改進(jìn)的組件使手機(jī)與其他便攜式設(shè)備具備電視功能

　　視頻也正在像音樂一樣具有便攜性。很快人們就可以像共享他們喜歡的旋律一樣交換小型存儲(chǔ)器設(shè)備，其中包含著他們鐘愛的電視節(jié)目精選，人們還將能夠在各種手持設(shè)備上播放電視節(jié)目。這些設(shè)備不僅能夠播放視頻，還能接收視頻節(jié)目；事實(shí)上，去年底日本就已經(jīng)推出了第一批集成電視調(diào)諧器的手機(jī)。

　　數(shù)字革命已經(jīng)形成規(guī)模，我們能以許多附加功能擴(kuò)大手持設(shè)備以及手機(jī)、文本消息發(fā)送等電信設(shè)備的特性集，諸如游戲、音樂播放器等。甚至照相機(jī)功能都在電話中變得非常普遍，而不再僅局限于高端產(chǎn)品才擁有。如果手機(jī)的顯示屏能夠顯示彩色快照和其他影像，那么不難設(shè)想它也應(yīng)該能夠顯示視頻。目前已有一些電話能夠接收付費(fèi)視頻節(jié)目，如 Sprint 的MobiTV 服務(wù)。為什么不能更進(jìn)一步，繞過無線電話網(wǎng)絡(luò)及其瓶頸而直接集成電視調(diào)諧器呢？這就能讓消費(fèi)者欣賞到免費(fèi)的無線廣播節(jié)目。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，手持設(shè)備制造商必須在數(shù)字領(lǐng)域作進(jìn)一步的工作，添加調(diào)諧器和視頻解碼器等關(guān)鍵組件。

　　正如您會(huì)想到的那樣，上述第一代移動(dòng)電視面臨著如何延長電池壽命，并加強(qiáng)信號(hào)接收的挑戰(zhàn)，但上述缺點(diǎn)不會(huì)長久存在。到明年，設(shè)備制造商就將推出新技術(shù)，使在便攜式設(shè)備上實(shí)現(xiàn)廣播電視接收不僅變

　　得廉價(jià)，而且還具備點(diǎn)播特性。本文將介紹芯片和系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)所面臨的某些挑戰(zhàn)，并指出他們?nèi)绾尾拍芸朔@些重大障礙。

便攜式媒體

　　向公眾提供真正便攜的視頻的第一步就是在固體存儲(chǔ)器上記錄視頻并將其在設(shè)備間傳輸。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，Sony 宣布推出移動(dòng)電影概念，用戶可將喜愛的電視節(jié)目或其他運(yùn)動(dòng)影像錄制在記憶棒 (Memory Stick) 上。這一概念還包括回放設(shè)備，如 Sony Ericsson 制造的 A540S 移動(dòng)電話。它是第一款具備Memory Stick Pro Duo 以及移動(dòng)電影功能的手機(jī)，并集成了130 萬像素的 CCD 照相機(jī)，可拍攝 SXGA（1280 x 960 像素）影像。

　　向公眾提供真正便攜的視頻的第一步就是在固體存儲(chǔ)器上記錄視頻并將其在設(shè)備間傳輸。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，Sony 宣布推出移動(dòng)電影概念，用戶可將喜愛的電視節(jié)目或其他運(yùn)動(dòng)影像錄制在記憶棒 (Memory Stick) 上。這一概念還包括回放設(shè)備，如 Sony Ericsson 制造的 A540S 移動(dòng)電話。它是第一款具備Memory Stick Pro Duo 以及移動(dòng)電影功能的手機(jī)，并集成了130 萬像素的 CCD 照相機(jī)，可拍攝 SXGA（1280 x 960 像素）影像。

