今天，大屏幕HDTV（高清電視）已獲得消費(fèi)者的廣泛認(rèn)可，人們都在添置各種電子設(shè)備，完善他們的家庭影院系統(tǒng)。單機(jī)家庭影院（HTiB）、SOUNDBAR音箱和影音接收機(jī)（AVR）能為用戶提供更加出色的音頻體驗(yàn)并令HDTV視頻性能更臻完善。提取和處理高保真音頻信號(hào)的能力是目前市場(chǎng)上甄選硬件的一大關(guān)鍵。家庭影院系統(tǒng)現(xiàn)在能夠提供高清多媒體接口（HDMI）的所有最新特性（與設(shè)備無縫集成）。
對(duì)于HTiB、SOUNDBAR音箱和AVR的系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員而言，提高家庭影院的用戶體驗(yàn)就意味著不斷克服各種實(shí)施挑戰(zhàn)。最新版HDMI標(biāo)準(zhǔn)中又增添了新特性，如音頻回傳通道（ARC）、3D顯示格式以及對(duì)消費(fèi)電子控制（CEC）協(xié)議的改進(jìn)。當(dāng)然，消費(fèi)者都希望他們新買的家庭影院設(shè)備能具備所有這些HDMI新特性，并且物美價(jià)廉、操控簡(jiǎn)易。因此，家庭影院設(shè)備的設(shè)計(jì)人員必須適應(yīng)新標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)還要縮減物料成本、開發(fā)成本和上市時(shí)間。為了幫助設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)此類挑戰(zhàn)，ADI公司推出了集成這些新特性的HDMI收發(fā)器產(chǎn)品。
以ADV7623為例，這款HDMI收發(fā)器集成了4:1 HDMI輸入多路復(fù)用器（mux）、HDMI接收器、屏幕顯示（OSD）引擎和HDMI發(fā)射器。就個(gè)體而言，上述每種功能應(yīng)該都需要彼此獨(dú)立的IC及五花八門的固件，但一個(gè)收發(fā)器就可以將全部功能組合到一個(gè)綜合解決方案中，節(jié)省了板載面積、降低了固件復(fù)雜程度、縮減了物料成本，為家庭影院系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員帶來了極大方便。
圖1:HDMI收發(fā)器功能框圖。
單機(jī)家庭影院
HTiB屬于完整的視頻播放系統(tǒng)，一般采用多通道音頻放大器和環(huán)繞聲音響系統(tǒng)來播放音頻。此外，該系統(tǒng)通常還包括一個(gè)DVD或Blu-ray視頻播放機(jī)。HTiB簡(jiǎn)化了視頻播放機(jī)、放大器和揚(yáng)聲器的安裝和功率匹配，它主要處理音頻，視頻則通過HDMI接口傳送給電視機(jī)。圖2所示為一個(gè)典型的HTiB系統(tǒng)。
圖2:典型HTiB系統(tǒng)框圖。
SOUNDBAR音箱
隨著超薄大屏幕平板電視的日益普及，新興的SOUNDBAR音箱成為一種補(bǔ)充性的影音系統(tǒng)。這種音響系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便，音質(zhì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電視揚(yáng)聲器。大部分HTiB和SOUNDBAR音箱都與大屏幕HDTV配套使用，因此其音頻和視頻連接主要采用HDMI接口。SOUNDBAR音箱一般都擁有多個(gè)HDMI輸入端用于各種信號(hào)源，擁有一個(gè)HDMI輸出端用于連接電視，同時(shí)內(nèi)置音頻處理系統(tǒng)和揚(yáng)聲器。圖3所示為典型的SOUNDBAR音箱系統(tǒng)。
