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家庭娱乐将续演“数字”风潮,本土芯片和设备厂商须抓紧研发时机

上网日期: 2007年01月15日 ?? 作者: 周志明 ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:家庭娱乐? 数字家庭? 家庭联网? 数字电视一体机?

一家人懒洋洋地躺在客厅沙发上,共同观看着时事新闻、电视剧或体育赛事,或是通过DVD播放机欣赏流行大片。或者是家庭中的某个成员,通过书房中连接至宽带网络的台式或笔记本电脑来玩单机游戏、在线休闲小游戏乃到大型网络游戏,或是观看网络视频短片和在线电影。总的来看,这种以客厅电视为中心的适合多人的娱乐消遣和以书房电脑为中心的以个人为主的娱乐消遣相互并存,在中国家庭中常见而普通,并且构成了目前家庭娱乐的主体。

毋庸置疑,数字化和网络化技术在满足和提升家庭娱乐体验方面将在未来几年继续席卷中国的家庭,相关的家电设备开发也将顺应这种趋势伸展和演变,作为产业链最上游的半导体界,正在积极涌入的中国本土厂商的表现值得期待。

高集成度芯片为数字电视一体机(iDTV)铺路

对于用户来说,在家庭娱乐方面的需求永无止境。仅从家庭娱乐的重要载体-电视来说,目前中国约有4亿台电视机,基本上都是模拟电视。对于中国家庭用户来说,模拟电视在提供操控简单、费用低廉的优势的同时,也面临着节目源不够充沛、互动性极为欠缺等弊病。而根据国家广电总局的规划,到2010年中国将普及数字电视,并在2015年全面停止模拟电视业务。

众所周知,在中国地面数字电视标准将于2007年8月实施之前,全国多个城市早已开始轰轰烈烈的数字电视整体转换运动,主要方式就是为模拟电视搭配一个数字有线机顶盒。对于普通用户来说,这种数字电视在为用户带来更多节目源的同时,也付出了更大的室内占用空间、更复杂的连线和操控方式、下降的画面质量等代价。用户需要在享受数字电视优点的同时,也能够尽量避免其劣势,这为iDTV创造了一定发展空间。

在这方面,美国联邦通信委员会(FCC)已作出规定,自今年3月开始,所有在美国销售的电视机都必须内置数字电视调谐器。针对这个市场,长虹、康佳和TCL等许多中国家电厂商已经早开发出一系列面向出口市场的数字电视一体机。

在这些数字电视一体机的背后,是诸多海内外半导体公司开发的高集成度芯片。实际上,从IC设计本身来讲,一个重要的趋势就是集成度越来越高,越来越多的功能正被集成到一颗数字电视芯片上,形成各种各样的所谓系统级芯片(SoC)。一般是先将后端功能相集成,再逐步向前端集成拓展。不同的公司甚至也各施所长,共同为iDTV打造参考设计或相关解决方案。如LSI Logic和Micronas公司合作推出了一款据称具有iDTV所需全部功能的参考设计,其中包括LSI的DoMiNo DMN-8833 ATSC解码器处理器、Micronas的DRX-H ATSC/QAM解调器和VCT-P多合一平板电视处理器。Genesis Microchip也于去年9月宣布与Iwedia Technologies合作推出一套数字电视整体方案,其中结合了Genesis的PurVIEW HD 500(gm10500)高清晰和标准清晰数字电视解码器、Cortez系列视频处理器,以及Iwedia的COMEDIA DVB中间件,用于iDTV中。

另一方面,随着PCMCIA在2006年4月开始成为信息产业部颁布的数字电视机卡分离行业推荐性标准,支持DMB-TH和PCMCIA的iDTV开发也成为业界关注热点。就在2006年11月下旬,从事基于PCMCIA插卡接口的iDTV条件接收模块(CAM)卡开发的深圳国微电子有限公司与中国数字电视产业联盟、中视科技公司宣布,三方将在技术开发和市场推广方面与中国广电运营商、整机制造商和设备供应商建立战略合作伙伴关系,共同开发兼容中央电视台高清频道的iDTV,并发展高清数字电视用户。(注:数字电视产业联盟的主要成员包括长虹、TCL、康佳、创维、海信、厦华、上广电、西湖数源等厂商。)

