2008年的美国国际消费性电子大展（Consumer Electronics Show；CES）已在不久前落幕，而LCD TV是本届会场中最热门的产品，除了突破性的大屏幕（如Sharp展示的全球最大108吋LCD TV）成为许多人讨论的话题外，围绕着LCD TV的技术议题包含着两大重点，一是full HD，另一则是120Hz倍频（double frame rate）技术。其实full HD自2007年起即已备受注目，主要是因为在欧、美、日等地区，HD TV高画质电视的整体环境已越趋成熟，包括HD DVD、Blu-ray Disc、HDV、Xbox或PS3等播放器逐渐普及，且内容来源更加丰富，以及LCD TV的价格也越来越平民化。

但随着LCD TV的屏幕越做越大，在小屏幕时不被在意的画面抖动、不连续线条等问题，就成了必须严肃面对的挑战。因此，业界提出了倍频技术来因应这些问题，也就是透过插黑画面或补画面的方式来提升画质。这是相当复杂的运算技术，在采用上也会衍生许多系统设计上的问题。本文中将介绍LCD TV的市场现况与设计挑战。

数字电视朝功能区隔化发展

数字电视取代模拟电视的脚步发展越来越快，在各国政府积极推动之下，2007年全球数字电视出货量已突破一亿台的规模。根据Display Search对电视市场的研究报告显示，在未来几年仍将维持两位数的年成长率。不过，模拟电视与数字电视仍有一段交接的过渡期，在技术上会透过双模的方式来满足共存的需求。

虽然同样是数字电视，但在不同区域中存在着不同的规格，例如美规为ATSC、欧规为DVB-T、中国用的是DTMB等。为了满足全球多标准的环境，让电视设备制造商能同时支持多地区的电视规格，图像处理芯片的业者必须发展出跨区域的平台解决方案。

进一步来看，同一区域虽然有相同的电视规格，但电视机毕竟属于消费性的商品，为了做出市场区隔，各家厂商无不致力于加入一些加值功能，以强调属于自己的产品特色。数字化的电视机在技术上更有能力整合各种功能，因此这类电视可统称为整合式数字电视（iDTV），而在做法上则有许多的可能性，例如使数字电视具有录像功能，也就是内建成本低、容量大的硬盘，让数字电视也能是一台PVR；数字电视也能与STB整合，成为一台MOD或Cable TV；当数字电视具备上网功能，便成了一台网络电视；若是强化数字电视的相片播放功能，则可摇身一变成为数字相框（Digital Photo Frame）。

随着电视画质的提升，数字相框未来可望成为数字电视的一项杀手级应用。过去的数字电视分辨率不高，一般画质只有640×480，用来观看照片的效果并不理想。但在今日的full HD电视画质已可达到1920×1080，非常适合用来欣赏照片，而电视机位于客厅的中心，大画面的HD TV正是家人共同分享照片的极佳管道。从技术层面上来看也不会有太大的困难，因为数字电视本身即是影音处理设备，除了影像显示之外，也能在播放照片时同步播放背景音乐。

此外，由于LCD TV的薄型化特色，很适合贴靠墙面放置，甚至悬挂于墙面上，如果外部连接的线路太多，就会显得很不美观，因此LCD TV努力朝向线路简化，甚至是无线化发展。为了简化线路，HDMI已成为标准化的传输接口，它只需要一条传输线即可提供高速的影音传输。在简化的作法上，也出现了外接盒（external box）产品，这其实就是一种集线盒，将各种用来传送影音频号的接口都传送到这个盒子中，再透过一条HDMI传输线送往LCD TV，因此也可称为HDMI Switch。

在无线化的发展上，Wi-Fi／802.11n及UWB是主要的选择技术，不过技术上仍需从带宽保证、降低封包错误率，以及提升电波干扰的稳定性上来达成实时链接的可靠性（reliability）和可用性（availability）等要求。以UWB来说，目前有一些芯片厂商锁定视讯传输的应用，甚至推出Wireless HDMI的技术，但仍处于测试和推广阶段，预估至少还要花一年的时间才会在市场上看到更多的应用。

虽然数字电视的大方向朝向多功能发展，但另外有一个值得关注的现象，也就是在此市场中出现了一块不称自己为电视机的新兴市场。这类产品并未内建电视谐调器（TV tuner），因此只是单纯的显示器（Display）。对于美国、台湾这类有线电视盛行的区域，电视谐调器并不具有太大的意义，反而只是增加了显示设备的成本，而且还会产生课税的额外成本。因此，单纯的显示器确实有其市场存在；除了看电视外，LCD显示器也能广泛地用于户外或专柜广告牌等用途。