　　Sony 的 MSV-A1 移動(dòng) AV 取景器 (viewer) 比回放更進(jìn)一步，還可以錄制電視節(jié)目。該設(shè)備外觀酷似手機(jī)的風(fēng)格，折疊后大小為 6.1 x 2.3 x 9.5 厘米。它包括一個(gè)電視調(diào)諧器，置于電池充電器槽(battery-charger stand) 中時(shí)可將節(jié)目錄制在記憶棒上。該設(shè)備用 MPEG-4 壓縮標(biāo)準(zhǔn)存儲(chǔ)在固體存儲(chǔ)器上的視頻大小根據(jù)質(zhì)量不同而有所差異。舉例來說，1G 字節(jié)的 Memory Stick Pro 可保存 250 分鐘的高質(zhì)量節(jié)目（高質(zhì)量的定義是視頻比特率達(dá) 384k bps，每秒 15 幀，幀大小為 320 x 240，采樣率達(dá) 24-kHz，立體聲音頻比特率達(dá) 128k bps）。如采用長時(shí)間播放 (Long Play) 2 方案（將視頻比特率降至64k bps，幀大小降至176 x 144，音頻降至64k bps），則相同的存儲(chǔ)器可存儲(chǔ) 1,000 分鐘的節(jié)目。

　　邏輯上的下一步驟就是將電視調(diào)諧器集成到手機(jī)中。制造商已經(jīng)開始進(jìn)行這部分工作。當(dāng)然，由于電視很小，用戶會(huì)調(diào)整一下他們的預(yù)期。我們目前顯然不能在手機(jī)電視上達(dá)到和大屏幕電視相同的用戶體驗(yàn)。事實(shí)上，手機(jī)顯示屏很難區(qū)別細(xì)節(jié)。因此，提供 VBI 信息（即插入垂直消隱區(qū)間的信息，如關(guān)閉的字幕）幾乎沒什么意義。首先，接收有時(shí)會(huì)面臨給定天線限制的挑戰(zhàn)。第一代產(chǎn)品出現(xiàn)時(shí)的另一個(gè)限制就是電池壽命。目前的限制大約為兩小時(shí)的觀看時(shí)間。最后，當(dāng)前移動(dòng)電視中的處理器還不能提供噪聲降低或回波消除等先進(jìn)的特性。

實(shí)現(xiàn)可能性的推動(dòng)力量

　　幸運(yùn)的是，工程師正在解決上述諸多限制，并積極推進(jìn)板上技術(shù)的改進(jìn)。德州儀器 (TI) 針對(duì) 2.5G 和3G 移動(dòng)電話的新型 OMAP? 2 架構(gòu)將把手機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂须娨暪δ艿?一體化娛樂"設(shè)備。為了了解集成技術(shù)如何發(fā)展，我們不妨一步步來看看各大功能塊：天線、調(diào)諧器、解碼器、控制器和顯示屏（圖 1）。每個(gè)塊都對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了挑戰(zhàn)，系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)可接受的性能和電池壽命，并應(yīng)具備改進(jìn)潛力。

　　信號(hào)鏈開始于天線，這對(duì)依賴于地面廣播信號(hào)的移動(dòng)電視而言非常重要。如果設(shè)備既接收VHF（2-13頻道），又接收 UHF（14-83 頻道），那么天線必須處理 5.5 米至 34 厘米的波長。因此，即便就波長一半或四分之一而言，設(shè)備尺寸都不能足夠大到支持完全集成的天線，特別就 VHF 頻段而言更是如此。因此，移動(dòng)電視一般采用置于系索或特殊耳機(jī)引線中的天線，這樣信號(hào)建設(shè)就會(huì)根據(jù)用戶所處的環(huán)境乃至其面向的方向而發(fā)生變化。此外，特殊的耳機(jī)是天線為一定長度的設(shè)備；用戶不能去鄰近的電子設(shè)備商店隨意選購替代品。最后，就某一頻段（VHF或UHF）設(shè)計(jì)的天線不能就另一頻帶正常工作，因此制造商常常決定就某一頻段進(jìn)行優(yōu)化。通常進(jìn)行優(yōu)化的都是更常用的VHF 頻道，而另一頻段的情況如何用戶只有接受的份了。

