数字电视的发展趋势

引言
全球电视制造业正面临着巨大变化，传统的模拟信号技术正逐渐被数字信号所代替，变化的市场为OEM厂商创造了巨大的商机，同时也带来了严峻的挑战。本文主要介绍了全球数字电视市场的现状、主流技术及OEM厂商们在全球消费电子市场上必须面对的挑战。
　　
电视市场纵览
目前，驱动电视市场的主要是两种技术：显示技术和信号传输标准。在大多数发达市场中，电视信号传输格式正在向数字标准迁移。尽管关于数字和模拟信号优劣的争论仍在继续，但在某些市场如美国和日本，数字信号的全面播出已经列上日程。
数字电视广播能够提供绝对清晰的图像，不会出现诸如“雪花点”、“重影”等问题，同时还拥有具备CD音质的数字音频，有些节目甚至可以具有5.1环绕立体声的音频效果。对于电视广播运营商而言，数字传输可以更有效地利用现有带宽, 效率可达到模拟传输的10倍。
数字视频信号必须经过编码(压缩)才能在实际的信号带宽中进行传输，编码信号必须经过调制并放大才能在电视中传输。信号被电视接收后，要逆向进行这一过程才能还原为电视节目。
中国市场
中国的数字电视市场就代表了全球市场，因为有将近一半的数字电视在中国生产。据估计，今年中国制造的LCD电视会在400万～500万台之间。目前，国内较大的彩电制造企业都已进入这一领域进行研发。
就带数字接收前端的数字电视来说，这一市场刚刚启动，目前还主要集中在几个刚开始提供数字电视广播服务的国家和地区，包括美国、澳大利亚和欧洲，中国内需很少，主要供出口。
去年10月，卓然就在中国市场提供相关产品。卓然与厦华建立了联合实验室共同开发，产品将大批量出口美国。此外，卓然还重点支持了许多国内的其他企业研发这类产品。
美国市场
美国NTSC模拟制式将在2009年2月完成历史使命，ATSC(美国高级电视业务顾问委员会)数字制式将会在全美广泛应用。为了把数字信号调制为电视广播信号，ATSC采用8VSB调制方式和MPEG-2视频编码，目前只有包括卓然在内的少数几家厂商可提供8VSB的解调芯片产品。
美国FCC (美国联邦通信委员会)规定，所有在美国出售的NTSC电视必须按规定日期配备可接收ATSC信号的数字前端。为了保证所有美国家庭都能在模拟信号停播后接收到数字信号，政府提供了9.9亿美元的政府津贴用于消费者购置ATSC制式的转换机顶盒。
日本市场
日本电视广播将在2011年结束模拟广播。到2006年底，数字地面广播将覆盖全国，在日本销售的电视机需要装备BS( 广播卫星) 、CS ( 通讯卫星)和地面数字广播接收设备。
地面数字信号经过编码和传送后,需要有一块用户安全卡来解码,安全卡将随每一台合格出厂的电视机提供给消费者,并广泛采用了“只准拷贝一次”的内容保护技术。地面数字信号的调制方式采用ISDB-T标准,而另一种DVB-T标准是由日本无线电产业协会(ARIB)制定的,数字视频仍采用MPEG-2 编码技术。
日本的数字传输采用“one segment”广播方式，利用这种优势，便携式的接收设备(通常为手机)就可以接收到宽带数字传输的信号。
欧洲市场
欧洲数字电视市场的发展整体落后于美、日市场，某些复杂的落地协议使数字电视传输协议在个别国家执行着不同的标准。不过，据DisplaySearch的研究指出，欧洲平板显示器(FPD)的市场机会高于美、日。
欧洲大部分地面数字传输都遵循DVB-T标准，并且大部分数字节目编码时都采用了MPEG-2技术，还有一些实验性质的高清节目在采用AVC 编码技术。不论怎样，很难准确预测欧洲的高清市场何时会迅速发展起来。
