用于高清晰電視的高性能輸入接口探討

用于高清晰電視的高性能輸入接口探討

高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換產(chǎn)品的公認(rèn)領(lǐng)導(dǎo)廠商Philips Semiconductors推出一種用于高清晰電視的高性能輸入接口，該接口集HDMI接收器與三通道10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器于一身。
　　在過去幾十年中，伴隨著 VCR 及機(jī)頂盒與 DVD 播放機(jī)的陸續(xù)出現(xiàn)，客戶對電視的期望已經(jīng)發(fā)生了巨大的改變。
　　一開始是黑白圖像，然后是彩色熒屏，廣播電視第一次向人們提供了一種通過與周圍的人們共同欣賞相同的新聞和娛樂節(jié)目從而愉快地打發(fā)時(shí)光的方式。而獲得這一切所需的連接僅僅是天線和電源插座而已。
　　然后出現(xiàn)了 VCR 和攝像機(jī)，允許人們將廣播記錄下來以便擇時(shí)觀看，或者構(gòu)建放映庫或私人事件庫，所需的工作是進(jìn)行以下額外的連接：復(fù)合視頻信號(hào)電纜、S-VHS 電纜或附加 RF 連接。
　　記錄和音視頻復(fù)制技術(shù)的每次進(jìn)步，都會(huì)引起這些附加物理鏈接新需求的不斷擴(kuò)展。首先是立體聲的出現(xiàn)（左右音頻電纜），然后是激光影碟（ LaserDisc）和視頻游戲的出現(xiàn)，一些 R（紅）G（綠）和 B（藍(lán)）連接（3 條電纜）可以跨過大部分傳統(tǒng)模擬 CRT TV 電子技術(shù)，而直接進(jìn)入到驅(qū)動(dòng) CRT 電子槍的放大器部分。

