- 便攜產(chǎn)品視頻發(fā)展歷程
- IT產(chǎn)品和視頻設(shè)計
- 運用四條差動線路的串行接口SDVO連接
- 采用LVDS信號傳輸
- 透過光纖及無線連接進行視頻傳輸
猶記在1980年的時候，一位朋友在Commodore64屏幕上繪制出第一幅萬寶路煙盒的計算機圖像。他利用DOS操作系統(tǒng)編寫出一套軟件程序，將各個像素和像素域的色彩值及地址輸出到CRT屏幕上，花費幾小時的時間完成紅、黑和白三色影像。如今，技術(shù)的發(fā)展完全不可同日而語！不論是專業(yè)的美工人員，還是對于如何正確調(diào)整像素位置一竅不通的門外漢，都能設(shè)計出影像。顯示設(shè)備不只配備高級的電子組件，更有引人注目的美學(xué)設(shè)計和可移植性。數(shù)字顯示技術(shù)使得彩色影像無處不在，客廳里視頻管線所能達到的傳輸速率如今已接近令人難以置信的330×1010b/s。那段煙味彌漫和充斥DOS影像的日子已經(jīng)一去不復(fù)返，相當(dāng)令人慶幸！
行動產(chǎn)品視頻發(fā)展歷程回顧
由于數(shù)字處理技術(shù)不斷演進，嶄新的個人計算世界才得以實現(xiàn)，進而引起大流量數(shù)據(jù)傳輸管線的需求。在投影技術(shù)主要采用CRT屏幕的年代，視頻數(shù)據(jù)大多被編碼為模擬信號，并且在阻抗受到控制的環(huán)境中可達到絕佳的傳輸效果。但模擬顯示器并不適用于便攜式電子產(chǎn)品。直到液晶顯示器的問世，便攜設(shè)備才真正能顯示視頻，視頻接口從此便完全數(shù)字化。對屏幕分辨率要求較低的小屏幕而言，CPU接口是最常見的解決方案。這只是一種從視頻來源到顯示器的平行數(shù)據(jù)總線，驅(qū)動的方式與內(nèi)存總線相同。顯示器內(nèi)部的區(qū)域單元格緩沖器(localframebuffer)可支持速度相當(dāng)慢的微處理器。
第二代顯示技術(shù)造就出彩色顯示器，由于需要速度更快的數(shù)據(jù)管線，再加上體積外型日益縮小的手機設(shè)計，使得顯示器成為適應(yīng)性強和具吸引力的設(shè)計組件。再者，連接處理器與可旋轉(zhuǎn)顯示器的線路必須更少、更快速。當(dāng)時，有些公司運用數(shù)據(jù)串行化的概念來克服這一瓶頸，像是NationalSemiconductor的MPL技術(shù)，以及Fairchild的μSerdes技術(shù)。它們的基本原理都是在圖形來源附近安裝離散發(fā)送器(序列器)，并且在顯示器面板附近安裝離散接收器(解序列器)。后者通常直接安裝在軟性印刷電路板(FPC)纜在線，而FPC將主運算處理板與顯示器面板相互連接。這一系統(tǒng)的目標分辨率可達到QVGA等級，但色彩分辨率不超過16位/像素。
有了先進的顯示技術(shù)，便能夠呈現(xiàn)更高的分辨率和更鮮明的色彩。其中的顯示分辨率是QVGA的2～6倍，并高達24位/像素色彩分辨率，因此需要再次增加數(shù)據(jù)處理量。此時，區(qū)域單元格緩沖器變得體積龐大且成本高昂，使用于筆記本電腦中的RGB視頻接口便取代了原先的CPU接口。然而，與筆記本電腦相比，手機需要更長的待機和運作時間，也就需要比筆記本電腦技術(shù)更低功耗的解決方案。為了克服這個瓶頸，德州儀器將FlatLink3G技術(shù)導(dǎo)入該公司的OMAP應(yīng)用處理器平臺中，同時推出獨立式發(fā)送器和接收器IC。此項技術(shù)的開發(fā)得到多家顯示驅(qū)動器和面板設(shè)計廠商的支持，其他一些公司也采取類似的方法解決這個問題，例如，Qualcomm運用行動顯示數(shù)字接口(MDDI)技術(shù)，視頻電子標準協(xié)會(VESA)接著也采用MDDI。而Maxim決定使用獨立式橋接解決方案，將纜線的數(shù)目減少為一條，只將頻率嵌入于資料中?，F(xiàn)有的CPU接口序列器解決方案也開始提供RGB視頻接口。最終，行動設(shè)備設(shè)計人員希望能找到一種方法，將發(fā)送器整合于繪圖引擎，并且將接收器整合于顯示器。