英国市场目前已经逐渐接受了数字电视，并且，数字电视用户可以享受到一些附加服务。
　　
技术发展
模拟信号传输技术的终结并不意味着电视机没有模拟接口。模拟广播可能淡出市场，但一些家用电子装置，如机顶盒、DVD播放机、游戏机，还需要通过模拟接口与电视机连接，它们都将采用NTSC (或PAL) 制式。因此，NTSC解调 (通常需要很少的组件成本)有可能不再需要，但NTSC解码(需要相对多的电路)还将继续有自己的市场。
MPEG-2编码技术标准已被采用相当长的时间，AVC(Advanced Video Codec)是一种更有效的编码算法，但它要调用更多的运算资源。由于编码运算成本降低而传输成本维持不变，AVC正在成为闭路广播如付费卫星信号的解码方式。
然而，由于电视广播要同时面对高质量的信号需求和苛刻的成本控制，因此，大多数地面数字传输还将继续使用MPEG-2技术。 一旦标准被确定下来，编码方法不大可能会再作改变。模拟、MPEG2、AVC这些广播编码技术之间的演进类似于录像技术的演进：从模拟(VHS)、DVD(MPEG2)到高清或蓝光DVD(AVC)。
显示技术
CRT阴极射线管电视机被较大的平板电视机所取代是大势所趋。在日本市场，平板电视机的出货量已经超过了CRT电视机，欧美市场也有这样的趋势。
目前有几种不同的用于平板电视机的显示技术，每种技术都各有优点，OEM厂商都为在自己的产品线寻求最佳的显示技术方案。
所有新的显示技术都是采用固定像素显示设备来代替基于CRT的显示技术，这意味着每一个像素可以被独立地显示和控制。如果信号可以在与之相匹配的显示器上显示，比如720P格式的影像在720P的显示器上显示，就能获得更加真实自然的图像。然而，大部分情况下，影像清晰度与显示清晰度并不能达到一致，480P的影像内容要在720P显示器下播放，或者更普遍的，480I的影像内容在720P的显示器下播放。 这就需要先进的视频处理技术，不管原始的影像清晰度是多少，都能显示出高质量的影像。
需要注意的是，显示器一直都是平板电视中成本最高的组件。生产厂商正在建设新一代的生产线以降低成本，提供更大尺寸的显示屏，改善性能，提高画质。
液晶显示器
液晶显示器已经在电脑显示器中被广泛应用，但在电视市场，需要它具有更大的屏幕和更快的反应速度。因此，LCD制造商需要通过新一代的面板生产线和调整产量来制造出更大尺寸的液晶面板。未来 LCD的成本将会更低，尺寸将会更大。LCD的成品率直接取决于相应的基板大小和面板的尺寸。
PDP等离子显示器
等离子显示器通常可以提供42英寸或更大尺寸的显示屏，OEM制造商在生产大尺寸数字电视产品时应该谨慎考虑PDP和LCD的优点和缺点。
SED
SED(表面传导电子发射显示器)是一种很新的显示技术，它具有其他技术所没有的独特优势。
投影电视
投影电视为大屏幕电视机提供了高性价比的选择，由于光学技术的飞速发展，电视机的厚度不断减小。投影电视机包括液晶LCD、数字微反射镜器件(DMD)、硅液晶(LCOS)。每一种都各有其优缺点。
CRT阴极射线管
CRT将会持续占有一定的市场份额，尤其是在一些要求低成本的新兴市场中，CRT将继续是成本最低的显示器解决方案。目前CRT厂商已对它的某些不足做了改进，如总体厚度。

图1 数字电视解决方案

数字电视技术
与模拟电视和显示器不同，数字电视解决方案需要更高级的芯片(见图1)。数字电视采用32位的微处理器代替原来使用的8位微控制器，来管理视频/音频电路和缩放器(scaler), 并要拥有强大的操作系统和带有附加应用软件的中间件。市场要求OEM制造商开发出成本低廉、系统稳定，并具有高质量的数字电视。
