中心議題：

• 高清的技術趨勢與設計挑戰
• 液晶高清數字電視結構原理

解決方案：

• 數字一體化調諧器
• 使用單芯片設計

數字電視日益成為消費電子領域，乃至整個電子領域發展的驅動力,平ping板ban技ji術shu的de成cheng熟shu又you為wei數shu字zi電dian視shi的de發fa展zhan增zeng添tian了le雙shuang翼yi。平ping板ban化hua和he數shu字zi化hua，是shi推tui動dong當dang今jin電dian視shi發fa展zhan的de兩liang大da引yin擎qing，數shu字zi電dian視shi正zheng逐zhu漸jian成cheng為wei真zhen正zheng的de家jia庭ting多duo媒mei體ti娛yu樂le中zhong心xin。

數字電視是指全數字化接收(標清/高清)
、解調
、數字信號處理及顯示的電視接收機。目前數字電視技術標準包括以美國為代表的ATSC(8VSB)、以歐洲為代表的DVB-T、日本的ISBD-T、中國的DMB-T或ADTB-T(待定)
、有線網絡數字電視DVB-C以及衛星數字電視DVB-S。

平板電視是指使用平板顯示屏作為電視圖像顯示的電視接收機。顯示屏按技術特點可分為：液晶(LCD)、等離子(PDP)

、數字光源處理(DLP)以及矽基液晶(LCOS)背投。其中LCD顯示屏發展最快，也是市場占有率最高的平板顯示屏。液晶高清數字電視已成為電視技術發展的熱點應用。

隨著近幾年液晶技術的發展以及第七代液晶屏生產線的投入使用

，液晶屏已突破了視角、響應速度、對比層次、色彩鮮豔度及大屏幕價格的發展瓶頸
，加之獨有的高分辨率
、低功耗、長壽命的特點

，液晶電視以其完美的圖像質量和可接受的價格成為目前發展最快的電視種類。美國聯邦通信委員會(FCC)2005年6月9日發文，決定提前實施在電視機中強製配備數字電視調諧器的“鮑威爾計劃(PowellPlan)”，將25英寸~36英寸電視機全部內置DTV調諧器的要求提前到2006年3月1日。FCC的這一決定進一步加快了全球數字電視的發展步伐。


　　　　　　　　　　  圖1：液晶高清數字電視係統構成圖

技術趨勢與設計挑戰
在電視技術平板化和數字化的大趨勢下，液晶高清數字電視技術正朝著高集成度、高性能
、多功能的方向發展。在係統單芯片集成方麵
，主CPU、傳輸碼流(TS)解複用
、MPEG解碼、模擬彩色解調、視頻信號處理、圖像顯示處理等功能可集成進一塊芯片中，甚至能將數字電視信號解調解碼、模擬電視信號解調、HDMI接收、模擬分量視頻信號(YPrPb)/RGB接收、音頻信號解碼也一並集成進單芯片，而芯片工藝可達到90納米，甚至65納米技術水平。

高性能主要表現為更快的信號處理速度、更先進的圖像伴音處理技術、更高清晰度顯示(1080P)。除了基本數字電視功能以外，液晶高清數字電視還將集成進更多的功能接口，諸如USB
、SMARTCard、1394/iLINK、硬盤、網絡接口以及H.264/VC1解碼功能

，眾多功能使其成為真正的未來家庭多媒體娛樂中心。


　　　　             圖2：液晶高清數字電視接收嵌入式(Add-on)解決方案

與傳統的模擬CRT電視相比
，液晶高清數字電視在係統集成度
、信號處理的複雜程度以及多功能方麵都高出很多，這也使得液晶高清數字電視的設計難度更高
，挑戰更多。在芯片設計方麵，高性能的CPU內核，高集成度、高性能的信號處理規劃設計
，以及高端的芯片工藝技術(90納米，65納米技術)是設計人員麵臨的主要問題。而在整機係統設計方麵

，硬件設計將麵對多路低電壓(可低至1V)大電流電源係統的設計
，高速(可達250MHz)電路板設計，以及整個係統規劃設計等挑戰。

此(ci)外(wai)
，日(ri)益(yi)複(fu)雜(za)的(de)軟(ruan)件(jian)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)也(ye)成(cheng)為(wei)最(zui)大(da)的(de)挑(tiao)戰(zhan)。分(fen)層(ceng)式(shi)功(gong)能(neng)模(mo)塊(kuai)化(hua)設(she)計(ji)方(fang)法(fa)以(yi)及(ji)高(gao)級(ji)軟(ruan)件(jian)開(kai)發(fa)工(gong)具(ju)的(de)應(ying)用(yong)
，加(jia)快(kuai)了(le)軟(ruan)件(jian)開(kai)發(fa)進(jin)度(du)並(bing)提(ti)升(sheng)了(le)軟(ruan)件(jian)質(zhi)量(liang)
，也(ye)提(ti)高(gao)了(le)軟(ruan)件(jian)的(de)靈(ling)活(huo)複(fu)用(yong)性(xing)，使(shi)其(qi)更(geng)便(bian)於(yu)二(er)次(ci)開(kai)發(fa)。在(zai)最(zui)終(zhong)的(de)產(chan)品(pin)化(hua)設(she)計(ji)階(jie)段(duan)，由(you)於(yu)隻(zhi)有(you)最(zui)上(shang)層(ceng)的(de)用(yong)戶(hu)控(kong)製(zhi)界(jie)麵(mian)層(ceng)(UCI)需要依據客戶要求進行簡單地設計更改
，這就加快了軟件開發乃至整機開發的進度，確保滿足日漸嚴酷麵市時間要求。