圖3:帶HDMI集線器的典型SOUNDBAR音箱框圖。
高級(jí)SOUNDBAR音箱裝有多個(gè)揚(yáng)聲器和放大器，具備環(huán)繞聲解碼能力，其電子和聲學(xué)設(shè)計(jì)特性可以產(chǎn)生環(huán)繞聲效果，而無需在后面安置單獨(dú)的揚(yáng)聲器。中高端SOUNDBAR音箱系統(tǒng)包含DVD或藍(lán)光播放機(jī)，從而形成與HTiB相似的系統(tǒng)架構(gòu)。
音頻回傳通道（ARC）
作為HDMI規(guī)范中的新特性，音頻回傳通道（ARC）讓HTiB得以處理來自下游器件的音頻。如果要在沒有ARC的情況下收聽電視音頻，你需要一條單獨(dú)電纜（S/PDIF光纖或同軸電纜）將電視或調(diào)諧器的音頻送回至HTiB。有了ARC，HDMI電纜就可以將2通道S/PDIF或多通道音頻從電視回傳到HTiB，無需使用額外的音頻電纜。HDMI收發(fā)器在HDMI輸出端口提供一個(gè)ARC接收器。
在電視、機(jī)頂盒或其他下游HDMI接收器件使用調(diào)諧器接收新媒體內(nèi)容的情況下，ARC就顯得意義重大。用戶如果不想再聽性能一般的電視機(jī)揚(yáng)聲器聲音，可以輕松采用高保真的HTiB系統(tǒng)輸出�；貍鞯囊纛l數(shù)據(jù)通過HDMI電纜從電視傳遞至HTiB（方向與傳統(tǒng)的視頻數(shù)據(jù)路徑相反），不用擔(dān)心對(duì)HTiB的視頻輸出在電纜上是否處于有效狀態(tài)。
擴(kuò)展顯示識(shí)別數(shù)據(jù)（EDID）復(fù)制
HDMI收發(fā)器具有EDID復(fù)制功能，讓多個(gè)HDMI端口共享一個(gè)位置儲(chǔ)存器（即使HTiB處于省電模式）。該功能可以縮短系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間，因?yàn)樗猩嫌蜨DMI源器件都可以在HTiB上電之前合理配置其視頻輸出。EDID復(fù)制功能只需+5 V/55 mA的電源供電，通過HDMI電纜提供。
3D視頻
作為3D內(nèi)容來源（如游戲機(jī)、藍(lán)光播放機(jī)和3D電視等）之間的連接橋梁，HTiB制造商必須時(shí)刻站在技術(shù)前沿，不斷設(shè)計(jì)出能夠提供新特性的源器件和接收器件，讓顧客從中享受全部功能的長(zhǎng)期利益。HDMI收發(fā)器采用了最新的HDMI技術(shù)，可為家庭影院系統(tǒng)增添3D視頻體驗(yàn)。HDMI標(biāo)準(zhǔn)的這一新特性顯著提升了用戶體驗(yàn)，成為刺激電視銷售的關(guān)鍵。
該規(guī)范定義了家庭播放3D視頻的基礎(chǔ)設(shè)施，支持一系列強(qiáng)制性和可選視頻格式。在實(shí)際應(yīng)用中，HTiB必須向連接源提交其支持的3D格式清單——從連接的電視讀取并針對(duì)其本身的3D格式支持清單進(jìn)行分析，然后，連接源在發(fā)送3D內(nèi)容時(shí)會(huì)通過HDMI協(xié)議命令告知HtiB，HTiB接著會(huì)提取并輸出高級(jí)音頻格式，如Dolby TrueHD?或DTS-HD Master Audio?，這些格式通過HDMI鏈路發(fā)送，除非電視可能不具備支持功能。
屏幕顯示（OSD）
HTiB具有許多用戶控制功能，比如在多個(gè)輸入之間選擇、選擇所需音頻和視頻格式以及高級(jí)音頻處理選項(xiàng)配置等。用戶可使用屏幕顯示（OSD）功能直觀方便地控制這些復(fù)雜特性。OSD一般通過專用器件實(shí)現(xiàn)，但現(xiàn)在HDMI收發(fā)器集成了OSD引擎，將所需的屏幕顯示信息融合到輸出視頻上——為HTiB制造商節(jié)省了可觀的外部解決方案成本。另外，還節(jié)省了器件成本和物料成本，同時(shí)減輕了將OSD軟件集成到系統(tǒng)固件中的設(shè)計(jì)工作。
