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，一波又一波的技術發(fā)展浪潮不斷涌現(xiàn)。這些浪潮背后的技術包括眾多方面，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，從模擬向數(shù)字傳輸?shù)霓D換，移動調諧器，家庭視頻聯(lián)網，IPTV機頂盒，以及即將到來的TV/互聯(lián)網融合以及3D顯示等。在 各種視頻產品和系統(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 所有新技術都后向兼容一切舊代技術。驚人的人力資本（intellectual capital）和智力投入一直在推動視頻技術的進步，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果。一個普通機頂盒（STB） 的背板里集成了新舊技術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、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發(fā)展以及適應特定視頻產品的歷史。以太網、1394、USB和eSATA等聯(lián)網與存儲技術，每一 個都有自己的傳奇故事，不過本文里我們主要關注模擬電視背板連接的傳統(tǒng)設備：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，設想一下模擬輸出的未來前景是十分有趣的。視頻設備不僅變得數(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備中的技術，也需要小型手持式設備將視頻信號輸 出，以便在更大的屏幕上顯示。人們期望把電影及其它內容從一處攜帶到其它地方，這種需求推動手持式設備的視頻存儲發(fā)展，頗有幾分網絡普及之前運用在電腦產 業(yè)中的“sneaker net”概念卷土重來的味道。

　　圖2：視頻設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分辨率推動HDMI端子幾乎運用在每一種視頻設備上。HDMI的價值在于，它可以實現(xiàn)設備間最高質量視頻信號的傳輸，同 時內置版權保護功能，免去了好萊塢人士對數(shù)字高清內容發(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。視頻設備上的模擬信號需要經過濾波，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)轉換過程混疊回視頻頻段時，就會產生混疊現(xiàn)象。視頻濾波可用來消除混疊產生 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 摸電燈開關的人們有時會感受到電擊。移動設備由于隨身攜帶，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（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)字迅速轉換的環(huán)境下，這項有關視頻的最高指導原則依然有效，故視頻設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)轉向更低電源電壓，實現(xiàn)進一步節(jié)能。