　　天線將低級(jí) RF 信號(hào)傳輸給調(diào)諧器，其可放大輸入，并將其轉(zhuǎn)換為適用于解碼器級(jí)的視頻信號(hào)。調(diào)諧器的重要性還在于它是對(duì)設(shè)備整體大小和電池耗電量影響最大的部分。目前，這些調(diào)諧器是帶有空心感應(yīng)器的"盒子"，但去年晚些時(shí)候Sony宣布推出了只有其上代產(chǎn)品二十五分之一大小的半導(dǎo)體調(diào)諧器。具體而言，BTF-ZJ401 大小為 25 x 20 x 3 毫米，功耗為 800mW，信噪比為 47dB。

　　盡管取得了驚人的進(jìn)步，但調(diào)諧器仍是功耗方面的最大組件。它是大量研發(fā)工作的目標(biāo)所在；到今年底，制造商預(yù)計(jì)將實(shí)現(xiàn)功耗為 600 至 650mW 的調(diào)諧器，制造商的產(chǎn)品策略顯示他們希望將功耗于 2005 年初降至 200 或 250 mW，這一水平將大幅延長電池壽命。

　　另一方面，調(diào)諧器也與廣播標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)。某些客戶只需針對(duì)單一標(biāo)準(zhǔn)（如NTSC）設(shè)計(jì)的設(shè)備即可；不過某些制造商希望推出"全球通用的調(diào)諧器"，針對(duì) NTSC、PAL 和SECAM 各種信號(hào)設(shè)計(jì)。許多相關(guān)開發(fā)商都已定于將在 2005 年初實(shí)現(xiàn)單個(gè)調(diào)諧器就能滿足所有標(biāo)準(zhǔn)的要求。

　　上述調(diào)諧器接收模擬信號(hào)，考慮到天線的限制，現(xiàn)有的型號(hào)除了較強(qiáng)的本地信號(hào)外很難接收其他信號(hào)。但考慮到人口密度大的區(qū)域信號(hào)強(qiáng)度較高，將模擬電視集成到手機(jī)等設(shè)備中應(yīng)該會(huì)成功。在為移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行數(shù)字空中廣播的全球性標(biāo)準(zhǔn)采用之前，我們?nèi)詫⒗^續(xù)集成模擬調(diào)諧器。

　　當(dāng)然，移動(dòng)設(shè)備的數(shù)字廣播在某些國家應(yīng)經(jīng)開始。在歐洲，某些手持設(shè)備供應(yīng)商聯(lián)合芬蘭領(lǐng)先的廣播商和移動(dòng)服務(wù)供應(yīng)商將在今年晚些時(shí)候采用 IP 數(shù)據(jù)廣播 (IPDC) 技術(shù)開始向手機(jī)發(fā)送商業(yè)電視節(jié)目。這是一種基于 DBV-H（手持終端）標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)，其中數(shù)字內(nèi)容格式、軟件應(yīng)用、節(jié)目接口與多媒體服務(wù)都通過IP與數(shù)字廣播相結(jié)合。為了就最終用戶對(duì)移動(dòng)廣播服務(wù)的接受度獲得體驗(yàn)，今年秋天將在赫爾辛基地區(qū)進(jìn)行500名用戶的測試。

BT.656 的解碼器

　　信號(hào)鏈位于調(diào)諧器之后的下一部分就是解碼器，它將電視信號(hào)數(shù)字化，并可能進(jìn)行某些處理。舉例來說，德州儀器 (TI) 的產(chǎn)品將基帶NTSC、PAL 與 SECAM 模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為用于后端處理器與顯示的數(shù)字信號(hào)。TI 采用專利的同步檢測技術(shù)鎖定較弱的有噪聲或不穩(wěn)定的信號(hào)。該特性和自動(dòng)增益控制在信號(hào)較弱的環(huán)境中極為重要，如手機(jī)電視天線受限制而且接收環(huán)境又不好的情況。此外，適應(yīng)性四線梳狀濾波對(duì)亮度和色度數(shù)據(jù)路徑都可用，可降低跨亮度和跨色度的斑點(diǎn)。我們還可以對(duì)色彩、對(duì)比度、亮度、飽和度以及清晰度等視頻特點(diǎn)進(jìn)行編程。該設(shè)備操作過程中一般消耗115 mW，但新一代設(shè)備的功耗將不足 90 mW。