消費(fèi)電子控制（CEC）擴(kuò)展
消費(fèi)電子控制（CEC）通道屬于單線通信接口，可實(shí)現(xiàn)家庭娛樂系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)操作。例如，單用一個(gè)遙控按鈕即可同時(shí)開關(guān)娛樂系統(tǒng)中的所有設(shè)備。HDMI標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)擴(kuò)展支持ARC和HDMI以太網(wǎng)通道（HEC）等新特性，HDMI收發(fā)器內(nèi)的CEC命令庫(kù)也隨之?dāng)U展提供支持。對(duì)于HTiB設(shè)計(jì)人員而言，支持最新的HDMI特性就要同時(shí)支持最新的CEC特性。HDMI收發(fā)器目前可以處理單線網(wǎng)絡(luò)上ARC和HEC會(huì)話的發(fā)現(xiàn)、協(xié)商、啟動(dòng)和終止。
音頻插入和提取
HDMI收發(fā)器在HTiB內(nèi)的另一用途是提取HDMI音頻，并用數(shù)字信號(hào)處理（DSP）芯片進(jìn)行處理。這樣，音頻可重新插入HDMI流送往電視。由于很多電視無法處理多通道音頻格式，而DSP芯片可以將音頻下采樣為立體聲，然后將音頻重新插入HDMI鏈路中送往電視。
或者，輸入音頻可由HTiB源的新數(shù)據(jù)流完全取代并嵌入HDMI信號(hào)中送往電視。這種情況下，只用音頻插入特性即可。一個(gè)此類應(yīng)用的例子是將iPod?接入HtiB，將其音頻與獨(dú)立的視頻流混合在一起。
在家庭影院配置中，HTiB系統(tǒng)可用作HDMI中繼器，接受HDMI輸入然后作為HDMI輸出發(fā)送。例如，藍(lán)光播放器可用作輸入HTiB的源器件。要利用遠(yuǎn)高于電視揚(yáng)聲器的HTiB音質(zhì)，就必須在HTiB內(nèi)從HDMI信號(hào)中提取音頻。最理想的情況是，音響發(fā)燒友一定希望HTiB能輸出完全8通道I2S音頻，不過HDMI鏈路也能提供2通道I2S或S/PDIF.視頻繼續(xù)傳送至電視或顯示器，完成系統(tǒng)路徑。只有HDMI/HDCP（高帶寬數(shù)字內(nèi)容保護(hù)）中繼器或收發(fā)器型器件才能處理這種音頻提取。
固件/中繼器支持
HTiB和SOUNDBAR音箱設(shè)計(jì)中的一個(gè)最大挑戰(zhàn)是實(shí)現(xiàn)HDCP中繼器功能。HTiB實(shí)現(xiàn)的中繼器功能是內(nèi)容保護(hù)、EDID管理和影音靜音的綜合。HDMI收發(fā)器將整個(gè)中繼器過程集成到單一器件和固件中，降低了系統(tǒng)開發(fā)的復(fù)雜性。
隨著影音處理器件的復(fù)雜程度日益增加，優(yōu)質(zhì)可靠的硬件抽象化軟件庫(kù)和應(yīng)用程序編程接口（API）成為設(shè)計(jì)人員的重大優(yōu)勢(shì)——縮短上市時(shí)間并可從構(gòu)建良好的HDMI和HDCP兼容平臺(tái)起步。如果從一開始便采用芯片廠商的共享編碼基數(shù)，可進(jìn)一步節(jié)約成本：在中高端HTiB中使用同一廠商的分立接收器和發(fā)射器，在后來的升級(jí)中可以獲得將收發(fā)器編碼集成到中低端HTiB中的好處。
節(jié)約成本的2層電路板設(shè)計(jì)