Full HD成为市场主流

对于视讯、影像的显示来说，高画质（HD）是一个永无止境的追求。有别于中小尺寸的标准画质电视（SDTV），高画质电视（HD TV）就定义上有三种等级，即720p（1280×720p）、1080i（1920×1080i）及1080p（1920×1080p）。市场上支持720p或1080i画质的电视称为HD Ready，而支持1080p画质的则称为full HD。

《图一 各种显示器分辨率比较》

从技术面上来看，Full HD（1920×1080）的扫描线数达到1080条，其画素是720级电视的两倍，画质当然更为细腻，展现的细节层次自然也更为丰富。不仅如此，在扫描作法上也从1080i的交错扫描（interlace）演进到1080p的循序扫描（Progressive）阶段，让画面的显示更为流畅、稳定而不闪烁。

随着模拟广播电视即将全面回收，加上全球主要面板供货商不断开出新产能，在过去一年中，HD TV的平均价格降幅达到40％，其中以720p的LCD TV价格下跌最快，也因此刺激了消费者的买气，让HD TV的市场大幅成长，预估在2008年中，1080p HD TV可望成为LCD TV市场的主导性新规格。在此同时，HD TV的电视节目数量也持续增加，且在日前Toshiba正式宣布退出HD DVD市场后，高画质DVD的标准正式底定。在高画质DVD标准正式拍板定案后，所有相关厂商便可无后顾之忧地投入高画质DVD的研发及生产，高画质DVD播放器的销售量也将迅速成长，相对地，Blu-Ray DVD的价格则将迅速滑落，且对于Flat TV Full HD的需求将会掀起推波助澜的效应。DisplaySearch预估此类播放器的出货量将会从2007年的100万台，于2008年年中成长至500万台。

需跨越的倍频技术门坎

高画质电视（HD TV）所提升的是静态画面的分辨率，但当这些画面以动态播放时，仍会遭遇不小的技术瓶颈。主要的问题有两种：一是画面颤动（Motion Judder），一是画面模糊（Motion blur）。画面颤动的问题出自于视讯来源，因一般电影仍是以24Hz来制作，但到了电视端必须转换为50／60Hz的广播讯号格式，这必须透过3：2讯框转换（pull down）技术来达成，但当画面中运动速度过快时，就容易因没有足够的讯框来显示连续动作，而显现颤动现象。

《图二 LCD TV常见的动态画面议题：左为画面颤动，右为画面模糊》

画面模糊的原因则与LCD的特性及反应速度有关，LCD屏幕较容易产生影像暂留的现象，当液晶反应速度不够快时，一旦遇到快速的运动画面就难免会出现模糊的现象，而且在大尺寸屏幕中更为明显。提高反应时间是解决画面模糊的一种方法，但目前已提高达12毫秒以上，若再提高对画质提升的帮助已不大。

目前对动态影像问题的解决之道包括透过液晶驱动加速（Overdrive）技术来改善，以及将50／60Hz的讯框速度提升到100／120Hz的倍频速度。采用倍频方案，讯框的刷新速度加倍，能够更有效地消除液晶分子上的电荷，进而改善画面残留的状况。然而，随着扫描速度的加倍，多出来的中间讯框必须插入黑色画面，或在两个画面中插入一个过渡画面，这是相当复杂的运算技术，也是发展倍频电视的主要技术挑战。

为了让倍频电视真正达到画面流畅的目标，目前发展出来的关键技术称为ME／MC，也就是运动估计（Motion Estimation；ME）和补偿运算（Motion Compensation；MC），但不同的厂商可能有不同的说法，如Genesis称其技术为MCTi。这是复杂度相当高的动态插幅算法，以目前的技术来说，硬件厂商仍必须以专属的芯片来处理此项工作。不过，为了降低成本与尺寸，厂商已致力于透过更高阶的制程来开发出与去交错扫描及影像缩放控制芯片（deinterlacer／scalar）进行整合。

要实现倍频电视，除了需导入ME／MC技术外，还需要面对传输接口、散热与频率控制（TCON）等问题。由于扫描速度加倍，从播放端传送到显示器的带宽势必要加大才行，因此会需要更多的LVDS传输线才能应付。对于WXGA面板（约85MHz像素频率），只需以单FP-Link（LVDS）就能满足视讯处理系统与面板模块内TCON的链接，但进入到1080p的时代，像素频率提升到约150MHz，因此需要双FP-Link接口才有足够的带宽。

