消费电子和多媒体影音视讯技术设计推陈出新

上一期我们介绍了美国硅谷半导体电子厂商在高速传输接口规格的技术革新发展现况。另一方面在消费电子和多媒体影音视讯应用领域，硅谷厂商也不断地因应市场需求，推出各类处理芯片、低功耗控制和弹性化设计平台解决方案。目前高解析串流影音应用在电子、系统及网通设备领域的发展方兴未艾，多媒体影音视讯芯片设计及视讯算法攸关视讯质量甚巨，包括针对多媒体行动上网装置开发所需的弹性化设计平台也越来越重要。同时，提升支持多媒体视讯影像传输的功率接口控制设计、与无线基地台宽带增益的效能，对于强化多媒体影音视讯传输质量亦有所帮助。硅谷厂商Tensilica、Quicklogic和Linear在相关应用领域正积极推出最新成果。此外，MEMS频率控制技术应用在消费电子领域的发展前景亦备受市场瞩目，SiTime在此部分已累积相当的技术优势，特别是在手持装置应用。另外针对实时方位跟踪、无线感测传输、行动设备和资产追踪标识的Wi-Fi网络应用，G2 Microsystems集中研发资源提出相关Wi-Fi低功耗SoC设计，可有效降低待机功耗和基础建设布建成本。以下便是相关介绍内容。

Tensilica勾勒多媒体影音视讯芯片设计轮廓

数字家庭（digital home）、个人消费电子、车用娱乐系统（infotainment）应用以及尘埃落定的蓝光（Blu-ray）播放器标准，正带动着高解析串流影音技术的快速革新，SoC设计以及DSP处理器的角色，对于呈现高解析语音和高画质视讯质量来说越来越关键，如何满足市场瞬息万变的应用需求以及缩短上市时程，一直是多媒体影音视讯芯片设计大厂的关注焦点。

《图一 Tensilica市场策略经理暨技术推广讲师（Technology Evangelist）Steve Leibson表示，提供逼真视讯图像让用户根据不同显示设备调整画面的数字视频压缩技术，以及提高图像质量和色彩还原能力的视频预先处理和后置处理器设计，是市场产品差异化的重要关键》

Tensilica市场策略经理暨技术推广讲师（Technology Evangelist）Steve Leibson表示，高解析语音标准和音频处理器芯片设计正面临三大挑战：行动装置、数字家庭和耳机产品的音频标准越来越多，效能需求益加严苛外，音频处理技术复杂度也越来越高。既有16位DSP无法满足消费电子应用需求，手机厂商需要24位的音频处理器解决方案，并可支持多声道音频传输功能。Tensilica的HiFi 2音频引擎可编程处理器IP内核，可支持24位高解析音频，处理各类音频标准软件，并具备超过50种的流行音频算法数据库。日前Tensilica亦宣布HiFi 2音频引擎数据库新增杜比aacPlus译码器以支持音频传输DAB+技术；AMD的Imageon M210音频处理器更采用HiFi 2音频引擎内来达到低功耗设计。

在蓝光音频译码设计部分，Steve Leibson说明必备式（mandatory）蓝光音频编译码Dolby Digital（或称AC-3）以及DTS规格均可支持单声道串流5.1 声道，DTS更可支持可选式6.1声道，Dolby Digital可支持192～640kbps传输速率，DTS一般而言传输速率为768kbps，少数可达1.5Mbps。至于可选式蓝光音频编译码规格包括Dolby Digital Plus、Dolby TrueHD、Dolby Digital Compatible Output、DTS-HD Master Audio、DTS High Resolution、DTS-Express。Steve Leibson表示，由于市场价格因素，蓝光播放器SoC架构正朝向单芯片设计发展，对于SoC电源管理要求也更严谨，高效能DSP处理设计为满足多信道音频应用而更为重要。

Steve Leibson因此强调，将所有音频编译码规格放在一起，是最坏的设计示范，效能负担也可达到389MHz。在此他建议可使用两颗音频处理器，而HiFi 2音频引擎便可承担此一任务，可支持所有蓝光音频编译码规格，例如Intel的CE 3100架构便使用相关解决方案。整体来看，专用音频指令可强化24位高分辨率HiFi 2音频引擎DSP，降低原始码密度减少对内部存储器的需求，更可降低功耗，可作为类似蓝光播放器需要高效能音频处理核心的替代方案。

