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1、数字化趋势大屏幕H D T V 显示器设计技术方案比较殷惠清1 引言数字高清晰度电视( H D T V ) 已经成为发达国家及世界各国在高科技领域中竞争的一个焦点，是新一代信息家电的主流产品。数字高清晰度电视主要包含数字信道解码、数字视频和音频信源解码、大屏幕H D T V 显示器( H D T V - R e a d y ) 三大部分。前两部分因为和数字高清晰度电视系统标准的制定、国家产业政策、技术问题等诸多问题有关，目前还在实验阶段，大约需要一至二年才能确定中国的数字高清晰度电视 系统标准；第三部分大屏幕H D T V 显示器国内完全有能力独立开发。中国模拟电视产业经过2 0 多年的发展，
2、已形成了年产近4 0 0 0 万台的能力，居世界第一位。与此同时中国计算机显示器产业也居世界前列。中 国在这些领域培育出的技术开发力量完全有能力自主开发设计大屏幕H D T V 显示器。大屏幕H D T V 显示器在国内外都有广阔的市场。美国已于1 9 9 9 年开始逐步地播出数字电视；加拿大、澳大利亚现也已开始试播数字高清晰度电视；韩国和中国的台湾地区都已开始试播数字电视；1 3 本、新加坡和印度也将随后开展数字电视业务；欧洲虽然目前侧重于S D T V 数字电视的推广，但欧洲D V B 组织提出的数字视频广播的D V B 标准包含了H D T V 标准，并且为越来越多的国家所接受，用户已遍
3、及六大洲。中国有关科技人员和电视产业界密切合作，1 9 9 9 年国庆5 0 周年在北京成功实现数字H D T V 地面实验性广播。目前厦华电子公司正在将科技创新成果转化成产业创新，将在今年下半年向国内外推出适台各国扫描格式、通用的变频技术 大屏幕H D T v 显示器。2 整机总体设计中一些关键问题的探讨1 7 0H D T V 显示器总体设计受到诸多因素的制约。由于在数字电视中视频数据、音频数据、文字数据可以统一在一个系统标准中，数字电视广播不但可以传送图像节目，而且可以传送文字信息可见数字电视广播是未来信息基础设施的主要组成部分，因此，在数字电视显示器的设计中必须考虑文字显示时的扫描格式
4、。在高清晰度电视开始发展时，美国是支持日本M U S E 制式的，但随着形势的发展，高清晰度电视所蕴涵的潜在巨大商业价值，使美国意识到必须不遗余力介入这一市场。美国计算机界的企业为了今后能够很容易地涉足H D T V 市场，向A T S C ( 美国先进电视制式委员会) 全力推荐计算机中的逐行扫描技术和变频扫描技术，以改善电视的清晰度和稳定度。A T S C 在最后推出的1 8 种图像格式中，有1 4 种是逐行扫描格式，见表l 。信号格式的选择取决于各种不同的应用需求，一种标准总是对应某些应用需求，但新技术开发中的商业目的也是导致标准与格式种类繁多的因素之。由于图像扫描格式的不确定，使世界各国
5、的数字电视研究人员和数字电视产业界无法把握市场认可的数字高清晰度电视的图像扫描格式，究竟哪种图像扫描格式能独领风骚，尚无定论。下面主要讨论H D T V 显示器总体设计中的图像扫描格式。目前已发表的美国A T S C 标准中允许有1 8 种视频图像格式，如表1 所示。除此以外，还发表了欧洲的D V B 标准，中国广播电影电视行业也推出了试用标准。综合其中的H D T V图像扫描格式，行频范围从2 7 4 5k H z ，帧频( 场频) 范围从2 4 6 0 H z ，其中2 4 H z 和3 0 H z 因重显频率太低只用于传输，在阴极射线管( C R T ) 显示器中可不作考虑。如果考虑和现
