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HDMI收发器 完美整合
家庭剧院系统应用探析

【作者: Ian Beavers,Joe Triggs,Lie Dou】2011年05月27日 星期五

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HDMI收发器结合了4:1 的HDMI输入器、HDMI接收器、萤幕显示(OSD)引擎、以及HDMI发射器区块。另外这些功能也可以分别为独立的IC元件,各自拥有其各自的韧体。收发器能够以单一韧体的解决方案提供这些功能。这也可以为家庭剧院系统设计厂商缩小电路板空间、韧体复杂度、以及物料表成本。


《图一 HDMI收发器的功能方块图》
《图一 HDMI收发器的功能方块图》

HtiB

HTiB乃是完整的家庭电影播放系统。通常它们会包含有一组多重通道的音讯放大器,并具有一组做为音讯播放之用的环绕音效扬声系统。同时包含了整合式视讯播放器(DVD或是蓝光)的HTiB变得大受欢迎。 HTiB所提供的优点就是它们很容易安装,以及在视讯播放器、放大器、与扬声器之间的功率匹配。大部分的HTiB主要是处理音讯,而且只会将视讯经由HDMI介面转送至电视。图2所示为典型HTiB系统的方块图。



《图二 典型HTiB系统包括DVD或蓝光DVD、HDMI输入/输出、CVBS输出》
《图二 典型HTiB系统包括DVD或蓝光DVD、HDMI输入/输出、CVBS输出》

Sound Bar

另一项随着薄型大萤幕平板电视之成长而兴起的AV系统就是Sound Bar。 Sound Bar是一种具有精巧尺寸、易于设定、以及提供比电视内喇叭音质高出许多等优点的扬声器系统。由于大部分的HTiB以及Sound Bar都会与大萤幕HDTV一起使用,因此它们的音讯与视讯连接头大致上都会采用HDMI。 Sound Bar通常会拥有因应不同源极的多重HDMI输入、一组用来连结电视的单一输出、以及内建的音讯处理功能与扬声器。图3所示为典型Sound Bar系统的方块图。


《图三 具有HDMI集线器的典型Sound Bar方块图》
《图三 具有HDMI集线器的典型Sound Bar方块图》

先进的Sound Bar乃是由多重扬声器与具有环绕音效解码功能的放大器所组成。这些先进与独特的音响设计提供了一定程度的环绕音场效果,而且不需要将扬声器放置在房间里的”后方”位置。中端至高端的Sound Bar解决方案通常会将DVD或是蓝光DVD播放器加以整合,这么一来它们的系统架构就类似于HTiB。


ARC(音讯回传通道)

在HDMI规格中有一项新的特点就是音讯回传通道。 ARC允许HDMI缆线将2组通道的S/PDIF或是多重通道的音讯从电视”回传”至HTiB。为了要能够在大部分的HTiB上聆听到电视音讯,需要有一条独立的缆线(光纤S /PDIF或是同轴电缆)将音讯从电视或是调谐器源极传送回HTiB。 ARC使这条额外音讯缆线的需求得以省去。 HDMI收发器在HDMI输出埠上提供了一组ARC接收器。这使得HTiB能够处理来自于下游装置的音讯。


在这种下游HDMI接收装置例如电视或是机上盒等使用调谐器接收新媒体内容的情况下,ARC增加了显著的价值。不再将音讯输出到能力较差的内部电视扬声器当中,取而代之的是消费者可以轻易的利用保真度较高的HTiB系统输出。回传的音讯资料现在可以藉由控制信号,从电视经过HDMI缆线传送至HTiB。这对于HDMI缆线中的传统视讯资料路径而言刚好是相反的方向。不论缆线中是否有HTiB的主动式HDMI视讯输出,音讯都可以被回传至ARC。


3D视讯

具有HDMI v1.4a技术的HDMI收发器能够将3D视讯做为家庭剧院之体验的一部分。可以显著增强使用者体验的新特点对于电视销售的推动极其重要。在HDMI中3D视讯之传送的标准化就是这样的一种突破发展。这个规格透过一系列的制式与选项性视讯规格,定义了在家庭中传递3D视讯的基础架构。


做为3D内容提供源极(例如:游戏主机、蓝光播放器)与具有3D功能电视两者之间的桥梁,HTiB生产厂商必须要维持在技术曲线的前端,以便使其客户能够长期因为他们的源极与接收装置所提供之全范围特点而获得益处。在实际的应用上,HTiB必须对所连结的源极提供一份所支援3D格式的清单─由所连结的电视取回,并且与其自身所支援3D格式的清单加以分析。当所连结的源极正在透过HDMI通讯协定指令传送3D内容时,源极就会指向HTiB。接着HTiB就可以提取与输出任何再HDMI连结上传送的先进音讯格式(电视中可能不具备,此类格式能够用来支援例如:Dolby TrueHD 或是 DTS -HD Master Audio)。