市场研究公司iSuppli预计,2006到2010年期间,中国产的iDTV将主要用于出口,而这五年间中国内销的iDTV出货量有望达到550万台,即占中国在这一时期内iDTV生产总量的19%。该公司认为,如果中国政府与美国政府已经采取的措施一样,要求最终采用iDTV,这一数字将会急剧攀升。iSuppli认为,要想在iDTV业务中取得成功,电视机OEM就必须与DTV服务运营商合作,同时必须把他们的供应链扩展到能为iDTV提供所需半导体及其它组件的新供应商。


图1:数字家庭娱乐价值链中的设备及供应商

不过,对于iDTV在2007年的前景,康佳集团总体技术研究所总工程师陶显芳并不看好。他认为,当前业界都在炒作基于本土标准的iDTV,实际上标准本身都还没有完全确定,而电视生产厂商盲目跟进将会大亏。实际上,由于许多中国家电厂商所注重的美国ATSC数字电视市场据悉涉及到ATSC标准背后的诸多专利的收费问题,使得业界担心中国的数字电视生产与出口是否会重蹈DVD播放机的覆辙。

中外厂商比拼数字电视芯片开发

一般而言,数字电视接收部分主要包括两部分。一部分是前端接收部分,主要由调谐器和调解器,另一部分是后端解码器,负责后端音视频解码处理工作。总体上看,支持欧洲DVB和美国ATSC数字电视标准的芯片开发已经非常成熟,已经面市了许多解决方案。这其中以欧美厂商为主导,但本土芯片厂商实力也在逐渐增长之中。

在数字电视前端的硅调谐器和解调器等技术难度比较高的领域,支持欧洲和美国地面或卫星数字电视标准的芯片开发已经非常成熟,主要开发商包括Microtune、NXP、飞思卡尔、科胜讯、Broadcom、ATI、英特尔(收购了卓联的相关业务)、DiBcom、ST、Micronas和Zoran等公司。

不过如今,在这些前端领域,本土厂商正在兴起,如杭州国芯、北京海尔和上海澜起科技等。其中杭州国芯推出了支持DVB-T/DVB-C/DVB-S的一系列数字电视信道解调芯片,澜起科技也推出了支持DVB-C的M88DC2000解调芯片。清华凌讯科技甚至推出了针对本土DMB-TH标准的信道解调芯片。


凌讯科技符合中国地面数字电视传输标准的DMB-TH信道解调芯片

而在后端音视频解码处理领域,同样竞争激烈,ST、Zoran和富士通等公司拥有较大影响力。以ST为例,基于该公司DTV100平台的康佳液晶数字电视一体机于2006年10月实现量产,以配合圣诞节销售旺季。该平台的核心是ST的解码器视频处理器二合一芯片STD2000。这款芯片采用90nm CMOS制造技术,可解码、显示模拟和数字两种电视广播信号,解决了邻道噪声和多道互扰问题,并能解码两个同步的标清(SD)电视信号,以及为平板电视提供高清信号解压缩、视频处理和显示功能。

而中国本土的IC设计公司也积极开发后端视频解码与处理芯片及负责控制各组件的处理器芯片,如深圳力合微电子、海信信芯、杭州国芯、奇码信息、海思半导体和成都威斯达等,甚至中科院系统开发的“龙芯2号”和“凤芯2号”也纷纷将目光也瞄准了数字电视应用,特别是凤芯2号是支持中国本土AVS标准的音视频编解码芯片。