6、行模似电视的某些特殊处理格式兼 容( 例如：倍频处理的P A L 制6 2 5 行5 0 场，N T S C 制5 2 5 行6 0 场，倍频处理后行频分别是3 1 2 5 0k H z 和3 l表) A T S C 标准中允许的视频图像格式 磊丽F 葡隔_ i 瓦瓣而r19 2 01 6 ：96 0 1 ，3 0 P 2 4 pJ2 8 01 6 ：9f l o p 3 0 P m7 0 44 ：3 相1 6 ：96 0 I f l O P 3 0 P 2 4 P6 4 04 ：36 0 1 6 0 P 3 0 P2 4 P数字电视与数宇视频广播表2H D T V 和S D T V 以厦计算
7、机中典型的罔像扫描格式秆顿k H z2 8 1 2 53 12 5 03 12 5 03 15 0 03 37 5 03 78 7 94 50 6 04 69 7 54 80 7 7 帻( 场) 频H z5 0 1I O O If l o P1 2 0 1f l o lf l o P6 0 P7 5 P7 2 P备注HDIVS D T VI T 丌vS I Y I VH I Y I WS V G AH D I VV E S A V E S A 船瀚勰黼想就想靴淼5 0 0 k H z ，场频分别是1 0 0 H z 和1 2 0 H z 、加上计算机的几种扫描格式) ，应综合以上各种图像扫描格
8、式。下面 将常用的典型格式列于表2 。由表2 所列出的常用图像扫描格式可以看出，加入计算机的图像扫描格式，行频变为2 8 1 2 5 4 8 0 7 7k H z ，场频仍为5 0 1 2 0 l z 。在这样的行、场频率范围内，在H D T V 显示器总体设计中对图像扫描格式的设汁有三种技术选择方案，下面我们分别对这三种技术方案从技术、材料成本、生产以及市场适应面等方面加以讨论。1 ) 单行频技术方案这种方案从总体设计上考虑是针对某一特定市场在图像扫描格式中选择一种常用格式。例如表2 中的格式5 ，行频为3 37 5 0k H z ，场频为6 0 H z 。从技术角度上看单行频技术方案最容易
9、实现。实质上在现有的彩电扫描电路上加以改进就可以实现。目前中国有自主开发彩电能力的企业都可以选择这一方案。这方案的优点是技术难度小，成本相对较低，对于特定的市场，例如选择美国A T S C 标准的使用国家和地区都可以使用。因为目前使用的H D T V 信源解码芯片，无论是”公司，飞利浦公司，还是L G 公司的芯片，其 输人格式都可接收A T S C 标准的1 8 种输入格式。输出通常采用“视频格式转换器”将所有格式转换为4 种图像扫描格式输出：19 2 0 x l0 8 0 6 0 I ( 3 3 7 5 0k H z ) ，12 8 0 x 7 2 0 6 0 P ( 4 5 0 0 0k
10、H z ) ，7 0 4 x 4 8 0 6 0 P ( 3 1 5 0 0k H z ) ，7 0 4 x 4 8 0 6 0 I ( 1 5 7 5 0k n z ) 。前两种是H D T V的图像扫描格式；第三种是S D T V 的扫描格式；第四种是N T S C 模拟制式的扫描格式。显然第一种格式对电视生产企业来说在H D T V 显示器上比较容易实现。然而这种方案需要针对不同的市场应用需求，设计不同扫描格式的显示器。这对设计与生产管理等都有许多不便之处。例如：针对美国市场A T S C 标准，设计为19 2 0 x l0 8 0 1 6 0 1 ( 3 37 0 0 k I z )
11、格式，而对中国( 暂定标准) 和欧洲D V B 标准，应设计为19 2 0 x l0 8 0 5 0 1 ( 2 8 1 2 5k H z ) 格式。今后，市场应用需求是否会象模拟电视那样向统一的图像扫描格式发展，哪一种扫描格式会占主导地位尚无定论。然而，根据数字电视技术和市场的发展趋势，出现统一格式这种局面的可能性不大。由于数字电视技术上的特点，将电视技术、计算机技术、电信通讯技术的界线模糊，三种技术已融为一体。在数字电视发展的初期，计算机界和电信界就大力涉足数字电视，一开始就使H D T V 显示器的作用多样化。1 9 9 7 年4 月，美国计算机界的M i c r o s o f t (
