HDTV中高性能模擬信號處理的一些問題和設(shè)計考慮

隨著高清電視(HDTV)顯示器技術(shù)的成熟，模擬視頻和音頻處理的質(zhì)量將最終使電視機(jī)之間產(chǎn)生差異性。HDTV中的數(shù)字處理(包括圖像擴(kuò)縮、解交錯和MPEG解調(diào))繼續(xù)發(fā)揮著重要的作用，但這些功能將很快變成標(biāo)準(zhǔn)化。HDTV中視頻和音頻信號的模擬處理直接影響用戶的“電視觀看體驗”，然而HDTV制造商正在快速尋求其電視機(jī)模擬電路設(shè)計的改進(jìn)以提高銷量和利潤。本文將討論HDTV中高性能模擬信號處理的一些問題和設(shè)計考慮。

在液晶(LCD)電視和等離子(PDP)電視中，平板顯示器本身過去在HDTV電視的主要性能方面一直存在差異。第七代和第八代LCD平板顯示器開發(fā)成本竟然達(dá)到幾十億美元，但最近在PDP顯示器方面的加強(qiáng)已經(jīng)迫使一些公司形成合資以共享他們的資金資源和技術(shù)。目前，幾乎所有的LCD電視和PDP電視領(lǐng)先制造商都在與其它主要生產(chǎn)顯示屏設(shè)計的電視制造商合資。這已經(jīng)引起有關(guān)LCD和PDP顯示屏性能的“公平競爭”。目前在幾種來自不同電視制造商的具有競爭力的HDTV型號采用了這些合資企業(yè)生產(chǎn)的顯示屏。

即使在高清晰度數(shù)字廣播新興階段，HDTV仍然需要模擬接口和數(shù)字接口。我們需要復(fù)合、分量和RGB信號模擬接口支持老的標(biāo)準(zhǔn)清晰度(SD)設(shè)備，例如錄像機(jī)(VCR)、便攜式攝像機(jī)、DVD播放器和個人計算機(jī)(PC)。由于用戶期望其SD電視節(jié)目具有與高清晰度(HD)電視節(jié)目同樣的質(zhì)量，因此必須設(shè)計高性能模擬接口。集成的多格式視頻解碼器(例如ADI公司的ADV7403)包含用于復(fù)合視頻信號的高性能視頻解碼器以及用于數(shù)字分量模擬視頻和RGB的三通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。

當(dāng)設(shè)計模擬接口時，重要的是提供干凈的低噪聲電源并且從連接器到器件輸入端之間采用短的印制電路板(PCB)連線。我們也推薦使用一種完整接地層的PCB設(shè)計以最大程度減小總PCB噪聲和反射。縮短數(shù)字輸出端(包括數(shù)據(jù)和時鐘)印制線長度有助于減小高頻信號反射的可能性，這種反射作用能破壞信號的完整性。

由于DVD電影中記錄的模擬YUV信號具有10bit分辨率(可表示十億多種不同的顏色)，因此選擇使用10bit(或更高)分辨率的ADC精確再現(xiàn)顏色的模擬接口非常重要。例如，ADI公司的ADV7403多格式視頻解碼器集成了12bit，140MHzADC以最大可能改善圖像質(zhì)量。

ADV740312bit多格式視頻解碼器框圖

HDTV中的音頻處理具有幾個有趣的設(shè)計難題。趨于窄小的電視機(jī)殼必然導(dǎo)致在減小放大器散熱所需要的空間的同時減小揚(yáng)聲器的尺寸。由于HDTV通常用作家庭影院，因此電視機(jī)里的音頻電路必須支持最新的環(huán)繞立體聲和低音增強(qiáng)算法。HDTV必須完成這些SD音頻方面的重大改進(jìn)同時達(dá)到低成本和早日投放市場的宏偉目標(biāo)。陰極射線管(CRT)顯示器SD電視只能再現(xiàn)立體聲(2.0音頻)并且擁有易于放置適當(dāng)尺寸揚(yáng)聲器的寬大的電視機(jī)殼。采用LCD或等離子顯示器的HDTV具有窄小的電視機(jī)殼，只能采用較小尺寸的揚(yáng)聲器，因而限制了聲學(xué)性能。HDTV電視節(jié)目采用環(huán)繞立體聲(5.1音頻)播放，因此音頻設(shè)計工程師必須設(shè)計出高品質(zhì)音響產(chǎn)品，以使HDTV在這些限制條件下工作的同時仍然能夠滿足嚴(yán)格的成本要求。目前，設(shè)計工程師使用可編程音頻處理器能夠開發(fā)一種單揚(yáng)聲器音頻平臺，能夠?qū)⑺系娇梢允褂酶鞣N尺寸的揚(yáng)聲器的不同型號HDTV產(chǎn)品。設(shè)計工程師利用最新的心理聲學(xué)研究成果已經(jīng)開發(fā)出新的音頻處理器算法，這種算法在HDTV中使用兩個或三個揚(yáng)聲器為聽眾提供聲音是來自完整多揚(yáng)聲器環(huán)繞立體聲系統(tǒng)的體驗。

ADAV400可編程音頻處理器框圖

為了適當(dāng)支持流行的第三方虛擬環(huán)繞和環(huán)繞立體聲算法，音頻處理器必須包含音頻編解碼器和具有優(yōu)良模擬性能的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)。例如，ADI公司采用有源均衡技術(shù)的ADAV400(用于補(bǔ)償窄小揚(yáng)聲器)支持流行的第三方算法和產(chǎn)生豐滿、渾厚聲音所需的模擬性能。圖形化軟件工具(例如SigmaStudio)允許完全控制整個聲音環(huán)境。

擴(kuò)展的音頻算法庫

最后，D類音頻放大器可以最大程度減小散熱片以及其它外部器件的尺寸，從而使它們適合于新型HDTV產(chǎn)品的狹小空間。CRT電視中使用大的顯象管為音頻設(shè)計工程師留下了寬大的機(jī)箱空間，從而允許CRT電視音頻設(shè)計工程師使用AB類放大器，這類放大器效率低并且通常需要尺寸很大的散熱片。設(shè)計工程師通過使用ADI公司AD1991(在全功率下具有>85％的效率)等高效的D類音頻放大器能夠使其音頻放大電路適合其窄小的空間，無需折衷音頻質(zhì)量或功率輸出。