液晶高清數字電視結構原理
液晶高清數字電視通常由數字電視接收通道
、模擬電視接收通道、音頻信號處理放大通道、視頻信號輸入處理及顯示輸出通道、微控製係統以及電源係統組成。

數字電視接收通道由調諧器接收數字電視信號，將數字中頻信號輸出到數字電視信號解調單元
，解調出數字信號
，經過誤碼修正(FEC)、解密(DES)、解複用(Demux)
、MEPG-2解碼
，一路輸出解壓後的標準的數字視頻分量信號到視頻信號處理及顯示輸出通道，另一路輸出解壓後的數字伴音信號(I2S)到音頻信號處理放大通道。數字電視接收通道決定了數字電視接收的主要性能指標
，諸如接收靈敏度、對應載噪比的誤碼率(BERvs.C/N)、幹擾抑製、回波抑製
、I/Q不平衡等。在設計中，應特別關注其中的ADC、濾波器、放大器、時鍾電路。[page]
模mo擬ni電dian視shi接jie收shou通tong道dao由you調tiao諧xie器qi接jie收shou模mo擬ni電dian視shi信xin號hao
，將jiang模mo擬ni中zhong頻pin信xin號hao輸shu出chu到dao模mo擬ni電dian視shi信xin號hao解jie調tiao單dan元yuan
，一yi路lu解jie調tiao輸shu出chu複fu合he視shi頻pin信xin號hao經jing視shi頻pin解jie調tiao將jiang標biao準zhun的de數shu字zi分fen量liang信xin號hao輸shu出chu到dao視shi頻pin信xin號hao輸shu入ru處chu理li及ji顯xian示shi輸shu出chu通tong道dao

，另ling一yi路lu解jie調tiao輸shu出chu音yin頻pin信xin號hao或huo伴ban音yin第di二er中zhong頻pin信xin號hao到dao音yin頻pin信xin號hao處chu理li放fang大da通tong道dao。PAL/SECAM/NTSC3D亮色分離技術的應用實現了完全的亮色分離。

音頻信號處理放大通道由音頻信號處理及音頻信號放大單元構成
，負責電視伴音解調、I2S數字伴音變換、環繞聲處理
、音頻控製及放大輸出。SRS、杜比環繞、自動音量調整(AVL)、多段均衡、伴音延時、I2S信號(來自HDMI和數字電視伴音)接收等都是液晶數字電視常用的音頻處理技術。

視頻信號輸入處理及顯示輸出通道由YPrPb/VGA輸入、HDMI輸入、視頻信號處理
、圖像顯示處理、LVDS輸出和液晶屏構成，承擔標準分量信號的輸入變換
、圖像處理及質量改善、圖像顯示格式變換控製以及LVDS調製輸出等任務。而圖像噪聲檢測及自動3D圖像降噪技術、帶運動預測和補償的去隔行變換(De-interlacer)技術及圖像質量改善技術(LTI、CTI、對比度加強
、清晰度加強、多維色彩修正
、GAMMA校正)的應用又確保在液晶屏上顯示出完美的圖像。

目前液晶高清數字電視解決方案可分為數字電視接收嵌入式(add-on)解決方案和單芯片解決方案。其中
，嵌入式解決方案是在已有的模擬液晶電視基礎上附加數字電視接收功能，數字電視接收通道經MPEG-2解碼及編碼後輸出分量視頻信號(YPrPb)，再輸入到模擬液晶電視單元

，構成完整的數字高清液晶電視。現在的數字電視接收嵌入式解決方案成熟度高
、開發周期短，但總體成本偏高，係統設計及圖像處理顯示性能不夠優化。

而單芯片解決方案則是以包含MPEG解碼

、複合視頻信號解碼、視頻信號處理


、圖像顯示處理以及微控製單元的單芯片為主構成。這種方案內置3D梳shu狀zhuang濾lv波bo器qi和he圖tu像xiang加jia強qiang等deng高gao性xing能neng處chu理li係xi統tong
，具ju有you集ji成cheng度du高gao，成cheng本ben低di的de優you點dian
，但dan開kai發fa技ji術shu難nan度du大da，開kai發fa周zhou期qi長chang，成cheng熟shu度du有you待dai提ti高gao。不bu過guo，隨sui著zhe集ji成cheng度du

