2008年的美國國際消費性電子大展（Consumer Electronics Show；CES）已在不久前落幕，而LCD TV是本屆會場中最熱門的產品，除了突破性的大螢幕（如Sharp展示的全球最大108吋LCD TV）成為許多人討論的話題外，圍繞著LCD TV的技術議題包含著兩大重點，一是full HD，另一則是120Hz倍頻（double frame rate）技術。其實full HD自2007年起即已備受注目，主要是因為在歐、美、日等地區，HD TV高畫質電視的整體環境已越趨成熟，包括HD DVD、Blu-ray Disc、HDV、Xbox或PS3等播放器逐漸普及，且內容來源更加豐富，以及LCD TV的價格也越來越平民化。

但隨著LCD TV的螢幕越做越大，在小螢幕時不被在意的畫面抖動、不連續線條等問題，就成了必須嚴肅面對的挑戰。因此，業界提出了倍頻技術來因應這些問題，也就是透過插黑畫面或補畫面的方式來提升畫質。這是相當複雜的運算技術，在採用上也會衍生許多系統設計上的問題。本文中將介紹LCD TV的市場現況與設計挑戰。

數位電視朝功能區隔化發展

數位電視取代類比電視的腳步發展越來越快，在各國政府積極推動之下，2007年全球數位電視出貨量已突破一億台的規模。根據Display Search對電視市場的研究報告顯示，在未來幾年仍將維持兩位數的年成長率。不過，類比電視與數位電視仍有一段交接的過渡期，在技術上會透過雙模的方式來滿足共存的需求。

雖然同樣是數位電視，但在不同區域中存在著不同的規格，例如美規為ATSC、歐規為DVB-T、中國用的是DTMB等。為了滿足全球多標準的環境，讓電視設備製造商能同時支援多地區的電視規格，影像處理晶片的業者必須發展出跨區域的平台解決方案。

進一步來看，同一區域雖然有相同的電視規格，但電視機畢竟屬於消費性的商品，為了做出市場區隔，各家廠商無不致力於加入一些加值功能，以強調屬於自己的產品特色。數位化的電視機在技術上更有能力整合各種功能，因此這類電視可統稱為整合式數位電視（iDTV），而在做法上則有許多的可能性，例如使數位電視具有錄影功能，也就是內建成本低、容量大的硬碟，讓數位電視也能是一台PVR；數位電視也能與STB整合，成為一台MOD或Cable TV；當數位電視具備上網功能，便成了一台網路電視；若是強化數位電視的相片播放功能，則可搖身一變成為數位相框（Digital Photo Frame）。

隨著電視畫質的提升，數位相框未來可望成為數位電視的一項殺手級應用。過去的數位電視解析度不高，一般畫質只有640×480，用來觀看照片的效果並不理想。但在今日的full HD電視畫質已可達到1920×1080，非常適合用來欣賞照片，而電視機位於客廳的中心，大畫面的HD TV正是家人共同分享照片的極佳管道。從技術層面上來看也不會有太大的困難，因為數位電視本身即是影音處理設備，除了影像顯示之外，也能在播放照片時同步播放背景音樂。

此外，由於LCD TV的薄型化特色，很適合貼靠牆面放置，甚至懸掛於牆面上，如果外部連接的線路太多，就會顯得很不美觀，因此LCD TV努力朝向線路簡化，甚至是無線化發展。為了簡化線路，HDMI已成為標準化的傳輸介面，它只需要一條傳輸線即可提供高速的影音傳輸。在簡化的作法上，也出現了外接盒（external box）產品，這其實就是一種集線盒，將各種用來傳送影音訊號的介面都傳送到這個盒子中，再透過一條HDMI傳輸線送往LCD TV，因此也可稱為HDMI Switch。

在無線化的發展上，Wi-Fi／802.11n及UWB是主要的選擇技術，不過技術上仍需從頻寬保證、降低封包錯誤率，以及提升電波干擾的穩定性上來達成即時連結的可靠性（reliability）和可用性（availability）等要求。以UWB來說，目前有一些晶片廠商鎖定視訊傳輸的應用，甚至推出Wireless HDMI的技術，但仍處於測試和推廣階段，預估至少還要花一年的時間才會在市場上看到更多的應用。

雖然數位電視的大方向朝向多功能發展，但另外有一個值得關注的現象，也就是在此市場中出現了一塊不稱自己為電視機的新興市場。這類產品並未內建電視諧調器（TV tuner），因此只是單純的顯示器（Display）。對於美國、台灣這類有線電視盛行的區域，電視諧調器並不具有太大的意義，反而只是增加了顯示設備的成本，而且還會產生課稅的額外成本。因此，單純的顯示器確實有其市場存在；除了看電視外，LCD顯示器也能廣泛地用於戶外或專櫃看板等用途。