高集成度作为数字电视芯片发展的方向,中外芯片厂商均为此展开了同台竞技。例如,从海外公司来看,Broadcom的高集成度数字电视SoC BCM3560结合了有线/地面4/1024 QAM和8/16-VSB接收器、带外QPSK接收器、NTSC解调器、DVI/HDMI接收器、传输处理器、数字音频处理器、高清MPEG视频解码器、2D图形处理、模拟音视频处理、模拟视频数字转换器和数码转换器功能、立体声高保真音频DAC、250MHz MIPS处理器以及外设控制功能。

而本土厂商欲与国际厂商试比高,上海奇码推出了AV1_ZJ2.X,该SoC集成了传输解调复用器、MIPS 18?MHz CPU、视频解码和后处理、电视编码、SDRAM控制、外围存储器接口、I/O和音频解码器等组件。凌讯科技也正考虑先将模数转换器(ADC)和解调器集成成单芯片,未来还将把ADC、解调器和调谐器集成,这样有效减少体积和功耗。杭州国芯也已将数字电视接收终端中的解调、解码、视频处理及32位CPU控制器等功能全部集成在单个SoC芯片中。而上海澜起科技面向数字卫星接收设备开发的M88TS2000单芯片直接转换调谐器则据称是迄今出现的集成度最高的卫星调谐解决方案之一,它内置的模块包括LNA、正交下变频混频器、具有较低相位噪声和快速锁定功能并配有片上回路滤波器的频率合成器、带回路滤波器的直流偏差补偿环、自修正可编程基带通道滤波器、RF AGC回路以及带辅助时钟输出的晶振。高集成度使得芯片管脚数大大降低,并同时减少了对外部器件的依赖度。此外,该芯片还具有时延短和功耗低等优点。

与海外厂商相比,本土芯片公司存在着进入市场时间晚、技术成熟度相对较低等劣势。以复旦微纳电子为例,该公司在2006年11月宣布,其支持DMB-TH标准的“中视二号”信号解调芯片研发成功。不过,该公司在同期举办的中国国际工业博览会上展示的却是该芯片的FPGA系统仿真和应用产品系统模块,离真正的商用芯片还有较远距离。该公司要在所厚望的2008年北京奥运会商机来临之前向市场推出成熟的可用芯片,还需克服很大挑战。

不过,在数字电视芯片开发上,本土公司还是拥有一定固有的优势。如果能够恰当利用好优势,同样可在市场上赢得生机。这些优势包括熟悉本土市场需求,更熟悉甚至参与了DMB-TH和AVS等本土数字电视标准的制定过程。特别是随着支持海外数字电视标准在专利费问题的发烧,本土相关标准的专利收费问题相信也将浮出水面。而在这方面,本土芯片公司在专利费问题上应该享有一定“优待”,可以降低不少支出,从而为他们开发出符合本土需求的“物美价廉”的数字电视芯片奠定基础。这在另一方面,也可使中国消费者能以更低的成本获得支持本土标准的数字电视内容及音视频体验。

机顶盒研发仍有生命力,IP盒子是最大看点

对于用户来说,尽管通过有线或卫星数字机顶盒结合模拟电视,或是通过数字电视一体机本身,可以享受到更多的节目来源。但无论是有线还是卫星数字机顶盒,技术发展都比较成熟,并且通过这些设备所享受到的内容还根本无法与浩如烟海的互联网内容相比拟。在这种情况下,通过IP机顶盒同时结合传统电视与互联网服务、可为用户提供更丰富语音、数据和视频服务的IPTV早就成了业界关注的焦点,相应地IP机顶盒也成为当前机顶盒开发的最大看点和热点。

一般而言,IP机顶盒由软件和硬件两大部分组成。其中就软件而言,分成应用层、中间解释层和驱动层三层,每一层都包含了诸多的程序或接口等。硬件则包含了主处理器(CPU)、内存、调制解调器、回传通道、条件接收接口、外部存储控制器以及视音频输出等几大部分。