　　信號(hào)鏈位于調(diào)諧器之后的下一部分就是解碼器，它將電視信號(hào)數(shù)字化，并可能進(jìn)行某些處理。舉例來說，德州儀器 (TI) 的產(chǎn)品將基帶NTSC、PAL 與 SECAM 模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為用于后端處理器與顯示的數(shù)字信號(hào)。TI 采用專利的同步檢測技術(shù)鎖定較弱的有噪聲或不穩(wěn)定的信號(hào)。該特性和自動(dòng)增益控制在信號(hào)較弱的環(huán)境中極為重要，如手機(jī)電視天線受限制而且接收環(huán)境又不好的情況。此外，適應(yīng)性四線梳狀濾波對(duì)亮度和色度數(shù)據(jù)路徑都可用，可降低跨亮度和跨色度的斑點(diǎn)。我們還可以對(duì)色彩、對(duì)比度、亮度、飽和度以及清晰度等視頻特點(diǎn)進(jìn)行編程。該設(shè)備操作過程中一般消耗115 mW，但新一代設(shè)備的功耗將不足 90 mW。

　　信號(hào)鏈位于調(diào)諧器之后的下一部分就是解碼器，它將電視信號(hào)數(shù)字化，并可能進(jìn)行某些處理。舉例來說，德州儀器 (TI) 的產(chǎn)品將基帶NTSC、PAL 與 SECAM 模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為用于后端處理器與顯示的數(shù)字信號(hào)。TI 采用專利的同步檢測技術(shù)鎖定較弱的有噪聲或不穩(wěn)定的信號(hào)。該特性和自動(dòng)增益控制在信號(hào)較弱的環(huán)境中極為重要，如手機(jī)電視天線受限制而且接收環(huán)境又不好的情況。此外，適應(yīng)性四線梳狀濾波對(duì)亮度和色度數(shù)據(jù)路徑都可用，可降低跨亮度和跨色度的斑點(diǎn)。我們還可以對(duì)色彩、對(duì)比度、亮度、飽和度以及清晰度等視頻特點(diǎn)進(jìn)行編程。該設(shè)備操作過程中一般消耗115 mW，但新一代設(shè)備的功耗將不足 90 mW。

　　解碼器微妙而重要的一個(gè)問題就是其操作頻率。目前大多數(shù)解碼器都要求運(yùn)行頻率為 27 或14.318 MHz 的晶振 (crystal)。但是，您可以預(yù)計(jì)制造商會(huì)修改其芯片，這樣其PLL 就能在手機(jī)時(shí)鐘上工作，設(shè)計(jì)人員也就可以從材料清單上減少一個(gè)組件。

　　另一個(gè)解碼器問題是處理芯片生成的輸出格式。我們的想法是保持引腳數(shù)量不多，從而減小組件尺寸。目前通常接受的電視信號(hào)數(shù)字解碼標(biāo)準(zhǔn)為 ITU-R BT.656 標(biāo)準(zhǔn)。輸出為數(shù)字 YCbCr 4:2:2 分量視頻，其中

　　4:2:2 指的是在視頻信號(hào)中用于數(shù)字化亮度和色彩差異組件的采樣頻率。BT.656 還定義了消隱嵌入式同步字與視頻多路復(fù)用格式。

　　目前實(shí)施 BT.656 的解碼器芯片提供 8 或 10 個(gè)并行輸出信號(hào)線路。這是目前手機(jī)電視可確認(rèn)為有效的最少引腳數(shù)。

