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關鍵元件 打造4K TV智慧中心
高整合是不變定律

【作者: 王岫晨】   2013年08月06日 星期二

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近幾年來,電視產業的話題不斷,從告別CRT電視,到進入LCD平面電視開始,全新的顯示架構與全數位化的資料處理方式,讓相關業者始終可以在缺乏新鮮感的電視產業中,找出新的宣傳熱點。例如LED電視、3D電視、Smart TV,與OLED TV等。


這些都是隨著科技的進展而出現的時代產物。只不過,這些電視相關的產品,除了LED電視由於改採LED背光板,提供了更薄型化的優勢而成為主流之外,其他的產品不是還在市場上努力奮進,不然就是已經宣告失敗。


當然,與電視相關的話題不會就此停止,近期最火燙的新產品,就是4K電視。目前產業界已經將4K電視正名為超高畫質(UHD)電視。隨著UHD電視的問世,電視品牌廠商開始推出相關UHD電視商品,這也宣告超高畫質電視時代正式來臨。而面板廠與晶片廠也趁勢搭上此波風潮,自2013年起積極推出UHD TV相關產品。



圖一 : UHD電視的定位,將會成為家庭的智慧多媒體娛樂中心。
圖一 : UHD電視的定位,將會成為家庭的智慧多媒體娛樂中心。

UHD走向居家智慧中心

放眼目前UHD電視的市場發展,缺乏統一的標準是最大的絆腳石,這也導致了目前市場上的產品呈現兩極化的發展。一線品牌大廠推出的產品都走高端路線,至於部分二線品牌廠商的品質則是參差不齊。事實上,UHD指的是4K2K的影像解析度,一般消費者可能認為採用4K2K面板,就是UHD電視,然而這卻只是UHD電視的基本條件而已。


台灣羅德史瓦茲業務經理劉恩宏指出,UHD的電視系統,不僅只是採用4K2K面板這麼簡單,事實上,從影像處理器、編解碼晶片、作業系統、周邊高傳輸介面,甚至還要有智慧聯網與4K內容等都要能配合,才是一部真正的UHD電視。另外,產業標準的加速制訂,也是UHD電視長期穩健發展的關鍵。之所以強調這些因素的健全性,都是為了避免UHD市場步上過去3D顯示市場衰敗的後塵。


劉恩宏說,以過去3D電視的發展歷史為例,一開始市場推出的,都是標榜純3D功能的電視。然而隨著市場逐漸乏人問津,3D逐漸從主角轉為配角,許多電視產品都將3D當作附屬的功能之一。也就是有這樣的功能,消費者可能用不到,然而多了該功能,卻可以增加消費市場買氣。不只3D,包括聯網等功能,也都是如此。


未來電視將集越來越多功能於一身,僅擁有單一功能的電視已經不多見。在這樣的趨勢下,下一代電視產品必定會往智慧型產品的路線演進。也就是除了超高畫質之外,還必須擁有目前市面上新世代電視所具備的功能,例如智慧聯網、高速傳輸、3D顯示等。特別是UHD這樣的產品定位,肯定會成為客廳中的智慧聯網與高畫質視訊中心。


劉恩宏認為,在這樣的趨勢下,UHD電視在硬體方面,不但需要具備UHD等級的顯示面板,更必須擁有多核心處理器、4K影像編解碼晶片、擁有HDMI或USB 3.0等高速多媒體傳輸介面、內建802.11ac等高速WiFi傳輸技術,甚至還必須擁有作業系統,方便使用者透過UHD電視這樣的平台,進行居家多媒體串流的管控。


這一切的軟硬體需求,都是必須確保所有4K畫質的影音內容在傳輸與播放的過程中,訊號均能無誤差且無衰減,使用者方能盡興地享受UHD多媒體內容所帶來的便利與愉悅。


產品走高整合策略

其實,以新一代的電子產品來看,多功能化都是不變的趨勢。電視加入了4K2K的高畫質顯示,也只是在眾多功能中,再次提高其產品附加價值。當然,高度整合的結果,其系統設計也就必須化零為整,一併採取高整合度的思考策略來進行整體規劃,而不能再以傳統單一零件的設計思維來佈局系統架構。也因此,UHD電視模組也將朝向以系統單晶片方式,來簡化整體系統架構。


就單純以電視內部訊號傳送的LVDS介面來看,現行1080P@60Hz的畫質,就需要2個LCDS通道,若加倍到1080p@120Hz,則需要4個LVDS通道,到了UHD的2160p以上解析度,LVDS通道通常需要多達8到12個。這還只是內部基本的系統需求。這類的產品通常訴求都是智慧化電視,因此諸如Android作業系統、多核心處理器都成為必要的架構之一。


過多的零組件是導致系統複雜與價格攀升的主因,而價格卻正是這類消費性產品普及的絆腳石。安捷倫電子量測事業群資深市場專案經理徐正平指出,UHD電視過於複雜的系統架構,除了拖緩其上市時程之外,也使測試驗證的工作更為繁複。電視廠商必須花費更多的時間與費用來進行產品的驗證工作。而從系統設計到量測驗證,一連串的繁雜作業,也使得簡化系統架構來縮減產品成本,成為UHD電視業者現階段的重要工作。