从架构来看,IP机顶盒主处理器主要包括三种架构,分别是基于专用芯片(ASIC+SoC)的架构、基于多媒体DSP(RISC+DSP)的架构和基于x86处理器的架构。各种厂商围绕不同架构展开了激烈角逐。

以英特尔为例,该公司于2006年11月在上海举行的英特尔信息技术峰会上透露了其面向新兴家电应用的联网型消费电子平台,显示他们为了推动家庭娱乐市场,选择了在娱乐PC之外的第二条腿走路。该平台的核心构建模块是代号为Olo River的媒体处理器,它基于XScale处理器内核,集成了2D/3D图形加速器、MPEG-2和H.26?解码器、DSP音频编解码器、硬件加密/解密单元和多种接口等功能。此外,英特尔还推出了代码为Olo Creek的英特尔媒体处理器开发平台,并凭借丰富的软件构建模块(包括Linux操作系统支持、媒体驱动器、平台驱动器、显示驱动器和Olo River SDK套装)。基于Olo River媒体处理器的CE平台能够被用于创建IP数字机顶盒、混合IP数字机顶盒和数字媒体录放机(DMR)等设备,以此增强消费者的娱乐体验,包括视频点播、VoIP、视频电话、卡拉OK、在线游戏、无缝观看广播和宽带内容和数字媒体录放等。

不论是英特尔的Olo River媒体处理器,还是TI基于达芬奇平台的TMS320DM6?4x数字媒体处理器和NXP基于Nexperia PNX8550家庭娱乐引擎的STB810参考平台,均是基于“RISC+DSP”的架构。而LSI Logic基于DoMiNo平台的DoMiNo-8833似乎是基于其专用芯片架构。


NXP基于Nexperia PNX8550家庭娱乐引擎的STB810参考平台结构框图

具体而言,Olo River所采用XScale RISC CPU频率高达1GHz,而TMS320DM6?4x采用了300MHz ARM926EJ-S内核和600MHz的C6?x+ DSP内核,PNNX8550为266MHz的MIPS32内核结合两个频率均为240MHz的TriMedia媒体处理内核。这种媒体处理器的高速运算能力完全可以实现适合不同协议的通信终端;采用这些芯片可以很方便地实现MPEG视频和音频处理、H.263视频处理,以及数字机顶盒、DVD播放机和数字电视等。

而在x86架构的处理器方面,威盛的Eden处理器同样也将机顶盒作为其目标应用之一。另有消息称,为了方便用户移动PC上的应用软件和数字媒体内容,使得PC与家电产品充分互动起来,英特尔正在开发针对机顶盒等家电应用的新兴嵌入式IA处理器(EIA),所采用的就是与目前主流CPU一样的x86架构。

基于x86架构处理器的IP机顶盒有多种优势:一是它可以对不同格式的文件进行编解码,可以处理各种各样格式的片源;相比较而言,每一种RISC架构的嵌入式处理器只能针对一种格式进行编解码,要想兼容所有格式的片源就要用多个RISC的CPU,这就增加了系统的成本;二是x86架构的CPU有较齐全的应用软件,维护成本低; 三是基于X86架构的嵌入式系统可以轻松与PC资源共享。

不过,TI公司DSP业务发展经理郑小龙认为,机顶盒等数字家庭终端都是嵌入式产品,需要操作简易而又有很低的功耗,因此采用x86平台“未必是一个好的选择”。

实际上,从用户体验的角度考虑,通过IP机顶盒实现的IPTV业务主要就是将通过传统连接至互联网的PC观看流媒体视频的书房体验转移到客厅,将前倾30°的坐姿变为后仰30°的坐姿,将键盘操作改为遥控器操作。业内人士指出,这些改变要求IPTV机顶盒的设计充分考虑习惯于操作电视机的广大用户群体,应尽量保持操作简单、性价比适中和耐用的特点。