《图二 Intel的CE 3100多媒体处理器设计架构示意图 》 数据源：Tensilica

在多媒体视讯处理设计方面，Steve Leibson表示，可编程处理核心对于视讯图像处理的重要性，在于视讯图像处理本身并非以标准所定，而高解析数字视频编译码算法已经标准化，提供逼真视讯图像让用户根据不同显示设备调整画面的数字视频压缩技术，以及提高图像质量和色彩还原能力的视频预先处理和后置处理器设计，是市场产品差异化的重要关键，新的可编程视讯处理内核算法应可满足市场对于快速改变韧体的设计需求。

《图三 四种视讯预先处理算法比较图：从上到下依次为噪声滤波、抖动检测与补偿、局部动态范围补偿和颜色校正 》 数据源：Tensilica

四种视讯预先处理算法比较图：从上到下依次为噪声滤波、抖动检测与补偿、局部动态范围补偿和颜色校正一般而言，视讯预先处理算法包括画素扫描和数据传输、拜尔格式解交错（Bayer pattern deinterleaving）、噪声滤波、抖动检测与补偿、局部动态范围补偿、对焦调整或锐化、颜色校正、脸部辨识和3D立体图像等。视讯后置处理算法则包含解块和解环滤波器、图像边界检测、影像缩放、解交错、噪声滤波、提高画面频率（Rrame Rate Upconversion）、视讯覆盖／透明效果、色彩空间转换／亮度／对比度／gamma校正等。

Steve Leibson表示，具备可编程能力处理器设计，才可因应上述多样变化的视讯预先和后置处理演算需求。Tensilica Xtensa处理架构可执行5种视讯处理算法，经过SIMD/DSP扩展的Xtensa处理器更可提升处理效能，或可采用Direct TIE工具革新SoC设计架构。

QuickLogic掌握CSSP组合弹性设计要点

《图四 QuickLogic执行长E. Thomas Hart表示，行动多媒体视讯应用正逐渐普及，社群网络行动化也是主要发展趋势。为顺应市场脉动，QuickLogic将主要侧重于客户特定标准产品CSSP（customer Specific Standard Products）应用当中》

QuickLogic执行长E. Thomas Hart表示，行动多媒体视讯应用正逐渐普及，社群网络行动化也是主要发展趋势。为顺应市场脉动，QuickLogic将主要侧重于客户特定标准产品CSSP（customer Specific Standard Products）应用当中E. Thomas Hart指出，目前全球网通电信营运商正积极驱动消费者使用数据传输以提升ARPU营收。他以AT&T的统计数据为例，iPhone用户的ARPU值比一般电信用户高出2倍，特别是利用行动上网（Mobile Internet）浏览网络应用的成长非常明显。根据FierceMobileContent的统计，95％的iPhone用户时，常藉由iPhone功能上网浏览网页。

《图五 QuickLogic全球营销副总裁Brian Faith指出，复杂的智能型手机组件应用需求，促使一个具备高度整合性、可实现标准功能、按照客户特殊需求设计弹性化解决方案的平台出现，以简化软硬件整合的设计时间并降低成本》

QuickLogic全球营销副总裁Brian Faith指出，复杂的智能型手机组件应用需求，促使一个具备高度整合性、可实现标准功能、按照客户特殊需求设计弹性化解决方案的平台出现，以简化软硬件整合的设计时间并降低成本

在此行动多媒体上网方兴未艾的应用趋势下，QuickLogic全球营销副总裁Brian Faith指出，MID和CMMB等以及可行动上网的智能型手机，促使诸如GPS定位、LBS服务及针对VoIP电话的Wi-Fi功能及应用越来越普及。若要提升行动视讯观赏质量，画质与屏幕尺寸是相当重要的因素，无线链接传输的带宽以及电池使用寿命亦是用户关注焦点。例如藉由动态LCD对比度控制VEE技术，便可提升像是HTC Touch Diamond手机的LCD背光影像清晰度，并提升65％的电池寿命。

《图六 依照CSSP客户特定标准组合弹性设计为基础的多媒体视讯开发工具》

依照CSSP客户特定标准组合弹性设计为基础的多媒体视讯开发工具

Brian Faith指出，QuickLogic倡导的客户特定标准产品（CSSP），是以FPGA的精神为基础，并藉由过去以来所累积的已验证系统模块库（Proven System Block Library）中，让客户挑选出最适合最需要的「组合拼盘」；亦即以CSSP为核心，提供客户降低设计成本、节省开发投入，创造产品差异化的空间，来满足不同客群的需求。