新的HDMI收發(fā)器采用四方扁平封裝（QFP）技術(shù)，提供高效的電路板布局和走線方案。與較為復(fù)雜的球柵陣列（BGA）封裝相比，薄型LQFP封裝可節(jié)約制造成本、降低復(fù)雜性并能簡(jiǎn)化成品檢查。LQFP很大程度上簡(jiǎn)化了布局方面的問題，封裝實(shí)際上可以布置在2層板上，從而實(shí)現(xiàn)低成本，同時(shí)還能滿足所有必需的HDMI物理層兼容測(cè)試阻抗測(cè)量。
2層板的設(shè)計(jì)難點(diǎn)包括：管理收發(fā)器的電源路由并充分解耦；提供最佳熱傳導(dǎo)；對(duì)最小化傳輸差分信號(hào)（TMDS）差分對(duì)輸入和輸出所需的走線阻抗進(jìn)行布線。不過，通過使用表面貼裝分立器件，采用良好的布局原則以及同印刷電路板（PCB）和芯片廠商密切合作，完全能夠出色地實(shí)現(xiàn)性能不打折扣的成功布局。
結(jié)論
HDMI收發(fā)器能夠幫助系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員降低家庭影院系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成本和難度，并提供最新HDMI特性滿足消費(fèi)者的視聽體驗(yàn)需求。使用此類收發(fā)器可以實(shí)現(xiàn)ARC和3D視頻等HDMI特性。HDMI信號(hào)路徑上集成了屏幕顯示（OSD）引擎，降低了HTiB和SOUNDBAR音箱設(shè)計(jì)的成本和復(fù)雜程度。在HDMI流內(nèi)提取、處理和插入音頻這一功能提升了消費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的家庭影院體驗(yàn)。在HTiB和SOUNDBAR系統(tǒng)用作HDMI中繼器的情況下，新收發(fā)器的設(shè)計(jì)和固件可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無縫對(duì)接。HDMI收發(fā)器布線可以在2層板上成功實(shí)現(xiàn)，從而降低物料成本。
圖4所示為使用ADI公司ADV7623的典型HDMI收發(fā)器系統(tǒng)該系統(tǒng)將4路輸入HDMI接收器（Rx）和具有音頻提取功能的HDMI發(fā)射器（Tx）集成在一起。HDMI信號(hào)解碼后，由SHARC音頻DSP提取并處理音頻內(nèi)容。然后，將處理后的音頻發(fā)送到放大器和揚(yáng)聲器或重新插入HDMI信號(hào)路徑中。這款收發(fā)器還集成了OSD，可以省去分立OSD引擎的成本，在SOUNDBAR音箱系統(tǒng)設(shè)計(jì)中非常實(shí)用。ADV7623提供EDID復(fù)制、HDCP中繼器支持和ARC功能，支持強(qiáng)制性3D視頻格式。ADV7623現(xiàn)已面市，采用144引腳LQFP封裝，便于2層PCB設(shè)計(jì)。
圖4:采用ADV7623 HDMI收發(fā)器的HTiB系統(tǒng)。
HDMI收發(fā)器將多路輸入HDMI接收器和HDMI發(fā)射器集成在單一芯片上，可靈活提取和插入音頻。將HDMI收發(fā)器用于HDMI A/V中繼器設(shè)計(jì)中（包括AVR、HTiB和SOUNDBAR音箱）將：
1. 降低系統(tǒng)的物料成本——元件更少、PCB面積更小、PCB層更少。
2. 大大減輕硬件和HDMI中繼器系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)工作，從而大幅縮減上市時(shí)間。
這些優(yōu)勢(shì)使HDMI收發(fā)器成為低成本、高性能家庭視聽系統(tǒng)設(shè)計(jì)的絕佳選擇。 |