圖1智能型手機使用離散序列器(發(fā)送)和解序列器(接收)的實例
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只有少數(shù)解決方案(例如，MDDI和FlatLink3G)能真正達到這樣的整合，幾種同類型概念的產(chǎn)品都使用復(fù)雜的模擬設(shè)計技術(shù)(如MPL)，雖然能夠降低功耗，但是要使之整合于標準CMOS發(fā)送器技術(shù)或高壓顯示驅(qū)動器技術(shù)則相當(dāng)困難。
有了上述全部技術(shù)后，卻出現(xiàn)一個新的問題：系統(tǒng)設(shè)計人員如何在不同的廠商之間選擇正確的組件，并將這些組件互相連接？這需要將所有技術(shù)相互整合的解決方案。為了解決這個問題，囊括移動產(chǎn)業(yè)中大多數(shù)領(lǐng)導(dǎo)廠商的移動產(chǎn)業(yè)處理器接口(MIPI)聯(lián)盟開發(fā)出顯示串行接口(DSI)技術(shù)。這項技術(shù)將移動產(chǎn)品內(nèi)的繪圖引擎與顯示器相互連接，同時結(jié)合CPU和RGB視頻接口的優(yōu)點。透過數(shù)據(jù)的封包化，DSI的功效變得相當(dāng)強大，不但能協(xié)助發(fā)送器整合于應(yīng)用處理器，且能將DSI接收器整合于顯示驅(qū)動器。然而，DSI的離散橋接解決方案仍不甚理想，因為封包引擎相當(dāng)昂貴，而且會增加更多功耗。FlatLink3G之類的專屬替代方法就顯得極具競爭優(yōu)勢，而且不需使用任何軟件。
IT產(chǎn)品和視頻
處理器和ASIC廠商一直面臨控制設(shè)備管腳數(shù)的問題，序列視頻相互連接能讓管腳數(shù)減少，這點極具吸引力。Intel率先采用DVO輸出而淘汰GPU輸出并行總線，使得總線寬度減少將近50%。接著，Intel推出真正只需運用四條差動線路的串行接口SDVO。
圖像處理產(chǎn)業(yè)的一個重大瓶頸是顯示器面板輸入。如今幾乎所有大型圖像面板(指德州儀器的FlatLink或NationalSemiconductor的PanelLink)都采用7:1數(shù)據(jù)壓縮比的LVDS序列器。筆記本電腦顯示器面板主要采用18位/像素的色彩分辨率。其中，使用三個差動數(shù)據(jù)線路和一條頻率線路，將數(shù)據(jù)和其他三個同步信號傳輸至面板。監(jiān)視器和電視面板需要各像素具有24位、30位甚至高達48位的色彩分辨率。這通常會運用相同的7:1LVDS串行化技術(shù)，LVDS通道的數(shù)量也會從四個差動對隨之增加為五對、六對或七對。
顯示器面板有不同的色彩分辨率(16位和48位)，也有不同的屏幕分辨率(QVGA和FHD)。不斷提高的面板分辨率能夠轉(zhuǎn)換為更為快速的像素時鐘速率，而且需要更多的數(shù)據(jù)處理量。LVDS序列器能夠以大約135MHz的像素頻率速度達到最大的數(shù)據(jù)傳輸速率。為了達到更快速的時鐘速率，像素傳輸可區(qū)分為奇、偶像素數(shù)據(jù)，并透過兩個平行LVDS聯(lián)結(jié)進行傳輸。目前最大的電視使用多達32個差動信號對，使得像素時鐘速率達到540MHz成為可能，而處理如此大量的LVDS信號讓EMI處理變得極具挑戰(zhàn)性。雖然7:1LVDS串行化架構(gòu)被明確地限定為技術(shù)層級，不過仍相當(dāng)受到歡迎，有多種途徑可取得這項技術(shù)。
使用7:1LVDSSERDES作為內(nèi)部接口時，數(shù)字視頻接口(DVI)則成為外部連接設(shè)備的對應(yīng)。進行串行化之前，會先將數(shù)據(jù)編碼。其中，采用的編碼機制是最小化傳輸差動信號(TMDS)，這是SiliconImage所研發(fā)的技術(shù)。TMDS不只提供AC平衡信號，而且能夠在提高時鐘速率時降低數(shù)據(jù)線路的EMI。