解调器
数字电视的解调器标准要视不同的地区而定。某些标准，例如DVB，已经长时间被广泛应用，很多芯片供应商可提供解调方案。但其他标准，如8VSB和ISDB-T，由于技术瓶颈或市场原因，只有少数芯片供应商可提供解调芯片。
解码器
美国的ATSC、日本的ISDB和欧洲标清地面数字传输标准都采用了MPEG-2 标准。虽然仍有其他的标准在欧洲市场上被有限地采用或试用，但大部分数字电视传输都使用MPEG-2标准。每个数字电视标准都兼容不同的视频输出格式，例如，ATSC制式指定了18种视频输出格式。
外设
由于集成的数字电视解决方案正在持续升温，因此，外围电路如HDMI接收器、用于平板电视的LVDS驱动器，以及模拟视频信号解码器和其它附加电路将会集成到后端解码芯片上。
系统软件
数字电视能否在市场上取得成功，很大程度上依赖于系统软件的稳定和可靠性。尽管电视系统软件非常复杂，但它不象PC或者机顶盒的软件那样需要定期更新。OEM厂商都希望电视机中在出厂前编写好的软件永远不需要更新。
OEM厂商需要谨慎考虑解决方案提供商所提供的系统软件能否满足自己对性能、成本、研发支持和上市时间的要求。一个数字电视软件包大概有超过一百万行代码，这些软件的稳定性和成熟性是新产品成功与否的主要因素。
需要强调的是，必须对系统软件进行全面的现场性能测试，以达到最高的可靠性。采用测试流很难发现系统在不同的传输发射设备、不同的解码和解调系统、不同的发射塔部署以及其他不可预测实际情况中的兼容性问题。在美国市场上更为复杂，因为系统需要提供全面的兼容性以适应不同的有线电视供应商使用不同设备部署的有线系统。
中间件
不管数字电视在哪里使用，整体解决方案还是需要强大的中间件来处理视频、音频及辅助数据。由于对数字电视来说，软件的实时更新成本太高，因此，在生产数字电视时必须考虑到系统软件具有良好的兼容性。
软件成本
OEM厂商中有一些会自行开发中间件，另外一些则依赖芯片厂商或第三方软件开发商来开发。中间件的成本起伏很大，一些芯片厂商将芯片和中间件捆绑销售，而其他则需要支付软件使用费。
根据不同的应用需求，中间件的关键内容包括图文解码器、频道数据解析器、内容等级限制软件以及字体设置软件。在制定整体预算时必须仔细考虑所有这些软件的成本。
OEM厂商也应该在了解方案提供商的运营模式后决定项目的总体费用。芯片厂商典型的商业模式是销售芯片，然而软件厂商的盈利模式是收取开发设计费、版权费和每个软件的使用费。

图2 SupraHD
HDRV Soc系统框图（ATSC）
　　
技术挑战
数字电视解决方案提供商所面临的挑战是要提供能解决所有技术问题的、并在成本上具有竞争性的系统方案。下面将列出一些必须的关键技术，同时给出了卓然SupraHD数字电视系统的框图(见图2)。
视频格式转换
大多数新型显示器都是固定像素逐行扫描，而大部分模拟视频内容都是隔行扫描的，因此需要进行隔行-逐行转换。如果视频节目源内容的分辨率和显示器的分辨率不同，还需进行缩放比例的调整。
缩放技术
缩放是指把数字化的图像在水平及垂直方向伸展或收缩。目前根据图像的品质和成本不同，有几种不同的缩放算法。通过电视应用需要采用非线性的缩放方法，如要将4:3的图像水平拉伸在16:9的屏幕上，不同的缩放比例依赖于屏幕的面积。
隔行-逐行转换
