数字家庭影院中的HD显示技术与分析

　　消费人群对视觉和听觉享受的追求，使音视频技术发生了革命性的变革。HD可能是近年来出现频率较多的词汇之一，其在音视频领域代表高解析度（High Definition）的音视频信号质量。目前的家庭影院解决方案和相关技术也早已不再把目光局限于分辨率只有720 x 480的DVD标清（SD, Standard Definition）效果，日本NHK科学技术研究实验室甚至在2006年就推出了令人乍舌的具有7680 x 4320像素分辨率（逐行扫描，60fps）的"Super HiVision"技术。此外，在市场方面，据产业研究机构In-Stat预测，全球数字家庭市场收入将在2009年达到200亿美元，中国和亚太地区市场数字家庭设备和技术发展速度将持续领先，年复合增长率可达到30%。高清晰度创造了广阔的技术和市场前景，但同时也给相关系统带来了数倍甚至数十倍的负担。

　　HD 系统的性能要求

　　HD技术目前正应用于各种场合。由于带宽、压缩程度及显示格式的不同，各种HD系统的要求，如处理速度、存储容量、编解码器的选择等差别很大。德州仪器（TI）首席科学家方进（Gene Frantz）先生针对媒

体处理方案和技术表示，视频输入流和应用会不断变化，HD 输出会越来越丰富，因此系统显然需要一定的灵活性。设计人员在选择视频系统的底层技术时，一定要考虑到上述问题。

　　德州仪器公司（TI）针对三个典型HD编解码器应用总结了其各自对应的一般系统要求，其主要包括广播、视频会议，和数码相机（表1）。首先，广播HDTV的输出比特率最高，采用MPEG-2或H.264/MPEG-4进行实时压缩。当前技术情况下，压缩HDTV节目进行传输的广播系统需要大量高频率数字信号处理器（DSP）和现场可编程门阵列（FPGA），以及数千兆字节（GB）存储器的支持。众多刀片式设备可以作为并行处理阵列运行，以支持多个通道的压缩HDTV输出。

　　视频会议作为另一种HD应用，需要做相应的缩放，要考虑到多数广域网连接不到百兆带宽的情况，同时还满足在大屏幕上显示HD影像的要求。短暂时延可以接受，但不能妨碍对话的实时性。虽然比 HDTV 示例中的标准要低，但仍属于高端标准。

　　数码相机（DSC）是视频压缩的常见消费类应用之一。我们可用数码相机捕获较短的视频剪辑，随后可在HD显示屏上播放。DSC系统必须方便易用，价格低廉，因此采用 MPEG-4 Simple Profile以确保处理和存储器的要求较低。基于DSP的高集成度的单个SoC专为便携式应用进行优化，能满足上述应用的编解码器要求。

　　HD格式对存储器与处理能力要求均大大超过SD格式。这些要求会提高组件成本，不过像所有半导体成本一样，最终会随着时间的推移而下降。因此TI认为，对系统制造商来说，问题在于是现在成本高的时候就支持HD，还是一两年后继续支持SD，等组件成本降下来和 HD需求提高之后再进入市场。

　　媒体处理器及国内代表性方案

　　HD音视频给人们感官享受的同时，也给播放系统带来更大的负担。相比SD内容，目前HD要求的处理能力和存储容量要高约5~6倍。特殊的功能和性能的要求也产生了多种视频处理器架构，如TI的Da Vinci系列、Sigma Designs的系列产品、Freescale 的iMX系列、以及Intel、AMD等厂商的X86架构产品等。

　　在竞争激烈的音视频技术领域，国内厂商也在努力打破垄断，相继推出创新性的产品和技术，其中代表性的厂商如C2 MICrosystems和上海杰得微电子等。

　　杰得微电子的产品定位为手持信息终端、移动电视、IPTV等领域的移动多媒体SoC。其产品多选用ARM 926EJ内核。产品优势在于通过高效和精简的数学算法提高效率并减少功耗。

　　C2 Microsystems的SoC产品针对IP机顶盒、便携式媒体播放器、PVR等多媒体应用。C2的方案可以理解为一个多核架构的可编程多媒体专用处理器，其采用一个CPU加3个专用DSP的结构。专用DSP分别针对图像和多媒体处理运算所需要的运动估计（Motion Estimation）、熵编码（Entropy Encoding）和向量处理而设置的，SoC的整体结构也同时兼顾了开发的灵活性需求。C2 Micro-systems市场经理刘明璋先生表示，TI的DaVinci采用ARM加通用DSP的技术虽然可实现较高的性能和灵活性，但通用DSP没有对音视频专门进行优化设计，如果简单地通过提高主频来保证视频处理需要运算资源的话，必然会给PCB设计增加复杂度和成本；而完全通过硬件模块处理视频又牺牲了灵活性。

　　多核和可编程架构的烦恼

　　多核可编程结构在处理性能上有很大优势，但也有其应用上的弊端。多核处理技术已存在多年，性能上的优势无需多谈，而带来的麻烦也很多，其中主要集中在开发难度方面。