第三項類似的技術(shù)是高畫質(zhì)多媒體接口(HDMI)，HDMI將DVI概念予以延伸，在TMDS信號加入音頻和數(shù)據(jù)加密。LVDS串行化、DVI和HDMI都有一個重大的設(shè)計缺陷，就是像素頻率信號與數(shù)據(jù)為并行傳輸。由于接收器使用此頻率信號進行數(shù)據(jù)復(fù)原(DLL)，使得聯(lián)結(jié)的設(shè)定和控制時間變得極為重要，對于內(nèi)建信號歪斜修正(deskew)功能的接收器，甚至?xí)档推渥畲髷?shù)據(jù)傳輸速率。
將時鐘信號嵌入數(shù)據(jù)的序列器技術(shù)能夠達到最高的數(shù)據(jù)傳輸速率，THine的V-by-One便是其中一例，然而專屬性解決方案限制了這一技術(shù)的使用。DisplayPort(DP)成為未來PC業(yè)界優(yōu)先采用的顯示相互連接方式。DP是一種結(jié)合歷史經(jīng)驗的開放技術(shù)，擴充性相當(dāng)高，而且使用8B10B編碼，具備數(shù)據(jù)擾頻(datascrambling)、SSC、信道間信號歪斜修正及嵌入式計時等功能。DP能夠提供低功耗且高處理量的低EMI視頻接口。從去年起直接驅(qū)動顯示器已開始采用DP，并且逐漸取代筆記本電腦的LVDS顯示連接。
在2007年時，消費性電子產(chǎn)業(yè)對iPhone的成功以及UltraMobilePC激增的銷售佳績感到震撼，這些產(chǎn)品都是采用移動處理器來支持低功耗的PC引擎。顯示器面板廠商如今正借由動態(tài)背光源的運用及OLED顯示技術(shù)的提升來開發(fā)可降低功耗的解決方案。能夠驅(qū)動大型彩色筆記本電腦面板的行動處理器即將實現(xiàn)，不過這讓行動處理器設(shè)計人員不易選擇正確的視頻接口，因為驅(qū)動手機HDMI的需求正日益增加，而且DSI、HDMI、LVDSSERDES和DP之間開始出現(xiàn)相互重疊的現(xiàn)象。
另外，透過光纖及無線連接進行視頻傳輸?shù)男枨蟪霈F(xiàn)。不只影像畫面需要無線連接，壁掛式超薄型LCD電視也同樣需要。透過現(xiàn)有的設(shè)備并利用MPEG譯碼來傳輸經(jīng)過壓縮的視頻實屬不易，尤其在大型電視屏幕上播放電影和視頻更是如此。以往只有并行總線可用，如今大多數(shù)視頻架構(gòu)仍然使用低串行化密度，并維持像素頻率與資料的平行。現(xiàn)在，改用頻率嵌入于數(shù)據(jù)的完全優(yōu)化序列聯(lián)機終于開始出現(xiàn)，透過適應(yīng)接收器的等化和傳輸預(yù)加重技術(shù)(transmitpre-emphasis)的使用，線路的數(shù)量將可進一步減少。
未來趨勢如何變化
電視產(chǎn)業(yè)中FullHD高畫質(zhì)屏幕的發(fā)展趨勢不容小覷，而且一般人都很樂意透過大型屏幕與朋友分享個人設(shè)備中的內(nèi)容。之前，18位色彩和QVGA分辨率被誤認為對便攜式低功耗產(chǎn)品已經(jīng)綽綽有余，如果忽視3D電影近期的成長或3DDLP電視的商業(yè)量產(chǎn)上市，將錯過這一發(fā)展趨勢。例如，夢工廠電影制作公司(DreamWorks)已定立多項計劃，從2009年開始就以3D方式制作所有新電影。3D圖像處理需要加倍的數(shù)據(jù)處理量，以及更進階的信號處理技術(shù)。全像技術(shù)(holographictechniques)使得設(shè)計人員能夠制作出具有影像投影功能的眼鏡，不只質(zhì)量輕，而且外型美觀，顯示袖珍型影像投影技術(shù)如今已逐漸實現(xiàn)。另外，目前已首度證實，筆記本電腦的電池供電可支持30英寸的投影，這一尺寸的屏幕需要高于VGA等級的分辨率。
