　圖5：視頻重建濾波器―驅(qū)動器實例（標準清晰度）。

　　集成式視頻濾波器十分具有吸引力，因為它們可以取代好幾個分立式濾波組件，通常每信道需要6個左右分立式組件（不包括分立式ESD保護二極管）。鑒于可靠 性更高，規(guī)格更有保障，集成式有源濾波器一般具有比分立式有源/無源濾波器更穩(wěn)定的濾波特性。集成式濾波器還是解決視頻設(shè)計中其它固有問題（比如靜電放電 ESD） 的一種在成本和電路板空間方面效益很高的方法。所有電子系統(tǒng)都需要ESD保護，移動手持式產(chǎn)品更加如此。這對于某些人非常淺顯易見，因為走在地毯上或者觸 摸電燈開關(guān)的人們有時會感受到電擊。移動設(shè)備由于隨身攜帶，故更易受ESD影響。此外，集成式視頻濾波器的尺寸更小，這不僅得益于功能的集成化，還緣于采 用了極小的封裝，比如飛兆半導體的MicroPak? MLP和晶圓級芯片尺寸封裝技術(shù)（WLSCP），這種小尺寸使它們非常適合于移動視頻平臺。例如，飛兆半導體視頻濾波器可提供有1-6信道的配置，分辨率 從標準清晰度（SD）一直到延伸到1080p-高清（HD）。

　　圖6：采用小型封裝的1和3通道視頻濾波器，尺寸小至足以穿過鹽瓶蓋上的小篩眼。

　　即使在從全模擬向數(shù)字迅速轉(zhuǎn)換的環(huán)境下，這項有關(guān)視頻的最高指導原則依然有效，故視頻設(shè)備市場仍必須支持模擬輸出。信道的數(shù)目以及這些通道的分辨率將不斷 變化，IC供應商將繼續(xù)推出大量的視頻濾波器來滿足這些需求。此外，隨著節(jié)能成為全球日益關(guān)注的焦點，新的濾波器將帶有掉電模式，以支持能源之星標準的要 求。新濾波器也將帶有3V電源，以便順應系統(tǒng)轉(zhuǎn)向更低電源電壓，實現(xiàn)進一步節(jié)能。