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1、【 設計論壇】LCD TV視訊解碼器技術概述丹尼爾CD TV屬於高整合性電子產品，它涵蓋了演算法、軟體、韌體、硬體、晶片、無線射頻等領域，且許多專利仍是屬於國外大廠或機構所擁有。LCD TV除了包含了網路通訊的功能以外，還包括OSD和縮放控制器、螢幕驅動等功能，其技術複雜度高。本文將介紹LCD TV之視訊解碼器技術。 就技術層面而言，LCD TV是屬於高整合性的電子產品。它涵蓋了演算法、軟體、韌體、硬體、晶片、無線射頻等領域，而且有許多專利是屬於國外大廠或機構所擁有。目前國內很缺乏熟悉這塊領域的系統整合人才。曾經有一家大型的外商公司過去兩年多以來一直在台灣尋找這方面的資深研發人才，想拔擢這些人
2、來擔任他們大中華地區的資深FAE。可惜至今這些外商公司仍然找不到合適的人選。目前即使在先進國家，由於LCD TV或HDTV仍然屬於最新的產品，熟悉這塊領域的技術人才，其實也不多。與之相近的，應該是數位機頂盒（digital STB），不過，前者的技術複雜度又遠遠超過後者，因為LCD TV或HDTV除了包含了網路通訊的功能以外，還包括OSD和縮放控制器（scalar）、螢幕驅動等功能。所以，即使設計過STB的人，也不敢隨便說LCD TV或HDTV的技術很簡單。LCD TV的硬體架構(圖一)是LCD TV的硬體架構示意圖。其中，比較重要的影音單元有：中央處理器、視訊解碼器（video decode
3、r）、射頻調頻器（RF tuner）、頻道解調器（channel demodulator/decoder）、音訊編解碼器（audio codec）。此外，還可能包含一般常見的I/O介面與裝置，例如：USB、1394、藍芽、WLAN、IrDA、MMC/SD/CF、乙太網路、數位相機、DSL或纜線數據機（cable modem）、PDA等。 圖一LCD TV的硬體架構視訊解碼器(圖二)是一個LCD TV/HDTV視訊解碼器與相鄰晶片之間的關係。它具有下列的主要功能：(1)可程式化的像素（pixel）輸出埠：由8至30個位元來決定像素的YCbCr/RGB之比例，例如：4：2：2或4：4：4；(2)支
4、援外部的射頻調頻器，具有10-bit的數位基頻合成（composite）視訊輸入單元；(3)自動辨識和處理VCR或數位電視訊號；(4)透過像素輸出埠支援垂直空白間隔（vertical blank interval；VBI）數據之輸出，可以用來傳送字幕（closed caption；CC）資料，例如：傳輸即時的股市行情。其它VBI資料可以透過I2C介面傳輸，例如：版權產生管理系統（copy generation management system；CGMS）、寬螢幕訊號（wide screen signalling）、增強解析度電視（enhanced definition television；
5、EDTV）、CC字幕、延伸數據服務（extended data service；XDS）；(5)支援全球現有的多種色彩格式：* PAL B/D/I/G/H、PAL60、PAL M、PAL N、PAL Nc* NTSC M/J、NTSC 4.43* SECAM B/D/G/K/L* NTSC正方像素（square pixel）(6)支援HDTV的所有輸入訊號，例如：525p、625p、720p和1080i，以及其它高解析度（HD）和SMPTE（Society of Motion Picture Engineers）標準。也支援標準解析度（SD）；(7)除支援CVBS、S-Video、YPbPr、
6、RGB以外，還支援五線的YPbPrHV/RGBHV和CSync，如(圖三)。圖二視訊解碼器的位置圖三支援多種視訊輸入格式視訊串流的路徑(圖四)是一個簡易的LCD TV或數位電視接收系統之架構。它包含了上述的硬體架構，也包括了必需的軟體。 圖四簡易的LCD TV系統架構從解頻器、解調器傳來的MPEG-2傳輸串流（transport stream；TS），經過解多工器（demultiplexer）之後，可以得到視訊、音訊、數據、次標題（subtitle）或字幕等不同的訊號，再經過視訊解碼器（例如：MPEG-2/4或H.264）、音訊解碼器，得到的資料是最原始的（raw）資料。這些資料會被中央處理器
7、送到適當的通訊協定層，例如：V4L2、RTP/RTCP/RTSP、HTTP、Java應用程式等，之後透過回傳通道（return channel），例如：乙太網路，將這些資料送到網際網路上；或送至OSD、音訊DAC，交給LCD和揚聲器播放。沒錯，數位機頂盒也具有上述的類似功能。它和LCD TV一樣也都具有有條件擷取（conditional access；CA）的功能。只不過，LCD TV的螢幕都是內建的，而且，一般的數位機頂盒只能透過單一的路徑來取得視訊，但是，LCD TV可能可以透過4種不同的路徑來取得視訊，這包含：衛星數位、數位地面、網際網路、纜線數據網路。不過，就互動式電視的軟體而言，數位