處理器進(jìn)行雙倍工作

　　不管是將無線 (over-the-air) 電視功能加入手機(jī)、PDA 還是任何其他手持設(shè)備，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員都傾向于采用相同的處理器接收解碼器信號(hào)并將其格式化用于顯示。大多數(shù)解碼器生成 640 x 480、720 x 480 或 720 x 576 的分辨率，但只有少數(shù)能進(jìn)行必需的縮放，以生成適于QCIF（四分之一通用媒體格式，176 x 144）或 QVGA（四分之一VGA，320 x 240）格式上顯示的信號(hào)，這兩種顯示格式在目前的手機(jī)上都很流行?？s放是中央處理器的工作。

　　中央處理器的另一項(xiàng)任務(wù)是實(shí)時(shí)壓縮和解壓縮，這會(huì)變得相當(dāng)重要。未來的手機(jī)將包括某種形式的小型存儲(chǔ)卡，它們能夠達(dá)到千兆字節(jié)的容量，用戶可用其一邊觀看無線節(jié)目一邊進(jìn)行錄制。用戶可隨后在手機(jī)或更大的屏幕上觀看錄制的節(jié)目。此外，朋友之間可交換存儲(chǔ)卡或記憶棒，并共享有趣的畫面。目前已經(jīng)有一些高端的Sony HDTV 具備記憶棒端口，旨在允許用戶將數(shù)碼相機(jī)的記憶棒插入端口中，這樣就可在電視上觀看照片了。添加 MPEG-4 編碼器后，該設(shè)備則還可作為數(shù)字視頻錄像機(jī)。這些特性都是很誘人的，而為運(yùn)行壓縮類型算法優(yōu)化的 DSP 將成為中央處理器的有利選擇。

　　信號(hào)鏈的最后一部分就是顯示屏。目前手機(jī)上的顯示屏顯示靜態(tài)畫面不在話下，但顯示動(dòng)態(tài)畫面您就會(huì)發(fā)現(xiàn)圖像拖尾。不過，顯示制造商正在努力就此方面開展工作，他們將推出 50 Hz 刷新率的設(shè)備；如果設(shè)備低于該頻率，那么人們就會(huì)覺察到可視質(zhì)量的下降。

　　信號(hào)鏈所有組件共同的一個(gè)問題是其電壓要求。由于新型 IC 采用 90 納米這樣更先進(jìn)的工藝技術(shù)，其可運(yùn)行在更適于便攜式設(shè)備的電壓上。典型的手機(jī)電池工作在3.0 - 3.6V范圍內(nèi)。如果芯片工作在3.3V電壓上，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)當(dāng)時(shí)的工作電壓進(jìn)行補(bǔ)償或提高電池電源電壓。采用1.8V核心和I/O的設(shè)備更適于移動(dòng)應(yīng)用。其另一優(yōu)勢(shì)就是降低了功耗。TI的90納米工藝技術(shù)于1月達(dá)到量產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，這就使我們能夠在單個(gè)芯片上采用能實(shí)現(xiàn)各種不同功能而進(jìn)行"調(diào)諧"的晶體管集合，以滿足各種性能、密度和功耗要求。我們通過調(diào)解晶體管的門長度、閾值電壓、門氧化物厚度和偏移條件等完成上述工作。這樣，我們就獲得了最高性能的晶體管，可進(jìn)行信號(hào)處理等性能至關(guān)重要的工作，而功耗較低的晶體管則可用于支持工作與待機(jī)狀態(tài)功耗要求都相當(dāng)嚴(yán)格的應(yīng)用。

未來并不遙遠(yuǎn)

　　展望未來，制造商有望實(shí)現(xiàn)尺寸更小、功耗更低的視頻解碼器和調(diào)諧器，單芯片調(diào)諧器將支持所有主要標(biāo)準(zhǔn)。此外，今后一兩年內(nèi)，調(diào)諧器的尺寸和功耗都將減少，這就為存儲(chǔ)器端口和實(shí)時(shí)視頻壓縮等新特性提供了空間。不久，電視功能將更多的成為一種標(biāo)準(zhǔn)特性，而不再是一項(xiàng)新奇的玩意兒，正好像許多便攜式設(shè)備中都集成了音樂播放器一樣。