NI應用工程師潘建安則表示,現今廠商在測試上普遍面臨到多測項、高成本等問題,隨著數位多媒體的興起,除了一般多媒體娛樂系統有影音測試需求外,智慧手機、甚至車用電子領域也開始有需求,而且因跨領域的應用而讓測試工作更為複雜。在這樣的趨勢下,影音測試工程師面臨了嚴峻的挑戰。


潘建安說,在高畫質的影像產品以及高傳真音效問世後,人眼及人耳的判斷已經不足以進行系統測試。必須透過多媒體測試的自動化作業,才可提升多媒體系統的品質與穩定度,且針對中大型的產線,更可節省大量時間與人力。特別是4K電視成為市場新寵,儘管叫好聲不斷,但除了是否有足夠的數位內容可以提供外,相關硬體建置是否完備、系統品質是否穩定等,都是UHD市場能否起飛的關鍵。


關鍵元件滿足UHD需求

事實上,由於面板正是佔UHD電視整體成本最高的元件,目前面板業者普遍開始採用單晶片解決方案,例如在LCD模組中整合了T-Con與FRC等元件,來降低成本。而為了降低在UHD電視中有著大量需求的LVDS元件數,美商傳威(TranSwitch)也開發出了新的Hdwire架構,用於取代傳統的LVDS介面。


Hdwire可支援4K2K以及未來的8K4K解析度,並向下支援LVDS架構,提供更高速影像傳輸的同時,還可降低整體系統成本。例如在8位元色彩、解析度4K2K@60Hz下需要8個LVDS通道,改用HDwire僅需1組線路。不僅元件數量大幅減少,特別是若將電視的系統單晶片與Tcon整合至HDwire介面,整體成本將更為降低。


另外UHD電視目前市場尚未成型,在缺乏統一標準的情況下,廠商各自主推自家規格產品,且均未正式大量生產。在這樣的情況下,一般廠商都會採用FPGA產品,來作為UHD電視的初期硬體平台。Altera台灣區應用工程經理卓文中就指出,FPGA可應付少量且多變的市場,對於UHD電視的初期發展來看,FPGA平台當然是最好的選擇。


目前正值UHD市場的發展初期,許多電視產品在出貨後,都必須隨著消費市場的需求快速修改產品參數,或者加入新功能。然而UHD電視系統無法與目前已經成熟的Full HD電視相比擬,因此初期採用FPGA平台,讓客戶更容易針對消費市場的反應,對產品進行功能的修正。而面對功能多樣化的UHD電視需求,FPGA在擁有更強大的多核心運算效能,並整合DSP處理器之後,普遍都能滿足目前UHD電視的視訊效能需求。


就目前觀察,4K電視普及最主要的瓶頸,技術端並不是多大的問題,儘管各種應對UHD的新技術,例如IGZO、H.265編碼器、802.11ac等陸續出籠,然而最關鍵還是在於4K內容的貧乏,與現階段4K顯示器價格過高等問題上。而這兩項問題,也正牽動了消費市場最敏感的神經。


圖二 : 以可程式化SoC晶片來打造UHD電視系統,透過高度整合的FPGA可讓系統架構更為簡化。
圖二 : 以可程式化SoC晶片來打造UHD電視系統,透過高度整合的FPGA可讓系統架構更為簡化。圖片來源:Xilinx.com

力促UHD成本下降

UHD/4K TV所涵蓋的市場,絕不僅只是電視硬體系統方面的商機,而是包括從內容提供甚至到電信業者,都必須同步並行,才能順利帶動整個產業的前進。當然這一切的開端,都必須從UHD電視的硬體系統開始。


WitsView研究經理范博毓認為,由於價格是影響普及與否的重要關鍵,分析現行UHD電視的成本結構,在解析度由Full HD提高四倍,加上面板穿透率的下降,使得驅動IC與背光模組的成本勢必提高。加上4K面板的生產良率降低,導致UHD電視的整體成本比起目前Full HD的機種,將增加1.6倍。


范博毓說,儘管UHD面板對於面板廠來說,能有高達20~30%左右的獲利,但消費市場畢竟對於價格敏感,為了加速UHD電視的普及,面板廠現階段還是會積極壓低價格來換取普及率。除了持續改善生產良率外,包括背光模組、驅動IC架構與面板規格等方面,都將成為驅動UHD面板成本下降的關鍵。


結語

綜觀UHD電視的發展,系統的簡化、功能的整合,都讓UHD電視朝向居家智慧平台的角色邁進。電視終究是家庭裡重要的電子產品之一,4K解析度的問世,只是將電視的功能與角色,帶到了另一個全新的境界,然而這終究還是得要消費市場買單才行。


究竟UHD電視的未來,像不像預期那般順遂。會成為視訊產業的新里程碑,還是會如3D顯示一樣曇花一現,都還有待來日的觀察。只不過從系統業者的積極整合、到量測業者提供更完整的測試方案,都已經為UHD電視的未來鋪好一條大道,就等市場時機成熟,UHD將為視訊產業帶來新氣象。


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