模拟电源芯片供应大厂Linear这次藉由亚洲媒体采访团前往硅谷进行深入报导的机会，一口气介绍应用于个人手持GPS导航装置的下一代高效能双电池电源管理IC、支持车用娱乐系统与安全控制的高压降转换稳压器、应用于新一代以太网络供电IEEE 802.3at（PoE+）标准的接口控制器，与支持同步转换稳压、DC/DC稳压和降低频率电磁干扰的硅晶振荡器；以及应用于各类无线宽带通讯标准的增益放大器。Linear市场营销总监Todd Reimund指出，Linear所推出的各类模拟芯片产品有95％都在自己的晶圆厂生产，亚洲占Linear全球39％的销售比例首位，设计部分则以北美占48％比例最高。Linear将持续高效能模拟IC的设计能力，进一步扩展在消费电子和手持装置的应用影响力。

《图七 Linear 混合讯号产品部门产品营销经理Alison Steer指出，针对25.5W高功率PD受电装置应用，Linear发表符合802.3af／802.3at标准的以太网络供电接口控制器，可满足802.11n无线接取点或网络摄影机、安全监控系统、大屏幕彩色显示器等受电设备应用需求》

Linear在去年12月中已推出应用于PoE+和无线宽带通讯标准的新款模拟芯片产品。由于新一代以太网络供电（Power over Ethernet；PoE）标准IEEE 802.3at（PoE Plus）／Draft 3.0草案即将在今年定案，最新的IEEE 802.3at可提供比原有PoE标准IEEE 802.3af更大的输出功率，支持多媒体视讯影像传输所需更高的功率效能。Linear 混合讯号产品部门产品营销经理Alison Steer指出，以往PoE标准IEEE802.3af链接可让例如路由器或集线器等供电设备（PSE），最多可提供VoIP电话、网络摄影机或无线接取点等受电装置（PD）12.95W的功率；不过对于802.11n无线接取点或网络摄影机、安全监控系统、大屏幕彩色显示器等受电设备来说，功率传输容量因此受限不足。IEEE正制订的新一代PoE+标准IEEE 802.3at，将可支持25.5W（600mA）的功率输出，并可与目前可用的 802.3af设备共存。

《图八 Linear所推出符合802.3af／802.3at标准的以太网络供电接口控制器》

Alison Steer表示，针对25.5W高功率PD受电装置应用，Linear发表符合802.3af／802.3at标准的以太网络供电接口控制器。此接口控制器亦具备符合IEEE 802.3at标准的规格技术，可在供电设备PSE认定符合既有IEEE 802.3af功率位准的Layer-1硬件、或与IEEE 802.3at功率位准相符的Layer-2硬件之间，动态分配相适应的电力。接口控制器亦具备2-Event分类辨识特性，2-Event硬件分类放在Layer-1硬件层，能与Layer-2供电设备相互识别，并与802.3at相符的受电装置相互连接，以此提供讯号至能输出与802.3at电源相关之更高功率位准的受电装置。2-Event新分类机制能确保新一代PoE标准802.3at Layer-1和Layer-2装置之间的互操作性。

Alison Steer强调，这款针对25.5W高功率PD受电装置应用的接口控制器，亦具备可与以往IEEE 802.3af 向下兼容的特性。为达高效率电源分配，用户可配置代表PD电源分类的分类负载电流；具备SHDN功能的关机针脚，则提供弹性的辅助支持，在电源输出互补性、Onboard Signature Resistor、欠压／过压锁住及完整的过热保护亦有关键设计。

《图九 Linear高频产品部门产品营销经理James Wong表示，诸如LTE及WiMAX等新一代无线宽带技术，使用并具备12dB 波峰因素的调变讯号，因此在传输宽广作业位准间、维持线性度效能，便成为整合基地台性能的重要关键》

此外Linear亦发表应用于无线宽带通讯数字可设定增益IF放大器，具有10dB低噪声设计，可支持无线通信接收器及讯号处理系统的动态范围效能。Linear高频产品部门产品营销经理James Wong表示，此放大器可于5ns内从增益变化完成安置，并提供低突波噪声及支持自动增益控制（AGC）效能，其输出步阶功能不产生失真及噪声，能在ADC系统达到无杂散2dB～18dB的动态范围效能。

James Wong强调，诸如LTE及WiMAX等新一代无线宽带技术，使用并具备12dB 波峰因素的调变讯号，因此在传输宽广作业位准间、维持线性度效能，便成为整合基地台性能的重要关键，此款增益放大器可产生0.125dB步幅增益控制粒度，可于-40℃～85℃拥有±0.1dB增益精准度，能在广泛多变的讯号位准范围内保持一致性的高效能，可支持包括GSM/CDMA/TD-SCDMA/LTE/WiMAX等无线基地台、宽带ADC驱动器、数字预失真增益控制、车用增益控制放大器（AGC amplifier）、雷达接收器、量测仪器等。