、成熟度的不斷提高，單芯片解決方案將成為未來液晶高清數字電視的主導方案。

ST的液晶高清數字電視解決方案
意法半導體(ST)的液晶高清數字電視解決方案包括數字電視接收嵌入式解決方案及單芯片解決方案。

由圖2所suo示shi的de數shu字zi電dian視shi接jie收shou嵌qian入ru式shi解jie決jue方fang案an框kuang圖tu可ke看kan出chu，數shu字zi一yi體ti化hua調tiao諧xie器qi包bao括kuo數shu字zi射she頻pin頻pin率lv調tiao諧xie和he信xin道dao解jie碼ma兩liang部bu分fen
，從cong接jie收shou到dao的de數shu字zi電dian視shi射she頻pin信xin號hao解jie調tiao輸shu出chu標biao準zhun的deMPEG傳輸碼流信號。未特殊加密的MPEG碼流直接輸入到ST數字電視信號解碼芯片中進行處理；對於特殊加密的MPEG碼流

，首先輸入到CI卡回路進行解密，再將碼流直接輸入ST數字電視信號解碼係統芯片進行處理。經ST數字電視信號解碼係統芯片的MPEG解碼和信號編碼，AD變換輸出模擬YPRPB和立體聲音頻信號，到已有的模擬電視係統顯示數字電視圖像
，從而構成完整的液晶高清數字電視。

以下是ST數字電視信號處理解碼芯片的主要功能及特點：

高性能200MHz32位CPU內核；

• 2路串行或並行碼流輸入，1路雙向碼流接口
  
  ，共計3路碼流接口；
• 可編程傳輸接口(PTI)：適於DVB、ATSC
  
  、OpenCable
  、DIRECTV的傳輸碼流解複用，集成DES及DVB解擾；
• 一路MPEG-2高清解碼；
• 模擬RGB或YPRPB輸出，1080I、720P、480P、480I
  ；
• 模擬PAL/NTSC複合視頻信號(CVBS)和亮色(YC)信號輸出；
• 內置基於位圖字符(OSD)發生器；
• 一路數字音頻解碼，可實現MPEG-1
  、MPEG-2、MP3、AAC和AC3解碼；
• 5.1聲道數字伴音轉換為兩聲道輸出；
• 兩路24位DAC輸出模擬音頻信號，一路S/PDIF數字音頻輸出。
   

                                                   圖3：液晶高清數字電視單芯片解決方案

圖3是液晶高清數字電視單芯片解決方案框圖。ST數字電視單片係統芯片及附帶的FLASH/DDRSDRAM存儲器，外圍的數模一體化調諧器
、模擬開關芯片、HDMI/YPrPb/VGA輸入處理芯片、液晶屏、伴音處理芯片

、音頻放大電路、揚聲器
、CI卡電路
，以及鍵盤/遙控接收


，共同組成液晶高清數字電視接收係統。

這種數字電視單芯片解決方案可方便地實現目前所有數字/模擬標準信號的接收處理(當然，對於地區的不同接收製式標準應選用不同的接收前端)

，以及對HDMI、高清YPrPb和VGA信號的接收處理。在圖像處理顯示方麵
，該方案具有3DNTSC/PAL/SECAM亮色分離單元


，加強邊沿細化的帶運動補償的去隔行變換處理
，以及應用3D降噪、對比度加強、色空間修正等高性能的視頻處理技術，能支持到最高標準1080P的顯示，可方便地實現PIP、PAP、POP顯示。在音頻處理方麵
，該方案實現MPEG1
、MPEG2、AC3
、MP3的數字伴音解碼和AM-FMMONO
、NICAM、BTSC

、Zweiton等模擬伴音解碼
，可調整大範圍伴音延時以確保伴音與圖像同步，可進行杜比

、SRS、ST環繞聲處理及五段均衡處理。

以下是ST液晶高清數字電視單芯片的主要功能及特點：

• 高性能32位CPU(266MHz
  ，480MIPS)，DDR333存儲器接口，運行實時操作係統
  ；
• 兩路帶有3D梳狀濾波器的NTSC/PAL/SECAM數字彩色解碼器；
• 兩路高清晰視頻圖像處理單元：12位視頻處理
  ，3D亮度/色度帶運動補償的降噪處理，具有加強邊沿細化的帶動態補償的隔行到逐行變換處理，靈活的水平/垂直方向的縮放處理，高性能的圖像質量改善處理
  ；
• 高清PIP
  
  ，PAP和POP；
• 兩路具有DES，DVB和MULTI2解擾的傳輸碼流解複用；
• 兩路DVB-CI和CableCARD接口；
• 兩路標清(SD)或一路高清(HD)MPEG2解碼；
• 兩路24位音頻處理DSP，實現MPEG1
  、MPEG2、AC3
  、MP3解碼；
• 基於位圖的OSD
  ；
• 豐富的DTV機芯控製接口：I2C、GPIOs、ADC、PWM等；
• 最高可達1080P的顯示輸出
  
  ；
• 90納米的芯片工藝技術，實現低功耗
  、高可靠性。

隨著數字電視的快速發展，會出現適應市場不同需求的高、中、低檔數字電視芯片方案。集成度更高、性能功能更加優化、性價比更高的低成本數字電視芯片方案
，以及高集成度、高性能、具有數字化家庭娛樂中心功能的高檔數字電視芯片方案將成為液晶高清數字電視係統芯片的兩大發展方向。