多核处理器技术将更强娱乐PC与游戏机体验引入客厅

在数字电视及IPTV技术不断发展的同时,更强调实时多任务处理功能和流畅的多媒体处理能力的娱乐PC和游戏机也争相进军家庭娱乐应用,未来几年必定受到中国一定用户群的拥趸。举例来说,CPU巨头英特尔和AMD纷纷携其娱乐PC平台加入家庭娱乐战团,并期望以此在家庭娱乐中占据主导地位。不管是英特尔的欢跃(Viiv)平台,还是AMD的Live!平台,两者都强调电脑不要再只有工作用途,而是成为家庭娱乐中心,如游戏、视听、联网甚至消费的中心。

Viiv和Live!平台均使用双核处理器,并搭配微软Windows MCE操作系统。其中Viiv平台搭配英特尔Core Duo处理器,而Live!则要求使用AMD的双核台式电脑处理器Athlon 6?x2。在具体策略上,英特尔与AMD略有不同,英特尔要求使用该公司的芯片组、无线上网组件和软件,并指定了其它一些元件的使用,PC厂商还需要通过Viiv兼容性测试;而AMD并不要求PC制造商必须使用特定元件,使其能够差异化各自产品。

除了娱乐PC,微软、索尼和任天堂等游戏机巨头也积极瞄准家庭娱乐市场。微软早前推出的XBOX 360游戏机就采用了包含3个PowerPC处理引擎(PPE)的3.2GHz Xenon处理器。索尼近期推出的PlayStation 3(PS3)游戏机也搭配了采用多内核架构的3.2GHz Cell宽带娱乐引擎,每颗Cell处理器包含一颗6?位的PowerPC处理引擎以及8颗128位协同处理引擎(SPE)。此外,任天堂近期开始发售的Wii游戏机就搭配了IBM的Broadway处理器,其主频为729MHz,包含一个或两个PowerPC处理引擎。

由此可以看出,三大游戏巨头背后都隐藏着另一个巨头IBM,基于其Power架构的PowerPC处理器已经成为游戏机处理器的基石,未来将继续引领着游戏机处理器的发展。

值得一提的是,在下一代DVD标准中针锋相对的蓝光DVD和HD DVD的命运有可能取决于游戏机中相应光驱的普及程度。索尼寄望通过PS3与蓝光DVD的结合来主导高清DVD的发展,该公司相信,伴随着PS3的全球热销,蓝光DVD有望比HD-DVD更早地在市场上实现大规模应用,从而推动价格降低和进一步的应用普及。但东芝并不示弱,该公司已经投入重要资源在支持微软XBOX 360的外挂式HD DVD-ROM上。有业内人士预计,这两种制式之争有望在未来一年内见出分晓,关键就在于谁能在游戏机领域取得主导。

简化设备间内容传输,新兴高速接口/传输技术将继续受到追捧

随着家庭娱乐应用中的各种数字设备的增多,用户在对这些设备联网、高速连接的需求也在增加。基于五类以太网电缆和其它采用家庭中已有电话线、电力线和同轴电缆的线缆式家庭联网技术和WLAN等无线联网技术的发展方兴未艾,如以太网、HomePNA、MoCA、HomePlug和802.11n等均取得各自研发进展。

另一方面,用户对在各种设备之间实现简便和高速连接以传输数字和音视频内容的需求更是水涨船高。推动新兴的数字接口、传输技术在代替传统的音视频连接方式上取得显著成绩,例如高清多媒体数字接口(HDMI)技术就开始演变成家电设备的一个标准接口,越来越多地被用于数字电视和与数字电视相连的机顶盒、DVD播放机和游戏机等设备,并向PC和笔记本应用迈进。1.3版HDMI的带宽已经提升到了10.2Gbps。据统计2006年,460多家制造商生产了约6,000万台HDMI产品,到2009年,这一数字将会超过5亿。