SiTime频率控制在消费电子领域出类拔萃

由于电子系统内部都需要多个频率传递讯息，因此频率振荡器（timing oscillator）或是谐振器（resonators）便是消费电子产品不可或缺的零组件，以往多数采用石英（quartz）晶体的振荡器或共振器，正逐渐被MEMS组件所取代。这股趋势随着MEMS微细化技术更加成熟而越来越普及；在车辆安全、驾驶控制、交互式娱乐游戏设备、可携式通讯装置、医疗电子、计算机装置等应用领域，MEMS频率控制组件正被广泛地采用，MEMS频率控制组件在便携设备上的发展亦被市场高度关注。

《图十 SiTime营销副总裁Piyush Sevalia表示，目前SiTime的MEMS频率控制组件，在微型化封装、低功耗、降低频率抖动、更宽的输出频率、更精确的频率精度、更广的温度容忍范围等设计上，能进一步满足客户特殊应用的设计需求》

SiTime营销副总裁Piyush Sevalia表示，成立于2004年12月的SiTime，主要创始团队在过去30年来，一直从事于MEMS的技术开发研究，SiTime的MEMS产品结合MEMS机械结构与模拟技术，能发挥自身频率控制与模拟设计的良好质量。目前全球频率控制组件市场规模约为50亿美元，2007年全球MEMS组件出货量为25亿组，MEMS共振器已出货数百万组，市场成长空间颇具潜力。

Piyush Sevalia认为MEMS共振器可取代石英晶体共振器的主要因素在于，采用标准CMOS制程的MEMS共振器，尺寸比石英共振器小10倍，厚度更薄4倍，良率更可超过90％。MEMS共振器并具备零漂移（Zero drift）误差和可达150K Q值（Quality Factor）的高效能，MEMS共振器更可承受50000G的重力冲击，在可靠度和质量上均有相关优势。Piyush Sevalia强调，MEMS组件的可编程架构，具备分数-N型锁相回路（Fractional-N PLL）效能、压控振荡（Voltage Controlled Oscillator）设计佳、可支持Gigabite级宽带频率和更低噪声设计。

目前SiTime的MEMS频率控制组件，操作电压仅为1.8～3.3V范围，针对硬盘、监控设备、服务器、打印机、录放机、摄影装置、LCD显示屏幕、汽车控制等，推出各类可编程MEMS频率控制解决方案，在微型化封装、低功耗、降低频率抖动（jitter）、更宽的输出频率、更精确的频率精度、更广的温度容忍范围等设计上，能进一步满足客户特殊应用的设计需求。

Piyush Sevalia进一步强调，电子产品加上高速传输通讯应用需求不断激增，电子产品相互影响，导致许多低频噪声源干扰电子产品的频率运作。去年12月SiTime新推出的两款MEMS振荡器，就是结合MEMS和模拟技术，其频率稳定值可达±10 PPM，可让系统有效对抗低频环境噪声诸如其他装置的电磁干扰（EMI），降低系统频率误差并提高可靠度，可谓MEMS振荡器技术的重大革新，预估市场规模可达1.8亿美元。唯一具备3-PLL锁相回路效能的MEMS单芯片频率整合器SiT9103和SiT9104，可满足高频频率的应用。这两种产品更可支持10～220MHz不同的输出频率，预计在今年2月推出相关样品。

《图十一 超薄型MEMS频率振荡器产与传统石英振荡器厚度比较示意图 》 数据源：SiTime

此外Piyush Sevalia特别指出，主要运用于近场无线通信（Near Field Communication）功能手机的超薄型MEMS频率振荡器，可应用在大容量SIM卡（HC-SIM）、智能卡和超薄手机用的SiP封装模块、USB2.0和闪存储存解决方案。超薄型MEMS频率振荡器厚度只有原来的三分之一；与之前0.85mm厚度相比，新式芯片只有0.25mm，此外增加了表面积为3.5mm×3mm。在封装上超薄型MEMS频率振荡器不同于以往stacked堆栈封装，将MEMS组件和ASIC结合在一起，将两组组件并排（side by side）放置。

Piyush Sevalia表示，目前SiTime已和7～8家NFC手机业者洽谈合作计划，他并认为手机等便携设备将是驱动MEMS应用发展的主要动力，SiTime将结合Bosch作为创始者和主要投资者的重要角色和技术优势，进一步拓展MEMS频率组件在手机装置的影响力。