高品质的隔行-逐行转换是将常用的模拟480I隔行扫描视频信号转换为480P逐行扫描信号和1080I高清视频信号，使信号格式能适应固定像素的显示设备。
隔行-逐行转换技术提供了识别动态视频的不同方法。首要目标是在显示斜线时要消除锯齿。这项在几年前还处于实验室阶段的技术，如今已集成入大多数的SoC 设备中，并成为衡量设备是否达到业界先进水平的必要性能之一。
视频处理技术
大多数视频处理方法的原理比较容易理解，但这些技术都随着存储器容量、中央处理器性能、带宽和其他因素的发展而不断进步。由于半导体技术的不断突破，已出现了能够提供专业级数字电视质量的解决方案。但是，制造商还需要考虑如何满足消费者的成本需求。
目前还没有什么方法能够准确地对视频处理方案的优劣进行定量分析，因此，OEM厂商和消费者都处于困惑中。由于主观因素和缺乏这方面的专业知识，大众消费者很难辨认视频处理方案的优劣。如何能使消费者理解自己方案的视频处理效果优于其它方案是OEM厂商面临的最大挑战。
1080P 显示技术
虽然现在1080P显示器的供货量很小，但未来将会有大量的大屏幕显示器具备1080P的标准。目前支持1080P图像处理的技术成本还很高，因此，1080P数字高清电视还处在高端模型阶段。
　　
市场和行业挑战
消费类电子产品目前面对的最大挑战在于成本。原则上在保证性能领先的同时，一定要考虑方案的经济性。
系统成本
OEM厂商关心的硬件成本主要集中在显示器、调谐器、解调电路、解码器、存储器，以及其他相关元器件上。一些元器件看起来比其他的便宜，但OEM厂商应该在纵观整体系统的花费后再给出经济的解决方案。比如，采用便宜的解码器或许能节约一些成本，但是如果因此而需要2倍的存储器件，那么整体成本就不再有优势。
附加价值
数字电视市场和其他消费类电子市场一样，有很多具有不同功能、性能和价格的产品。OEM厂商要根据不同的细分市场考虑应该开发复杂功能和高价位的产品，还是简单功能和低价位的产品。
消费者认知
整体行业所面临的最重要的问题是缺乏对消费者的引导。大多数用户仍然辨别不了高清电视和平板显示器的区别，让他们理解数字电视的技术复杂性并熟悉这些技术是行业面临的最大挑战。除非消费者能真正了解数字电视解决方案的优点，否则整个数字电视产业的推进速度仍然会是缓慢和困难的。
　　
数字电视市场的未来
在飞速发展和竞争激烈的消费电子市场，成本是占据主流市场的制胜法宝，随着下一代显示器、更先进的半导体工艺，以及更强大的系统软件的出现，消费者将期望性能更高、尺寸更大、价格更低的数字电视。。
对于数字电视芯片市场，很多关键部件的进一步整合值得期待，其中包括解调器、解码器，以及HDMI和LVDS等接口电路。还有一些诸如系统软件和数字电视中间件的解决方案将会和芯片捆绑销售来避免软件的使用费。
与系统整合一起，高清晰的显像方案如1080P、系统接口，以及一些消费类产品的互连将会提供有竞争力的价格体系。随着半导体芯片成本的下降，高端视频处理器件的价格也会随之降低。
为了方便新厂商尽快研发新的数字电视解决方案，芯片供应商将会推出模块化的产品并提供整套的解决方案。这些举措意味着数字电视产品商业化步伐的加速，这也是大众消费者接受数字电视产品的必经之路。
　　
结语
全球数字电视市场目前刚刚起步，芯片供应商和DTV制造商都面临着良好的机遇，随之而来的产业风险和仍然存在的技术不足迫使DTV制造商在研发产品时需要格外谨慎。卓然为OEM制造商提供了全面的数字电视硬件解决方案。在欧美市场，该解决方案包括已经得到现场测试验证的数字电视应用软件包已经得到了广泛应用。■