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HDMI收發(fā)器簡化家庭影院系統(tǒng)設(shè)計

發(fā)布時間:2020-02-10 來源:Ian Beavers , Joe Triggs, 和 Lie Dou 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】今天,大屏幕 HDTV(高清電視)已獲得消費者的廣泛認可,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)。單機家庭影院(HTiB)、SOUNDBAR 音箱和影音接收機(AVR)能為用戶提供更加出色的音頻體驗并令 HDTV 視頻性能更臻完善。提取和處理高保真音頻信號的能力是目前市場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)。
 
對于 HTiB、SOUNDBAR 音箱和 AVR 的系統(tǒng)設(shè)計人員而言,提高家庭影院的用戶體驗就意味著不斷克服各種實施挑戰(zhàn)。最新版 HDMI 標準中又增添了新特性,如音頻回傳通道(ARC)、3D 顯示格式以及對消費電子控制(CEC)協(xié)議的改進。當然,消費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,并且物美價廉、操控簡易。因此,家庭影院設(shè)備的設(shè)計人員必須適應(yīng)新標準,同時還要縮減物料成本、開發(fā)成本和上市時間。為了幫助設(shè)計人員應(yīng)對此類挑戰(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。就個體而言,上述每種功能應(yīng)該都需要彼此獨立的 IC 及五花八門的固件,但一個收發(fā)器就可以將全部功能組合到一個綜合解決方案中,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)計人員帶來了極大方便。
 
http://coahr.cn/art/artinfo/id/80037601
圖 1 HDMI 收發(fā)器功能框圖
 
單機家庭影院
 
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DVD 或 Blu-ray™視頻播放機。HTiB 簡化了視頻播放機、放大器和揚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。圖 2 所示為一個典型的 HTiB 系統(tǒng)。
 
http://coahr.cn/art/artinfo/id/80037601
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)遠遠高于電視揚聲器。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 HDMI輸入端用于各種信號源,擁有一個 HDMI 輸出端用于連接電視,同時內(nèi)置音頻處理系統(tǒng)和揚聲器。圖 3 所示為典型的SOUNDBAR 音箱系統(tǒng)。
 
http://coahr.cn/art/artinfo/id/80037601
圖 3. 帶 HDMI 集線器的典型 SOUNDBAR 音箱框圖
 
高級 SOUNDBAR 音箱裝有多個揚聲器和放大器,具備環(huán)繞聲解碼能力,其電子和聲學(xué)設(shè)計特性可以產(chǎn)生環(huán)繞聲效果,而無需在后面安置單獨的揚聲器。中高端 SOUNDBAR 音箱系統(tǒng)包含 DVD 或藍光播放機,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 ARC 接收器。
 
在電視、機頂盒或其他下游 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揚聲器聲音,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 HTiB的視頻輸出在電纜上是否處于有效狀態(tài)。
 
擴展顯示識別數(shù)據(jù)(EDID)復(fù)制
 
HDMI 收發(fā)器具有 EDID 復(fù)制功能,讓多個 HDMI 端口共享一個位置儲存器(即使 HTiB 處于省電模式)。該功能可以縮短系統(tǒng)啟動時間,因為所有上游 HDMI 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、藍光播放機和 3D 電視等)之間的連接橋梁,HTiB 制造商必須時刻站在技術(shù)前沿,不斷設(shè)計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。HDMI 標準的這一新特性顯著提升了用戶體驗,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,支持一系列強制性和可選視頻格式。在實際應(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其本身的3D 格式支持清單進行分析,然后,連接源在發(fā)送 3D 內(nèi)容時會通過 HDMI 協(xié)議命令告知 HtiB,HTiB 接著會提取并輸出高級音頻格式,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,比如在多個輸入之間選擇、選擇所需音頻和視頻格式以及高級音頻處理選項配置等。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,同時減輕了將 OSD 軟件集成到系統(tǒng)固件中的設(shè)計工作。
 
消費電子控制(CEC)擴展
 
消費電子控制(CEC)通道屬于單線通信接口,可實現(xiàn)家庭娛樂系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)操作。例如,單用一個遙控按鈕即可同時開關(guān)娛樂系統(tǒng)中的所有設(shè)備。HDMI 標準已經(jīng)擴展支持 ARC 和 HDMI以太網(wǎng)通道(HEC)等新特性,HDMI 收發(fā)器內(nèi)的 CEC 命令庫也隨之擴展提供支持。對于 HTiB 設(shè)計人員而言,支持最新的 HDMI 特性就要同時支持最新的 CEC 特性。HDMI 收發(fā)器目前可以處理單線網(wǎng)絡(luò)上 ARC 和 HEC 會話的發(fā)現(xiàn)、協(xié)商、啟動和終止。
 
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)字信號處理(DSP)芯片進行處理。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 信號中送往電視。這種情況下,只用音頻插入特性即可。一個此類應(yīng)用的例子是將 iPod®接入 HtiB,將其音頻與獨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,藍光播放器可用作輸入HTiB 的源器件。要利用遠高于電視揚聲器的 HTiB 音質(zhì),就必須在 HTiB 內(nèi)從 HDMI 信號中提取音頻。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)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)計中的一個最大挑戰(zhàn)是實現(xiàn)HDCP 中繼器功能。HTiB 實現(xiàn)的中繼器功能是內(nèi)容保護、EDID管理和影音靜音的綜合。HDMI 收發(fā)器將整個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和應(yīng)用程序編程接口(API)成為設(shè)計人員的重大優(yōu)勢——縮短上市時間并可從構(gòu)建良好的 HDMI 和 HDCP 兼容平臺起步。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
 
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)雜性并能簡化成品檢查。LQFP 很大程度上簡化了布局方面的問題,封裝實際上可以布置在 2 層板上,從而實現(xiàn)低成本,同時還能滿足所有必需的 HDMI 物理層兼容測試阻抗測量。
 
2 層板的設(shè)計難點包括:管理收發(fā)器的電源路由并充分解耦;提供最佳熱傳導(dǎo);對最小化傳輸差分信號(TMDS)差分對輸入和輸出所需的走線阻抗進行布線。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)計人員降低家庭影院系統(tǒng)的設(shè)計成本和難度,并提供最新 HDMI 特性滿足消費者的視聽體驗需求。使用此類收發(fā)器可以實現(xiàn) ARC 和 3D 視頻等 HDMI 特性。HDMI 信號路徑上集成了屏幕顯示(OSD)引擎,降低了 HTiB和 SOUNDBAR 音箱設(shè)計的成本和復(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系統(tǒng)設(shè)計中的家庭影院體驗。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)計和固件可以實現(xiàn)系統(tǒng)無縫對接。HDMI收發(fā)器布線可以在 2 層板上成功實現(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)送到放大器和揚聲器或重新插入 HDMI 信號路徑中。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)計中非常實用。ADV7623 提供 EDID復(fù)制、HDCP 中繼器支持和 ARC 功能,支持強制性 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。
 
http://coahr.cn/art/artinfo/id/80037601
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)計工作,從而大幅縮減上市時間。
 
這些優(yōu)勢使 HDMI 收發(fā)器成為低成本、高性能家庭視聽系統(tǒng)設(shè)計的絕佳選擇。
 
HDMI、HDMI 商標和 High-Definition Multimedia Interface 是 HDMI Licensing LLC 公司在美國及其他國家的商標或注冊商標。
 
 
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