Full HD成為市場主流

對於視訊、影像的顯示來說，高畫質（HD）是一個永無止境的追求。有別於中小尺寸的標準畫質電視（SDTV），高畫質電視（HD TV）就定義上有三種等級，即720p（1280×720p）、1080i（1920×1080i）及1080p（1920×1080p）。市場上支援720p或1080i畫質的電視稱為HD Ready，而支援1080p畫質的則稱為full HD。

《圖一　各種顯示器解析度比較》

從技術面上來看，Full HD（1920×1080）的掃描線數達到1080條，其畫素是720級電視的兩倍，畫質當然更為細膩，展現的細節層次自然也更為豐富。不僅如此，在掃描作法上也從1080i的交錯掃描（interlace）演進到1080p的循序掃描（Progressive）階段，讓畫面的顯示更為流暢、穩定而不閃爍。

隨著類比廣播電視即將全面回收，加上全球主要面板供應商不斷開出新產能，在過去一年中，HD TV的平均價格降幅達到40％，其中以720p的LCD TV價格下跌最快，也因此刺激了消費者的買氣，讓HD TV的市場大幅成長，預估在2008年中，1080p HD TV可望成為LCD TV市場的主導性新規格。在此同時，HD TV的電視節目數量也持續增加，且在日前Toshiba正式宣佈退出HD DVD市場後，高畫質DVD的標準正式底定。在高畫質DVD標準正式拍板定案後，所有相關廠商便可無後顧之憂地投入高畫質DVD的研發及生產，高畫質DVD播放機的銷售量也將迅速成長，相對地，Blu-Ray DVD的價格則將迅速滑落，且對於Flat TV Full HD的需求將會掀起推波助瀾的效應。DisplaySearch預估此類播放機的出貨量將會從2007年的100萬台，於2008年年中成長至500萬台。

需跨越的倍頻技術門檻

高畫質電視（HD TV）所提升的是靜態畫面的解析度，但當這些畫面以動態播放時，仍會遭遇不小的技術瓶頸。主要的問題有兩種：一是畫面顫動（Motion Judder），一是畫面模糊（Motion blur）。畫面顫動的問題出自於視訊來源，因一般電影仍是以24Hz來製作，但到了電視端必須轉換為50／60Hz的廣播訊號格式，這必須透過3：2訊框轉換（pull down）技術來達成，但當畫面中運動速度過快時，就容易因沒有足夠的訊框來顯示連續動作，而顯現顫動現象。

《圖二　LCD TV常見的動態畫面議題：左為畫面顫動，右為畫面模糊》

畫面模糊的原因則與LCD的特性及反應速度有關，LCD螢幕較容易產生影像暫留的現象，當液晶反應速度不夠快時，一旦遇到快速的運動畫面就難免會出現模糊的現象，而且在大尺寸螢幕中更為明顯。提高反應時間是解決畫面模糊的一種方法，但目前已提高達12毫秒以上，若再提高對畫質提升的幫助已不大。

目前對動態影像問題的解決之道包括透過液晶驅動加速（Overdrive）技術來改善，以及將50／60Hz的訊框速度提升到100／120Hz的倍頻速度。採用倍頻方案，訊框的刷新速度加倍，能夠更有效地消除液晶分子上的電荷，進而改善畫面殘留的狀況。然而，隨著掃描速度的加倍，多出來的中間訊框必須插入黑色畫面，或在兩個畫面中插入一個過渡畫面，這是相當複雜的運算技術，也是發展倍頻電視的主要技術挑戰。

為了讓倍頻電視真正達到畫面流暢的目標，目前發展出來的關鍵技術稱為ME／MC，也就是運動估計（Motion Estimation；ME）和補償運算（Motion Compensation；MC），但不同的廠商可能有不同的說法，如Genesis稱其技術為MCTi。這是複雜度相當高的動態插幅演算法，以目前的技術來說，硬體廠商仍必須以專屬的晶片來處理此項工作。不過，為了降低成本與尺寸，廠商已致力於透過更高階的製程來開發出與去交錯掃描及影像縮放控制晶片（deinterlacer／scalar）進行整合。

要實現倍頻電視，除了需導入ME／MC技術外，還需要面對傳輸介面、散熱與時脈控制（TCON）等問題。由於掃描速度加倍，從播放端傳送到顯示器的頻寬勢必要加大才行，因此會需要更多的LVDS傳輸線才能應付。對於WXGA面板（約85MHz像素頻率），只需以單FP-Link（LVDS）就能滿足視訊處理系統與面板模組內TCON的連結，但進入到1080p的時代，像素頻率提升到約150MHz，因此需要雙FP-Link介面才有足夠的頻寬。

若要採倍頻技術來讓畫面更流暢，像素頻率也就跟著加倍（約300MHz），此時就需要用到四條FP-Link介面才做得到。但高速的傳輸線越多，越容易產生EMC／EMI的問題，控制晶片也需採用接腳（pin）數更多的元件才行，這樣一來晶片的成本也會增加。因此，新一代的高速數位DisplayPort介面有機會取代LVDS成為主要的內部傳輸技術。

