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关键组件 打造4K TV智能中心
高整合是不变定律

【作者: 王岫晨】2013年08月06日 星期二

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近几年来,电视产业的话题不断,从告别CRT电视,到进入LCD平面电视开始,全新的显示架构与全数字化的数据处理方式,让相关业者始终可以在缺乏新鲜感的电视产业中,找出新的宣传热点。例如LED电视、3D电视、Smart TV,与OLED TV等。


这些都是随着科技的进展而出现的时代产物。只不过,这些电视相关的产品,除了LED电视由于改采LED背光板,提供了更薄型化的优势而成为主流之外,其他的产品不是还在市场上努力奋进,不然就是已经宣告失败。


当然,与电视相关的话题不会就此停止,近期最火烫的新产品,就是4K电视。目前产业界已经将4K电视正名为超高画质(UHD)电视。随着UHD电视的问世,电视品牌厂商开始推出相关UHD电视商品,这也宣告超高画质电视时代正式来临。而面板厂与芯片厂也趁势搭上此波风潮,自2013年起积极推出UHD TV相关产品。



图一 : UHD电视的定位,将会成为家庭的智能多媒体娱乐中心。
图一 : UHD电视的定位,将会成为家庭的智能多媒体娱乐中心。

UHD走向居家智能中心

放眼目前UHD电视的市场发展,缺乏统一的标准是最大的绊脚石,这也导致了目前市场上的产品呈现两极化的发展。一线品牌大厂推出的产品都走高端路线,至于部分二线品牌厂商的质量则是参差不齐。事实上,UHD指的是4K2K的影像分辨率,一般消费者可能认为采用4K2K面板,就是UHD电视,然而这却只是UHD电视的基本条件而已。


台湾罗德史瓦兹业务经理刘恩宏指出,UHD的电视系统,不仅只是采用4K2K面板这么简单,事实上,从图像处理器、编译码芯片、操作系统、周边高传输接口,甚至还要有智能联网与4K内容等都要能配合,才是一部真正的UHD电视。另外,产业标准的加速制订,也是UHD电视长期稳健发展的关键。之所以强调这些因素的健全性,都是为了避免UHD市场步上过去3D显示市场衰败的后尘。


刘恩宏说,以过去3D电视的发展历史为例,一开始市场推出的,都是标榜纯3D功能的电视。然而随着市场逐渐乏人问津,3D逐渐从主角转为配角,许多电视产品都将3D当作附属的功能之一。也就是有这样的功能,消费者可能用不到,然而多了该功能,却可以增加消费市场买气。不只3D,包括联网等功能,也都是如此。


未来电视将集越来越多功能于一身,仅拥有单一功能的电视已经不多见。在这样的趋势下,下一代电视产品必定会往智能型产品的路线演进。也就是除了超高画质之外,还必须拥有目前市面上新世代电视所具备的功能,例如智能联网、高速传输、3D显示等。特别是UHD这样的产品定位,肯定会成为客厅中的智能联网与高画质视讯中心。


刘恩宏认为,在这样的趋势下,UHD电视在硬件方面,不但需要具备UHD等级的显示面板,更必须拥有多核心处理器、4K影像编译码芯片、拥有HDMI或USB 3.0等高速多媒体传输接口、内建802.11ac等高速WiFi传输技术,甚至还必须拥有操作系统,方便用户透过UHD电视这样的平台,进行居家多媒体串流的管控。


这一切的软硬件需求,都是必须确保所有4K画质的影音内容在传输与播放的过程中,讯号均能无误差且无衰减,用户方能尽兴地享受UHD多媒体内容所带来的便利与愉悦。


产品走高整合策略

其实,以新一代的电子产品来看,多功能化都是不变的趋势。电视加入了4K2K的高画质显示,也只是在众多功能中,再次提高其产品附加价值。当然,高度整合的结果,其系统设计也就必须化零为整,一并采取高整合度的思考策略来进行整体规划,而不能再以传统单一零件的设计思维来布局系统架构。也因此,UHD电视模块也将朝向以系统单芯片方式,来简化整体系统架构。


就单纯以电视内部讯号传送的LVDS接口来看,现行1080P@60Hz的画质,就需要2个LCDS信道,若加倍到1080p@120Hz,则需要4个LVDS信道,到了UHD的2160p以上分辨率,LVDS信道通常需要多达8到12个。这还只是内部基本的系统需求。这类的产品通常诉求都是智能化电视,因此诸如Android操作系统、多核心处理器都成为必要的架构之一。


过多的零组件是导致系统复杂与价格攀升的主因,而价格却正是这类消费性产品普及的绊脚石。安捷伦电子量测事业群资深市场项目经理徐正平指出,UHD电视过于复杂的系统架构,除了拖缓其上市时程之外,也使测试验证的工作更为繁复。电视厂商必须花费更多的时间与费用来进行产品的验证工作。而从系统设计到量测验证,一连串的繁杂作业,也使得简化系统架构来缩减产品成本,成为UHD电视业者现阶段的重要工作。