　　歐洲已采納一種稱為 SCART 插頭的試驗(yàn)性解決方案，試圖結(jié)束這種混亂的電纜擴(kuò)展?fàn)顩r。在這一方案中，將通過一個(gè)大而脆弱的連接器將 L/R 音頻、CVBS、Y/C 和 RGB 信號(hào)整合在一條電纜中。
　　DVD 播放機(jī)與機(jī)頂盒的出現(xiàn)改變了游戲規(guī)則，因?yàn)閬碜?DVD、電纜或衛(wèi)星的數(shù)據(jù)流是一種采用 MPEG-2 算法對視頻信號(hào)進(jìn)行壓縮以優(yōu)化傳輸介質(zhì)中可用帶寬使用的 Y Pb Pr 顏色空間表示，從而避免任何額外的可能產(chǎn)生有害噪聲或失真的不必要處理。這種做法已成為 DVD 播放機(jī)或 STB 輸出模擬 Y Pb Pr 視頻信號(hào)的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)在電視一側(cè)采用 Y Pb Pr 輸入。
　　于是，連接 DVD 與電視機(jī)以獲得最佳效果的標(biāo)準(zhǔn)方法就變成了采用將導(dǎo)致使用 5 條電纜的 Y Pb Pr + L/R 音頻連接的問題。這種鏈接的優(yōu)點(diǎn)是適用于標(biāo)準(zhǔn)電視（隔行掃描 480i 或 576i 類型信號(hào)），但也可用于 480p/576p 逐行掃描電視，甚至可以用于高清晰度（720p、1080i 及更高）電視。
　　這種方法同時(shí)宣布了 SCART 方案的死刑，SCART 不支持 Y Pb Pr 傳輸，甚至也不支持逐行掃描或高清晰度電視。
　　另一個(gè)需要考慮的因素是，電視/顯示器自其面世以來已經(jīng)發(fā)生了很大的變化。得益于 PC 特別是筆記本電腦的發(fā)展，LCD 顯示器得到了普及并降到了大眾可以接受的價(jià)位，CRT 電視漸漸被 LCD 平板電視所取代，其它技術(shù)還有等離子顯示器、背投（基于 DLP、LCOS 或  LCD 等技術(shù)）和投影（同樣基于 LCD 或 DLP 技術(shù)）等。
　　這些新型顯示器技術(shù)的一個(gè)共同特點(diǎn)是平板是按照像素逐個(gè)尋址的，而 CRT 則是按照 H（水平）和 V（垂直）脈沖的步調(diào)通過電子束逐行掃描而成像的：從概念上來講，CRT 本質(zhì)上是模擬的，而所有的新型顯示器技術(shù)在本質(zhì)上都是數(shù)字的。于是就產(chǎn)生了這樣一個(gè)問題：既然來自 STB、DVD 播放機(jī)、視頻游戲機(jī)或 PC 的顯示信息本質(zhì)上是數(shù)字的（MPEG-2 數(shù)據(jù)流或計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的圖像），且在到達(dá) CVBS 或 Y Pb Pr 電纜接口之前一直是以數(shù)字方式處理的，并且如果顯示器本質(zhì)上需要使用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)才能進(jìn)行顯示，那么為什么我們還要在音視頻系統(tǒng)中繼續(xù)使用模擬電纜連接？
　　首先，防止模擬視頻信號(hào)被非法復(fù)制所采用的系統(tǒng)（如 Macrovision ）并不完全有效——不幸的是，對于高質(zhì)量的 Y Pb Pr 信號(hào)尤其無效。
　　數(shù)字接口的出現(xiàn)則可以解決模擬接口遇到的大部分問題：額外不必要的數(shù)字與模擬信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，電纜長度和質(zhì)量對模擬信號(hào)的圖像質(zhì)量輕易造成的損害，傳輸模擬視頻和音頻時(shí)為達(dá)到最佳品質(zhì)所需使用的電纜數(shù)，以及數(shù)據(jù)保護(hù)能力的不足。
　　在消費(fèi)音視頻領(lǐng)域，目前主要有三種數(shù)字接口：IEEE1394、DVI 和 HDMI。
　　IEEE1394 主要用于攝像機(jī)與 DVD 刻錄機(jī)或 PC 采集板之間的連接。其缺點(diǎn)是：
　　- 帶寬限制，導(dǎo)致必須對信號(hào)壓縮之后才能傳輸，因而造成了一定的質(zhì)量損失（例如使用 DV 進(jìn)行攝像機(jī)視頻時(shí)），并導(dǎo)致接收方必須配備專用的視頻解壓縮部件。
　　- 點(diǎn)對點(diǎn)體系結(jié)構(gòu)與復(fù)制保護(hù)使得視頻內(nèi)容提供商難以進(jìn)行簽注。
　　DVI 來自計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，原本是用在 PC 圖像引擎與顯示器之間的一種連接。它可以達(dá)到很高的分辨率，通過其雙鏈路實(shí)現(xiàn)像素速率可達(dá) 330 MHz，但沒有音頻傳輸，復(fù)制保護(hù)也不是強(qiáng)制的（盡管可以使用 HDCP 1.0 解決方案），連接器較大，且沒有獨(dú)立于 plugfest 測試的真正的驗(yàn)收規(guī)則或測試，無法保證無縫互操作性。
　　HDMI 基于 DVI 標(biāo)準(zhǔn)，使用 EDID 在數(shù)據(jù)流中提供了音頻傳輸（最多可達(dá) 8 個(gè)獨(dú)立無壓縮音頻通道，采樣速率為從 32kHz~192 kHz）、格式信息傳輸，并通過采用 HDCP 1.1 標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)了高效的復(fù)制保護(hù)。其連接器外形小巧，適合所有消費(fèi)電器設(shè)計(jì)；最大允許視頻像素速率達(dá) 165 MHz，可適應(yīng)所有制式電視 (480i, 576i) 以及上至包括 1080p (148.5 MHz) 無壓縮格式信號(hào)在內(nèi)的高清晰度電視。目前連接兩個(gè)音視頻設(shè)備平均需要使用 5 條電纜，而 HDMI 使用一條電纜即可代替這些電纜，同時(shí)提供采用一流復(fù)制保護(hù)算法保護(hù)的無壓縮數(shù)字高清晰度視頻質(zhì)量，成為音視頻和家庭影院領(lǐng)域新的接口選擇。
　　但是，鑒于消費(fèi)產(chǎn)品的生命周期和遺留問題，在電視機(jī)上配備模擬輸入的需要還將持續(xù)多年，因此模數(shù)轉(zhuǎn)換 IC 接口將繼續(xù)有所需求。
　　為了優(yōu)化 PCB 布局和電視機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)總線互連，人們熱切希望能夠?qū)⒛?shù)轉(zhuǎn)換接口與 HDMI 接收器進(jìn)行整合封裝。這正是飛利浦半導(dǎo)體 (Philips Semiconductors) 推出新的 TDA9975A 視頻前端芯片的初衷。TDA9975A 整合了一個(gè)采樣速率高達(dá) 81 Msps 的先進(jìn)的三元 10 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，集成同步處理器與 PLL 時(shí)鐘產(chǎn)生器，一個(gè)遵循 HDMI1.1、最高可達(dá) 1080i/720p (74.25 MHz)、最高可工作于1080p、具有內(nèi)置片上 HDCP 密鑰的雙輸入、單通道 HDMI 接收器，和一個(gè)包含可完全編程顏色空間與通用輸出格式器的通用后處理模塊。