另一個問題則是散熱。動態插幅演算法若採用插黑處理，則會衍生整體亮度下降的問題，此時必然得提高電壓來提升畫面亮度，如此一來，系統勢必會產生更高的熱量，必須進一步解決散熱的議題。此外，面板端的時脈控制器是訊號同步的控制核心，因此也需提升支援倍頻掃描才行。

DisplayPort前景可期

如上所述，電視系統內部的傳輸頻寬越來越大，目前常用的LVDS已顯得不敷使用。新一代的DisplayPort利用目前工作速率為2.5Gbps的PCI Express實體層（Phy-Layer），具有一至四條通道，也就是可提供1.62至10.8Gbps的彈性頻寬。它的高速頻寬能減少當前傳輸線路的數量，進而有效簡化顯示器的設計結構，因此在電腦及電視市場有極大的發展潛力。除了高速外，DisplayPort也克服了LVDS 一公尺的傳輸距離限制，在技術上可達到十五公尺距離。

DisplayPort和HDMI有許多的技術相似性，如同樣提供數位化的視訊資料，在像素色深（color depth）上每個色彩元件可達16位元，內容保護機制上同樣支援HDCP，也支援CEA861的數位?訊封包格式。但兩者也存在著許多差異性，其中最受關注的是制定組織的收費策略：HDMI最為人垢病的地方，即是進入的費用門檻太高，參與HDMI Licensing組織的年費達一萬美金，除此之外還要負擔龐大的權利金與測試費用。相較於HDMI，DisplayPort的使用無需支付權利金，此舉有助於提升業者的接受度。此外，HDMI在面板端的規格還沒定出來，而內部傳輸則是DisplayPort定位的運用重點之一。

《圖三　DisplayPort適用於內部與外部的高速介面連結》

電視晶片發展趨勢

對於數位電視來說，其功能性越來越多元化，效能上的要求也越來越高，晶片廠商必須在技術上持續提升才能滿足這些需求。電視市場又可分為量產、中階和高階三個市場區塊，分別有不同的功能定位需求。以Genesis的產品藍圖來看，在量產的入門市場中，除了視訊功能外，其晶片方案中也開始整合音訊功能，並支援HDMI介面，並提供DCDi／ACM-3D等視訊增強技術；在中階市場上，必須支援1080p的Full HD畫質，提供雙通道及Full PIP功能；在強調高效能的高階市場中，支援1080p已是必備的功能，而且要具備120Hz倍頻能力，並採用極低噪訊（noise immunity）的ADC來提升品質。

高度整合性也是一個必然的趨勢，這有助於降低系統設計難度及整體成本。Douglas系列產品正是一個成功的案例，該系列晶片中整合了包括16路類比視訊輸入、NTSC／PAL 類比視訊解碼器（內建Faroudja Intellicomb 3D Y／C分離器）、NTSC／PAL彩色解碼器，以及可程式的音訊DSP；此外還整合了音訊DAC、USB 2.0（host）、雙HDMI輸入，以及多種週邊設備介面等。

除了對先進技術及晶片整合度提升的需求外，讓系統業者大為困擾的另一個問題，則是如何讓量產的面板達成一致性顯示品質。不同的市場區域其實有著獨特的視覺偏好，電視系統業者必須能滿足不同市場的需求；然而，每一塊出廠的面板皆有不同的特性，如何快速進行調校，而且要能達到統一的風格，顯然是很大的挑戰。

針對這個需求，Genesis也提出了面板匹配（Panel Matching）和色彩控制（Color Control）的Quick Match解決方案。透過這套工具，製造商可以自行設定理想中的參考面板特性，並量測出其他面板的特性，再進一步快速地將個別面板調校到與參考面板相同的特性。如此一來，系統製造商將能加速做到量產品質的控制，而且能同時尋求多個面板供貨來源，而不用擔心耗日費時的調校工夫。

《圖四　Genesis提出的Quick Match解決方案》

結語

人們對於電視畫質的追求永無止境，今日的HD TV能顯示1080p的畫質，接下來還會挑戰下一代的2540p和4320p的UHDV。但當視訊品質要順利進入下個世代之前，都必須面對種種的技術挑戰，例如在目前要邁向中大尺寸Full HD電視時代，還得跨越倍頻系統的ME／MC、介面、散熱和TCON等設計門檻。

此外，在電視系統製造商和晶片原廠之間，往往需要透過代理商來提供產品銷售、議價、存貨／出貨等服務。但除了買賣關係外，因電視設計涉及複雜的技術整合議題，目前的代理商也必須具備足夠的技術諮詢能力，才能與製造商建立緊密的配合關係。

--作者為益登科技資深產品協理--