NI应用工程师潘建安则表示,现今厂商在测试上普遍面临到多测项、高成本等问题,随着数字多媒体的兴起,除了一般多媒体娱乐系统有影音测试需求外,智能手机、甚至车用电子领域也开始有需求,而且因跨领域的应用而让测试工作更为复杂。在这样的趋势下,影音测试工程师面临了严峻的挑战。


潘建安说,在高画质的影像产品以及高传真音效问世后,人眼及人耳的判断已经不足以进行系统测试。必须透过多媒体测试的自动化作业,才可提升多媒体系统的质量与稳定度,且针对中大型的产线,更可节省大量时间与人力。特别是4K电视成为市场新宠,尽管叫好声不断,但除了是否有足够的数字内容可以提供外,相关硬件建置是否完备、系统质量是否稳定等,都是UHD市场能否起飞的关键。


关键组件满足UHD需求

事实上,由于面板正是占UHD电视整体成本最高的组件,目前面板业者普遍开始采用单芯片解决方案,例如在LCD模块中整合了T-Con与FRC等组件,来降低成本。而为了降低在UHD电视中有着大量需求的LVDS组件数,美商传威(TranSwitch)也开发出了新的Hdwire架构,用于取代传统的LVDS接口。


Hdwire可支持4K2K以及未来的8K4K分辨率,并向下支持LVDS架构,提供更高速影像传输的同时,还可降低整体系统成本。例如在8位色彩、分辨率4K2K@60Hz下需要8个LVDS信道,改用HDwire仅需1组线路。不仅组件数量大幅减少,特别是若将电视的系统单芯片与Tcon整合至HDwire接口,整体成本将更为降低。


另外UHD电视目前市场尚未成型,在缺乏统一标准的情况下,厂商各自主推自家规格产品,且均未正式大量生产。在这样的情况下,一般厂商都会采用FPGA产品,来作为UHD电视的初期硬件平台。Altera台湾区应用工程经理卓文中就指出,FPGA可应付少量且多变的市场,对于UHD电视的初期发展来看,FPGA平台当然是最好的选择。


目前正值UHD市场的发展初期,许多电视产品在出货后,都必须随着消费市场的需求快速修改产品参数,或者加入新功能。然而UHD电视系统无法与目前已经成熟的Full HD电视相比拟,因此初期采用FPGA平台,让客户更容易针对消费市场的反应,对产品进行功能的修正。而面对功能多样化的UHD电视需求,FPGA在拥有更强大的多核心运算效能,并整合DSP处理器之后,普遍都能满足目前UHD电视的视讯效能需求。


就目前观察,4K电视普及最主要的瓶颈,技术端并不是多大的问题,尽管各种应对UHD的新技术,例如IGZO、H.265编码器、802.11ac等陆续出笼,然而最关键还是在于4K内容的贫乏,与现阶段4K显示器价格过高等问题上。而这两项问题,也正牵动了消费市场最敏感的神经。


图二 : 以可程序化SoC芯片来打造UHD电视系统,透过高度整合的FPGA可让系统架构更为简化。
图二 : 以可程序化SoC芯片来打造UHD电视系统,透过高度整合的FPGA可让系统架构更为简化。图片来源:Xilinx.com

力促UHD成本下降

UHD/4K TV所涵盖的市场,绝不仅只是电视硬件系统方面的商机,而是包括从内容提供甚至到电信业者,都必须同步并行,才能顺利带动整个产业的前进。当然这一切的开端,都必须从UHD电视的硬件系统开始。


WitsView研究经理范博毓认为,由于价格是影响普及与否的重要关键,分析现行UHD电视的成本结构,在分辨率由Full HD提高四倍,加上面板穿透率的下降,使得驱动IC与背光模块的成本势必提高。加上4K面板的生产良率降低,导致UHD电视的整体成本比起目前Full HD的机种,将增加1.6倍。


范博毓说,尽管UHD面板对于面板厂来说,能有高达20~30%左右的获利,但消费市场毕竟对于价格敏感,为了加速UHD电视的普及,面板厂现阶段还是会积极压低价格来换取普及率。除了持续改善生产良率外,包括背光模块、驱动IC架构与面板规格等方面,都将成为驱动UHD面板成本下降的关键。


结语

综观UHD电视的发展,系统的简化、功能的整合,都让UHD电视朝向居家智能平台的角色迈进。电视终究是家庭里重要的电子产品之一,4K分辨率的问世,只是将电视的功能与角色,带到了另一个全新的境界,然而这终究还是得要消费市场买单才行。


究竟UHD电视的未来,像不像预期那般顺遂。会成为视讯产业的新里程碑,还是会如3D显示一样昙花一现,都还有待来日的观察。只不过从系统业者的积极整合、到量测业者提供更完整的测试方案,都已经为UHD电视的未来铺好一条大道,就等市场时机成熟,UHD将为视讯产业带来新气象。


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