12、 微软) 、C o m p a q ( 康柏) 和I n t e l ( 英特尔) 就宣布建立“数字电视联盟”( D i S t a l T e l e v i s i o n T e a m ) ，大规模进军数字电视产业，特别是D T V 接收机。美国电信界也有类似动向。除了L u c e n t 已经和M i t s u b i s h i ( = 菱) 合作以外I B M 和M o t o r o l a 等都已经涉足H l Y r V 视频编解码器芯片。技术上的需求和商业上的目的导致标准与格式种类繁多。著名的国际市场研究机构E T F o r e c a s t s 在最近的一份报告中
13、指出，未来5 年全球信息家电销量 将达3 亿台，超过P c 销量，而1 9 9 9 年的销量仅为12 0 0 万台。报告中对信息家电的定义是：廉价易用且基于电脑技术的，上有少量简单互连功能的装置( 各种不同用途和功能之间的互相转换) ，分为w e b 家电、计算家电、通信家电、娱乐家电及其它类，处理诸多用途。计算机显示器中的图像扫描格式从早期的C G A ( 1 5 7k H z ) E G A ( 2 4k H z ) ( 这两种格式已被淘汰) 到V G A ( 3 1 5k H z ) ，S V G A ，X V G A 等，行频一直在升高，显示器最高行频从3 1k m ，3 8k m ，
14、4 8k H z 。6 4 k m ，8 5k H z ，发展到1 1 5k H z 甚至更高，图像扫描格式达上百种，而且隔行扫描格式已很少使用，基本被淘汰。1 7 1伽伽珈数宇化趋势1 7 2H D T V 显求器中的19 2 0 x l0 8 0 5 0 1 或6 0 1 隔行扫描格式在观看活动图像时无不适的感觉，但是在观看文字画面时，笔者使用各种高清晰信号源做了大量对比实验，虽然扫描线比模拟电视多了一倍，但是在文字 较小时隔行效应引起的抖动仍不容忽视，特别是3 6 英4 、4 0 英寸犬屏幕H D T V 屁示器尤为明显，长时间观看时，眼睛仍然有疲劳感。而用12 8 0 x 7 2 0
15、6 0 P ( 4 5k H z ) 逐行扫描格式做同样实验，则完全没有抖动现象。因此在显示文字信息时，最终市场能够接收的应该是逐行扫描格式。而由于前面所提到的原困，展示文 字信息是H D T V 显示器最基本的功能之一。单行频方案很难适应市场的这种发展需要。2 ) 双行频拄术方案这种方案从整体上考虑是针对两种市场普及率较大的最常用的基本图像扫描格式，即表2 中格式1( 2 8 1 2 5k H z ) 和格式5 ( 3 3 7 5 0k H z ) 。在9 0 年代初期的计算机显示器设计中，许多机型都采用这种方案。双行频技术方案在技术上难度要比单频方案要太点，但是具有独立设计能力的电视企业设
16、计开发这一方案的H D T V 显示器应该是没有问题的。双频方案的优点是设计难度不大，比较容易实现。它基本可以满足数字电视中各种图像扫描格式的要求，而且由于表2 中的格式5 ( 行频3 37 5 0k H z ) 和格式3 ( 行频3 1 2 5 0k H z ) 相差不太( 25k H z ) ，所以略加改进的电路，兼容3 37 5 0k H z 和3 I2 5 0k - I z 两种格式难度不大。因此，基 本可以覆盖行频从2 81 2 5 - 3 3 7 5 0k H z ( 甚至3 8k H z ) 的所有逐行和隔行扫描格式( 表2 中的1 ，2 ，3 ，4 ，5 格式) 。但是双行频方案在小信号处理时虽然比较好办，但在大信号处理时需要增加大功率切换元器件。大功率器件在高电压大电流状态下频率切换时的动态配合无论对设计和生产：I ：艺都提出r 很高的要求。因而在批量生产时工艺控制的难度较大。另外大功率元件的增加，使成本上升，其材料成本与F 面讨论的变频方案基本相等，甚至
