數字家庭影院中的HD顯示技術與分析

消費人群對視覺和聽覺享受的追求，使音視頻技術發生了革命性的變革。HD可能是近年來出現頻率較多的詞匯之一，其在音視頻領域代表高解析度（HighDefinition）的音視頻信號質量。目前的家庭影院解決方案和相關技術也早已不再把目光局限于分辨率只有720x480的DVD標清（SD，StandardDefinition）效果，日本NHK科學技術研究實驗室甚至在2006年就推出了令人乍舌的具有7680x4320像素分辨率（逐行掃描，60fps）的“SuperHiVision”技術。此外，在市場方面，據產業研究機構In-Stat預測，全球數字家庭市場收入將在2009年達到200億美元，中國和亞太地區市場數字家庭設備和技術發展速度將持續領先，年復合增長率可達到30%。高清晰度創造了廣闊的技術和市場前景，但同時也給相關系統帶來了數倍甚至數十倍的負擔。

HD系統的性能要求

HD技術目前正應用于各種場合。由于帶寬、壓縮程度及顯示格式的不同，各種HD系統的要求，如處理速度、存儲容量、編解碼器的選擇等差別很大。德州儀器（TI）首席科學家方進（GeneFrantz）先生針對媒

體處理方案和技術表示，視頻輸入流和應用會不斷變化，HD輸出會越來越豐富，因此系統顯然需要一定的靈活性。設計人員在選擇視頻系統的底層技術時，一定要考慮到上述問題。

德州儀器公司（TI）針對三個典型HD編解碼器應用總結了其各自對應的一般系統要求，其主要包括廣播、視頻會議，和數碼相機（表1）。首先，廣播HDTV的輸出比特率最高，采用MPEG-2或H。264/MPEG-4進行實時壓縮。當前技術情況下，壓縮HDTV節目進行傳輸的廣播系統需要大量高頻率數字信號處理器（DSP）和現場可編程門陣列（FPGA），以及數千兆字節（GB）存儲器的支持。眾多刀片式設備可以作為并行處理陣列運行，以支持多個通道的壓縮HDTV輸出。

視頻會議作為另一種HD應用，需要做相應的縮放，要考慮到多數廣域網連接不到百兆帶寬的情況，同時還滿足在大屏幕上顯示HD影像的要求。短暫時延可以接受，但不能妨礙對話的實時性。雖然比HDTV示例中的標準要低，但仍屬于高端標準。

數碼相機（DSC）是視頻壓縮的常見消費類應用之一。我們可用數碼相機捕獲較短的視頻剪輯，隨后可在HD顯示屏上播放。DSC系統必須方便易用，價格低廉，因此采用MPEG-4SimpleProfile以確保處理和存儲器的要求較低。基于DSP的高集成度的單個SoC專為便攜式應用進行優化，能滿足上述應用的編解碼器要求。

HD格式對存儲器與處理能力要求均大大超過SD格式。這些要求會提高組件成本，不過像所有半導體成本一樣，最終會隨著時間的推移而下降。因此TI認為，對系統制造商來說，問題在于是現在成本高的時候就支持HD，還是一兩年后繼續支持SD，等組件成本降下來和HD需求提高之后再進入市場。

媒體處理器及國內代表性方案

HD音視頻給人們感官享受的同時，也給播放系統帶來更大的負擔。相比SD內容，目前HD要求的處理能力和存儲容量要高約5~6倍。特殊的功能和性能的要求也產生了多種視頻處理器架構，如TI的DaVinci系列、SigmaDesigns的系列產品、Freescale的iMX系列、以及Intel、AMD等廠商的X86架構產品等。

在競爭激烈的音視頻技術領域，國內廠商也在努力打破壟斷，相繼推出創新性的產品和技術，其中代表性的廠商如C2MICrosystems和上海杰得微電子等。

杰得微電子的產品定位為手持信息終端、移動電視、IPTV等領域的移動多媒體SoC。其產品多選用ARM926EJ內核。產品優勢在于通過高效和精簡的數學算法提高效率并減少功耗。

C2Microsystems的SoC產品針對IP機頂盒、便攜式媒體播放器、PVR等多媒體應用。C2的方案可以理解為一個多核架構的可編程多媒體專用處理器，其采用一個CPU加3個專用DSP的結構。專用DSP分別針對圖像和多媒體處理運算所需要的運動估計（MotionEstimation）、熵編碼（EntropyEncoding）和向量處理而設置的，SoC的整體結構也同時兼顧了開發的靈活性需求。C2Micro-systems市場經理劉明璋先生表示，TI的DaVinci采用ARM加通用DSP的技術雖然可實現較高的性能和靈活性，但通用DSP沒有對音視頻專門進行優化設計，如果簡單地通過提高主頻來保證視頻處理需要運算資源的話，必然會給PCB設計增加復雜度和成本；而完全通過硬件模塊處理視頻又犧牲了靈活性。

多核和可編程架構的煩惱

多核可編程結構在處理性能上有很大優勢，但也有其應用上的弊端。多核處理技術已存在多年，性能上的優勢無需多談，而帶來的麻煩也很多，其中主要集中在開發難度方面。

消費人群對視覺和聽覺享受的追求，使音視頻技術發生了革命性的變革。HD可能是近年來出現頻率較多的詞匯之一，其在音視頻領域代表高解析度（HighDefinition）的音視頻信號質量。目前的家庭影院解決方案和相關技術也早已不再把目光局限于分辨率只有720x480的DVD標清（SD，StandardDefinition）效果，日本NHK科學技術研究實驗室甚至在2006年就推出了令人乍舌的具有7680x4320像素分辨率（逐行掃描，60fps）的“SuperHiVision”技術。此外，在市場方面，據產業研究機構In-Stat預測，全球數字家庭市場收入將在2009年達到200億美元，中國和亞太地區市場數字家庭設備和技術發展速度將持續領先，年復合增長率可達到30%。高清晰度創造了廣闊的技術和市場前景，但同時也給相關系統帶來了數倍甚至數十倍的負擔。

HD系統的性能要求

HD技術目前正應用于各種場合。由于帶寬、壓縮程度及顯示格式的不同，各種HD系統的要求，如處理速度、存儲容量、編解碼器的選擇等差別很大。德州儀器（TI）首席科學家方進（GeneFrantz）先生針對媒

體處理方案和技術表示，視頻輸入流和應用會不斷變化，HD輸出會越來越豐富，因此系統顯然需要一定的靈活性。設計人員在選擇視頻系統的底層技術時，一定要考慮到上述問題。

德州儀器公司（TI）針對三個典型HD編解碼器應用總結了其各自對應的一般系統要求，其主要包括廣播、視頻會議，和數碼相機（表1）。首先，廣播HDTV的輸出比特率最高，采用MPEG-2或H。264/MPEG-4進行實時壓縮。當前技術情況下，壓縮HDTV節目進行傳輸的廣播系統需要大量高頻率數字信號處理器（DSP）和現場可編程門陣列（FPGA），以及數千兆字節（GB）存儲器的支持。眾多刀片式設備可以作為并行處理陣列運行，以支持多個通道的壓縮HDTV輸出。