8、機頂盒和LCD TV的軟體是非常類似的，甚至是一樣的。在裝置驅動程式（device driver）層，為了能播放數位電視訊號，LCD TV的I/O埠必須要有LCD驅動程式（能夠設定OSD和scalar）和音訊驅動程式。為了能將互動資訊傳送至網際網路上，它也需要乙太驅動程式和DSL（或纜線）數據機驅動程式。外部裝置也可以透過IrDA或I2C、SPI、UART等介面，將資料送給LCD TV處理。此外，接收端的視訊/音訊解碼器的驅動程式也位於這一層。有許多工程師不瞭解LCD TV或數位機頂盒的視訊資料流（data flow）之行動路徑，因此經常造成除錯上的困擾，尤其是在經過視訊解碼器之後，訊號應交給
9、中央處理器處理，而不是其它元件。同理，如果在圖四中的訊號來源換成是乙太網路，而不是射頻天線，在經過視訊解碼器解碼之後的訊號仍應交給中央處理器。此外，在圖四中，不管是MPEG-2 TS或PS/PES，都可以將它們視為最底層的數位資料封包，其地位和角色皆如同乙太封包一樣，有別於類比訊號。解碼引擎由於視訊、音訊格式的多樣化，使用單一的解碼器已經無法滿足這麼多的需求。於是有所謂的解碼引擎（decode engine），它可能是一顆RISC或DSP，負責重置、停止、載入和啟動韌體或微碼（microcode），並處理所有與串流解碼無關的工作，例如：輸出聲音。每個解碼引擎內部具有數個解碼器，負責下列的工作：
10、(1)開啟或關閉單一串流；(2)傳送命令。例如：初始化、解除初始化、播放、暫停、停止等；(3)取得目前的狀態資訊。例如：播放中、已暫停等；(4)各種串流獨有的特性。例如：資料格式等。在這些RISC或DSP內部都具有許多個硬體模組，而每一個模組都具有特定的實體功能；這些功能通常可以利用暫存器（register）來設定。一般而言，這些RISC或DSP會包含下列的硬體模組：(1)解多工（demux）引擎：同時對視訊和音訊分工；(2)MPEG引擎：是一個視訊DSP，內含一個視訊解碼器和一個子圖像（subpicture）解碼器；(3)音訊引擎：是一個音訊DSP，內含兩個音訊解碼器和一個混頻器（mixer
11、）；(4)中央處理器：CPU核心、DMA、中斷處理單元。這些RISC或DSP的軟體模組是利用硬體模組來產生執行緒（task）。例如下列的軟體模組：(1)系統區塊：PLL初始化、DRAM設定等；(2)圖形加速引擎：使用圖形加速命令所控制的FIFO，來加快處理速度；(3)字幕解碼模組：軟體的字幕解碼單元；(4)I2C：軟體的I2C介面，為可程式化的輸出入埠（PIO）；(5)記憶體管理模組：DRAM的配置。解碼引擎的驅動程式通常，視訊解碼引擎的驅動程式會包含下列幾個單元，如(圖五)：(1)與作業系統和晶片無關的應用程式介面（API）：控制暫存器和DRAM的存取；(2)硬體抽象層程式庫：與硬體相關，可
12、透過XML語言來設定它，以適應特定的晶片。它不包含與作業系統相關的API，只會呼叫與作業系統和晶片無關的API；(3)最少的核心模組：它在上述(1)之上方，負責存取暫存器和處理DMA，並且處理OS核心的全部作業，例如：IRQ處理、DMA配置等；(4)核心模組：它呼叫最少的核心模組，以存取硬體。圖五視訊解碼引擎的驅動程式架構記憶體的配置記憶體配置是在開發視訊解碼裝置時，必須特別考量的。(圖六)是典型的視訊解碼器之記憶體配置；(表一)是各種視訊格式在解碼時所需要的記憶體大小。配置記憶體時，必須避免分割太小和太多。務必先配置大的、長時間使用的緩衝空間（buffer）；在進行多通道播放時，應避免不必要
13、的配置或釋放緩衝空間。圖六視訊解碼器的記憶體配置表一各種視訊格式的記憶體需求本文相關連結市場動態: 從潮流趨勢來說，LCD是主流了，只是一台LCD的解析度往往是固定的，不像CRT那樣可以隨意的調整解析度，技術上只有兩種辦法：第一種為居中顯示。例如您想在1024768的螢幕顯示800600的解析度時，只有橫向1024居中的800個圖元，縱向768居中的600條網線，可以被呈現出來。 有源LCD是指最目前應用普遍的薄膜電晶體（thin film transistor：TFT）LCD，顯示圖像的效果與無源的比，較清晰、較分明、視角較大；之所以如此，是因為有源LCD更新螢幕的頻率較快，而且它螢幕上的每
14、個象素，分別是由一個獨立的電晶體控制的（無源的就不是）。延伸閱讀: PDP（等離子）平板顯示技術由於成本優勢主要應用在尺寸超過40英寸的大螢幕彩電市場，而TFT-LCD在40英寸以下彩電市場具有較強的競爭力。TFT-LCD與PDP相比有解析度高的優勢，因此隨著TFT-LCD技術的不斷完善和成本的滑落，TFT-LCD也將在大螢幕彩電市場對PDP形成挑戰。 LCD顯示器與LCD-TV的應用不同，LCD顯示器是作為資訊用的個人使用產品；而LCD-TV是作為視訊產品的家庭使用產品。由前述章節所論，我們了解，LCD-TV作為家庭使用的視訊產品，需提供多人在明亮的客廳中觀賞新聞、運動競賽等節目。 數位顯示技術的需求提供了LCD 顯示技術往LCD-TV快速發展的契機，但是LCD-TV尺寸大型化後，為求與CRT-TV 及PDP-TV 相關技術競爭，勢必積極降低成本。LCD 面板廠積極投資六代、七代、甚至八代廠，除了為了建立競爭優勢外，同時為的也是能因此而降低成本，提升產品競爭力。本文內容（包括圖片）非經同意不得轉載（除有另行約定外）EEdesign 擁有內文著作權，但文責由作者自行負責，不代表本網站立場。【】【】【】【】