针对HDMI的CEC扩展

消费性电子装置控制(CEC)通道乃是一组单线通讯介面,用以促进家庭娱乐系统的网路运作。有一个范例就是使用单一的远端控制按钮,就可以同步的开启或关闭所有娱乐系统之装置。随着HDMI标准之扩展,以便支援新的选项特点例如ARC以及HDMI乙太网路通道(HEC)等,HDMI收发器的CEC指令函式库也已经扩展至能够支援这些新的特点。对于HTiB设计厂商而言,支援最新HDMI特点的需求驱使他们必须支援最新的CEC特点─ARC以及HEC期间的发现、协商、启始与终止现在是由HDMI收发器上的单线网路负责处理。


音讯插入与提取

在HTiB中另一项HDMI收发器的应用就是提取HDMI音讯,并且以数位信号处理(DSP)晶片对其加以处理。接着音讯可以被重新插入到通往电视的HDMI流。由于许多电视都无法处理多重通道音讯格式,因此DSP晶片可以将音讯降低取样(down-sample)至立体音响,然后再将此音讯重新插入至HDMI对于电视的连结当中。


相反地​​,传入的音讯可以藉由来自于另一组HTiB源极(可以被嵌入至HDMI送至电视的信号当中)的新流而被完整的取代。在这种情况下,只有音讯插入特点能够加以使用。这种应用方式的范例就是将iPod连结到HTiB上,并且将音讯与独立的视讯流加以混合。


当一组HTiB系统接收到HDMI输入并将其当做输出而传送出去时,在家庭剧院的组态设定下,它可以当做HDMI的转发器来使用。举例来说,蓝光播放器可以做为输入至HTiB系统的源极。为了要利用远比所连结之电视优越的HTiB声音品质,其音讯必须要从HTiB内的HDMI信号中提取出来。在最佳情况下,音响发烧友会希望拥有来自于HTiB的8通道I2S音讯信号输出,但是在HDMI连结中也有双通道I2S或是SPDIF可供使用。接着视讯需要继续送至电视或是显示幕,以便完成整个系统。只有一组HDMI /HDCP转发器或是收发器类型的装置能够处理这种音讯的提取。


韧体 /转发器支援

在HTiB与Sound Bar的设计上,最大的挑战之一就是执行HDCP转发器功能。在HTiB中执行的转发器功能是一个将内容保护控制、EDID管理、以及视讯与音讯静音控制加以复杂混合的过程。 HDMI收发器将以上所有的转发器处理控制整合在单一元件与韧体当中,这使得系统开发的复杂度获得降低。


随着视讯与音讯处理元件在复杂度方面的提升,能够利用合格的硬体抽象(hardware abstracted)软体函式库以及APIs成为了设计厂商的主要获益。其优点不仅只有在上市时间的缩短方面,另外还有能够以良好的HDMI与HDCP相容平台的架构做为开始。藉由采用共享的晶片厂商编码基础可以实现进一步的节省-当涉及到要在中至高端HTiB中使用来自于同一厂商的分离式接收器与发射器时,就能够享受到针对低至中端HTiB中收发器编码整合的好处。


为了节省成本的双层PCB设计

新的HDMI收发器采用QFP封装方式,因而具有高效率的双层电路板布局与路由方案。相较于较为复杂的球闸阵列(BGA)封装,LQFP封装可以减轻生产厂商的成本、复杂度、以及简化下游生产厂商的审查。 LQFP也能够一定程度的简化布局方面的挑战,使晶片可以真正的设置于双层电路板,实现较低的成本,同时又能够达成所有必须的HDMI物理层相容性测试阻抗量测。


在双层电路板上的设计挑战包括了电源供应以足够的退耦路由至元件的管理、提供最佳化的热传导、以及TMDS差动配对输入与输出所需之差动走线阻抗的路由。然而,使用表面黏着的分离式元件、良好的布局原则、以及与PCB和晶片厂商密切的合作,双层PCB布局就能够在不牺牲性能的状况下实现。


结论

像是ARC以及3D视讯之类的HDMI特点现在已经可以藉由新的HDMI收发器产品加以实现。在HDMI信号路径中的整合式OSD可以降低HTiB与Sound Bar设计的成本与复杂度。在HDMI流当中提取、处理、与插入音讯的能力,增强了消费性系统设计当中家庭剧院的体验。虽然HTiB与Sound Bar系统可以当作HDMI转发器使用,但是新的收发器设计与韧体可以使这种执行方案更为完美。在双层电路板上路由HDMI收发器可以降低物料表的成本。HDMI收发器以最新的HDMI特点,为系统设计厂商提供了较低成本以及较低复杂度的家庭剧院系统,而这些都是消费者会希望能够支援他们音讯视觉体验的特点。


HDMI收发器在单晶片当中整合了多重输入HDMI接收器与HDMI发射器,并具有弹性化的音讯提取与插入功能。利用针对HDMI AV转发器的设计,包含有AVR、HTB、与Sound Bar的HDMI收发器将可以:


(1)使用较少的元件、较小的PCB空间、以及较少的PCB层节省系统物料表成本。


(2)大幅的减少硬体设计之投入以及HDMI转发器系统软体之开发,进而显著的缩短上市时间。


这些优点使得HDMI收发器成为极具成本效率之高性能家庭AV系统设计的绝佳选择。


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