对于中国从事HDMI研发的公司而言,除了授权年费有所降低,近期的另一个好消息是硅谷数模(Analogix)半导体公司于2006年11月中旬宣布,位于北京中关村Analogix研发中心内的中国大陆首个“HDMI互联互通实验室”已正式对厂商免费开放。该实验室的成立正是基于解决HDMI设备之间互通性差的问题,帮助众多厂商及时发现设计中的问题,加速推进优质产品上市。

该实验室将为HDMI使用者提供的服务包括:不同HDMI设备间的互连互通测试、与HDMI相关的产品软硬件调试、HDMI接口解决方案及相关器件选型、HDMI标准及芯片技术的相关咨询与培训、新一代数字多媒体接口技术的相关咨询与培训等。实验室可测试内容涵盖所有具备HDMI接口的音视像设备,包括:信号来源装置,如DVD播放器、机顶盒、PC、数字摄录设备等;信号接收装置,如电视、投影机、显示器等;信号中继装置,如家庭影院接收器。

据悉,目前该实验室已为众多中国家电厂商完成HDMI互连互通测试,如海信、海尔、长虹、乐华、创维等,此次正式对外开放,是希望更多国内企业参与到此测试当中,共同努力完善带有HDMI接口的设备性能。这样一来,更广泛的用户可望享受到HDMI带来的无压缩音视频内容传输体验。

当然,不可否认的是,HDMI也面临着线缆价格高昂和安装成本较高的问题。实际上,针对个人所属不同设备或单个家庭多个设备之间的小范围无线连接,已成为诸多公司挖掘商机的重中之重。例如业内一些厂商就在推动UWB、无线HDMI(Wireless HDMI)甚至是采用60GHz技术的无线高清(WirelessHD)。这些技术提供的速率相当惊人,高达数百Mbps甚至数Gbps。不过,由于相关技术仍在开发之中,甚至规范本身还不尽制定完成,存在诸多技术和法规挑战,故而离真正的多芯片供应来源和商用还有相当远的距离。

总的来看,2007年中国厂商最重要的还是推进HDMI技术的研发。当然,从长远来看,也应留意基于超宽带(UWB)技术的各种变种技术,如蓝牙高速规范等的发展。

方便数字内容共享,内容转码技术值得关注

对于消费者来说,他们不仅需要在家庭内各种数字设备之间传输内容,也需要与移动设备甚至汽车信息娱乐系统实现内容传输,并且要求这些内容在任何设备上都能任意欣赏。这其中就涉及到大容量、多格式的视频转码技术问题。

TI首席科学家方进指出:“消费者对于娱乐的需求没有止境,在多种格式间转码是未来所有视频产品获得成功的必备技术。”他认为,DSP技术将作为关键一环,为多种消费类设备间的转码技术奠定基础。他表示:“作为可实现实时转码功能的全面可编程DSP技术供应商,TI将充分利用自身在多格式高级视频编解码器领域业经验证的专业技术,推出多种提供上述功能的客户端媒体解决方案。”

此外,LSI Logic公司也在2006年10月推出了其DoMiNo[X]多格式高清媒体处理器架构。该架构可以编码、解码和转码H.26?和VC-1等下一代格式,同时又可支持MPEG-4、MPEG-2、MPEG-1和DV等现有格式。该公司表示,DoMiNo[X]架构可以处理多种数字视频流,包括双重高清(HD)视频、双重标清(SD)编解码、HD和SD解码和HD到HD转码。其中,H.26? HD和MPEG-2 HD之间的转码对于传统的数字视频设备向下一代数字视频设备的过渡来说尤其重要。据悉,DoMiNo解决方案已获得NASA的采用,用于从太空广播高清质量的画面;该方案还将用于摩托罗拉的机顶盒和LG、松下、飞利浦等公司的DVD录像机产品。

作者:周志明






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