G2 Microsystems心无旁骛专注Wi-Fi低功耗SoC设计

总部位于美国加州Campbell的G2 Microsystems，主要针对微控制器为基础以及电池供应的装置，提供专门设计和超低功耗特定用途的Wi-Fi解决方案，应用领域则以实时方位跟踪、无线感测传输、行动设备和资产追踪标识等为主。由于G2 Microsystems研发班底核心是先前首创802.11a Wi-Fi CMOS革新方案的Radiata工作团队，因此相关R&D中心便就近位于澳洲雪梨。G2 Microsystems营销副总裁Lisa Payne表示，G2 Microsystems近期市场目标将侧重于资产追踪及时定位系统（RTLS）解决方案，并扩及至嵌入式Wi-Fi装置应用领域。

《图十二 G2 Microsystems营销副总裁Lisa Payne表示，以往Wi-Fi解决方案偏重于RF传输效能，虽然因此驱动了高传输容量802.11n在笔记本电脑以及网络接取点应用的成长，不过低功耗设计往往无法有效兼顾》

Lisa Payne进一步表示，目前大多数资产追踪解决方案都需要专有的基础设备，需要数百万美元投资进行试验性应用。另一方面，以往Wi-Fi解决方案偏重于RF传输效能，虽然因此驱动了高传输容量802.11n在笔记本电脑以及网络接取点（Access Point）应用的成长，不过低功耗设计往往无法有效兼顾。另一方面，在网络堆栈架构上，Wi-Fi解决方案也需要32位的微控制器管理，无法支持自动运作，因此都需要大量的电池供应。

Lisa Payne说明指出，对于Wi-Fi网络应用来说，欲兼顾RF效能与低功耗设计，仍有许多课题有待突破，特别是在RF效能验证测试部分。例如PCB板和组件设计等校正测试（calibration and test）不易，同时整合嵌入式软件设计亦需花费较多时间，包括TCP/IP、802.11安全模式、以及网络路由器和接取点的兼容性测试等。之后还需经过Wi-Fi联盟（Wi-Fi Alliance）验证核可包括802.11、FCC/CE等安规认证项目，时间和验证成本均所费不赀。

《图十三 G2 Microsystems所推出的802.11b/g SoC解决方案以及802.11b Wi-Fi模块（右）》

Lisa Payne表示，G2 Microsystems在去年Q3～Q4陆续推出802.11b/g SoC解决方案以及802.11b Wi-Fi模块，特别强调Wi-Fi低功耗SoC设计，可增加电池使用寿命，且只需一颗电池加上嵌入式闪存即可独立运作。G2 Microsystems的SoC设计同时可藉由使用多点定位技术，取代基础射频RFID技术；Wi-Fi单芯片微型化尺寸，可整合至Wi-Fi资产追踪卷标当中，并提供智能跟踪与传感器功能，可被广泛应用于Wi-Fi无线网络基础设施，以及Host端的资产追踪卷标和无线感测装置应用。

G2的Wi-Fi低功耗SoC解决方案，可兼容IEEE 802.11网络，以标准APIs支持嵌入式TCP/IP，并可提供最低的待机功耗以及最快的开机时间设计。G2的Wi-Fi低功耗解决方案并提供Icon和Recon网络应用方案设计，客户无须了解诸如802.11i、WMM、WPA-PSK、TCP、ARP等Wi-Fi软件语法，可让客户软件开发时间降低至数周，提供客户客制化的的原始码设计。此外G2的Wi-Fi模块化设计，无须经过RF设计和繁琐的校正验证（calibration），只需藉由简单的API，即可让客户的网络装置不再受限于原始码更新问题，并可协助取得FCC/CE验证，进一步具备上网链接功能。

《图十四 G2 Microsystems的Wi-Fi低功耗模块化设计，可提供客户Icon和Recon网络应用方案，可应用在采用RTLS方案的资产追踪系统》

Lisa Payne强调，安装于既有的基础设施，G2的Wi-Fi单芯片资产追踪系统采用RTLS方案追踪和侦测设施内外的资产，其安装成本仅为现有系统的数分之一，可为系统厂商降低至少75%的费用。G2的Wi-Fi解决方案可进一步有效整合感测接口以及资产追踪应用的相关软硬件支持。

@结语

硅谷电子产业虽然无法避免金融风暴和经济衰退的阴影，不过IC设计厂商们仍对未来充满信心，秉持从危机中找寻转机的生存哲学，积极掌握市场发展脉动，按部就班推陈出新各类芯片技术应用解决方案，藉此转折持续壮大实力等待顺势而起。或许这就是硅谷从无到有、草创奠基、进而执全球电子产业牛耳位居首位的不二法门吧！