若要采倍频技术来让画面更流畅，像素频率也就跟着加倍（约300MHz），此时就需要用到四条FP-Link接口才做得到。但高速的传输线越多，越容易产生EMC／EMI的问题，控制芯片也需采用接脚（pin）数更多的组件才行，这样一来芯片的成本也会增加。因此，新一代的高速数字DisplayPort接口有机会取代LVDS成为主要的内部传输技术。

另一个问题则是散热。动态插幅算法若采用插黑处理，则会衍生整体亮度下降的问题，此时必然得提高电压来提升画面亮度，如此一来，系统势必会产生更高的热量，必须进一步解决散热的议题。此外，面板端的频率控制器是讯号同步的控制核心，因此也需提升支持倍频扫描才行。

DisplayPort前景可期

如上所述，电视系统内部的传输带宽越来越大，目前常用的LVDS已显得不敷使用。新一代的DisplayPort利用目前工作速率为2.5Gbps的PCI Express物理层（Phy-Layer），具有一至四条信道，也就是可提供1.62至10.8Gbps的弹性带宽。它的高速带宽能减少当前传输线路的数量，进而有效简化显示器的设计结构，因此在计算机及电视市场有极大的发展潜力。除了高速外，DisplayPort也克服了LVDS 一公尺的传输距离限制，在技术上可达到十五公尺距离。

DisplayPort和HDMI有许多的技术相似性，如同样提供数字化的视讯数据，在像素色深（color depth）上每个色彩组件可达16位，内容保护机制上同样支持HDCP，也支持CEA861的数字?讯封包格式。但两者也存在着许多差异性，其中最受关注的是制定组织的收费策略：HDMI最为人垢病的地方，即是进入的费用门坎太高，参与HDMI Licensing组织的年费达一万美金，除此之外还要负担庞大的权利金与测试费用。相较于HDMI，DisplayPort的使用无需支付权利金，此举有助于提升业者的接受度。此外，HDMI在面板端的规格还没定出来，而内部传输则是DisplayPort定位的运用重点之一。

《图三 DisplayPort适用于内部与外部的高速接口链接》

电视芯片发展趋势

对于数字电视来说，其功能性越来越多元化，效能上的要求也越来越高，芯片厂商必须在技术上持续提升才能满足这些需求。电视市场又可分为量产、中阶和高阶三个市场区块，分别有不同的功能定位需求。以Genesis的产品蓝图来看，在量产的入门市场中，除了视讯功能外，其芯片方案中也开始整合音频功能，并支持HDMI接口，并提供DCDi／ACM-3D等视讯增强技术；在中阶市场上，必须支持1080p的Full HD画质，提供双信道及Full PIP功能；在强调高效能的高阶市场中，支持1080p已是必备的功能，而且要具备120Hz倍频能力，并采用极低噪讯（noise immunity）的ADC来提升质量。

高度整合性也是一个必然的趋势，这有助于降低系统设计难度及整体成本。Douglas系列产品正是一个成功的案例，该系列芯片中整合了包括16路模拟视讯输入、NTSC／PAL 模拟视讯译码器（内建Faroudja Intellicomb 3D Y／C分离器）、NTSC／PAL彩色译码器，以及可程序的音频DSP；此外还整合了音频DAC、USB 2.0（host）、双HDMI输入，以及多种外围设备接口等。

除了对先进技术及芯片整合度提升的需求外，让系统业者大为困扰的另一个问题，则是如何让量产的面板达成一致性显示质量。不同的市场区域其实有着独特的视觉偏好，电视系统业者必须能满足不同市场的需求；然而，每一块出厂的面板皆有不同的特性，如何快速进行调校，而且要能达到统一的风格，显然是很大的挑战。

针对这个需求，Genesis也提出了面板匹配（Panel Matching）和色彩控制（Color Control）的Quick Match解决方案。透过这套工具，制造商可以自行设定理想中的参考面板特性，并量测出其他面板的特性，再进一步快速地将个别面板调校到与参考面板相同的特性。如此一来，系统制造商将能加速做到量产质量的控制，而且能同时寻求多个面板供货来源，而不用担心耗日费时的调校工夫。

《图四 Genesis提出的Quick Match解决方案》

结语

Genesis提出的Quick Match解决方案

此外，在电视系统制造商和芯片原厂之间，往往需要透过代理商来提供产品销售、议价、存货／出货等服务。但除了买卖关系外，因电视设计涉及复杂的技术整合议题，目前的代理商也必须具备足够的技术咨询能力，才能与制造商建立紧密的配合关系。

--作者为益登科技资深产品协理--