飞兆：视频输出发展的内在趋势

自从电视发明以来，视频一直是电子行业中最具活力的领域之一。继黑白电视面世之后，彩色电视、UHF频道、遥控电视、有线电视、越来越高清晰度电视、平板电视、大屏幕电视、数字有线电视、卫星电视，乃至当今的手持式(移动) 视频播放，一波又一波的技术发展浪潮不断涌现。这些浪潮背后的技术包括众多方面，比如先进的视频压缩，等离子体、液晶、DLP和最新的有机发光二极管(OLED)等创新性显示技术，从模拟向数字传输的转换，移动调谐器，家庭视频联网，IPTV机顶盒，以及即将到来的TV/互联网融合以及3D显示等。在各种视频产品和系统中，元器件供应商，尤其是IC供应商，有其特定的专业领域。因此，在分析视频的发展趋势时，必须考虑到观察者观点的角度和细节。譬如，象飞兆半导体这样已涉足视频输出技术的集成电路(IC)供应商，就是从视频输出的角度出发来把握市场和技术动态。因此，我们这里从视频输出方面来考虑视频的发展趋势，以清楚解释视频输出中潜在的市场和技术趋势。

美国电视剧“星际迷航(Star Trek)”从黑白电视时代就开始盛行，而且正如视频市场本身一样，这个节目也在众多技术浪潮中不断变化。这里之所以提到“星际迷航”是因为该节目让“最高指导原则 (Prime Directive)”这个词流行开来，在讨论视频发展史时，这是非常有用的。为了全面了解视频的发展规律，需要指出的是，最高指导原则始终如一地确保了所有新技术都后向兼容一切旧代技术。惊人的人力资本(intellectual capital)和智力投入一直在推动视频技术的进步，同时使其后向兼容。例如，为了能够显示在上一代黑白显示屏上，彩色电视信号已经变得非常复杂和精巧。自此，后向兼容这一最高指导原则的沉重负担也一直是视频技术及其市场发展的挑战。

图1：彩电视频信号(显示彩色条纹图案)。

如果从输出端，也就是从背板（back-panel）来看视频发展历史，其演化过程几乎就像考古学家考证一件出土文物的结果。一个普通机顶盒(STB)的背板里集成了新旧技术以及二者之间的几乎所有东西。例如，它可能包含RF同轴接头、S-视频、标清(SD) 复合视频(CVBS)、 高清(HD) 分量视频 (Y、Pb、Pr)、HDMI、音频左右声道(audio R/L)、以太网、USB、eSATA、数字音频(光传输)、IEEE 1394等等。这些端子中，每一个都代表着一段长久的技术发展以及适应特定视频产品的历史。以太网、1394、USB和eSATA等联网与存储技术，每一个都有自己的传奇故事，不过本文里我们主要关注模拟电视背板连接的传统设备：复合视频、分量视频以及目前已成熟的HDMI。

在一个越来越数字化的世界里，设想一下模拟输出的未来前景是十分有趣的。视频设备不仅变得数字化，还同时向更小和更大两个不同的方向发展。一边是小巧的手持式视频设备，另一边是大屏幕视频。这种发展状况需要更高清晰度，以及将更高清晰度视频存储在小型手持式设备中的技术，也需要小型手持式设备将视频信号输出，以便在更大的屏幕上显示。人们期望把电影及其它内容从一处携带到其它地方,这种需求推动手持式设备的视频存储发展，颇有几分网络普及之前运用在电脑产业中的“sneaker net”概念卷土重来的味道。 

图2：视频设备同时向更大和更小两个方向发展。

1080p所能提供的惊人的高品质分辨率推动HDMI端子几乎运用在每一种视频设备上。HDMI的价值在于，它可以实现设备间最高质量视频信号的传输，同时内置版权保护功能，免去了好莱坞人士对数字高清内容发行的后顾之忧。虽然也许有人把HDMI视为视频互连的终极，但最高指导原则规定，它必须兼容旧代模拟接头。不过，这项原则已出现某些漏洞。为了节省成本，一些DVD和机顶盒(STB)设备制造商，尤其是某些中国厂商，已开始去掉S-视频端子，因为这种接头实际上已被淘汰，因为它处于复合视频和分量视频之间的“无人地带”。S-视频多脚接头比复合视频简单的RCA 插头更昂贵，但S-视频端子却无论如何都不能都提供分量视频的性能。

图3：典型的视频输出连接方案。

最近，最高指导原则再一次被打破：微软推出只带复合视频和HDMI端子，完全规避S-视频和分量视频端子的Zune® HD视频手持式设备。相比之下，苹果公司则更对最高指导原则更加遵循，其iPod®、Touch®和iPhone®都支持分量视频，以获得更高分辨率的视频输出。因此，手持式设备中，HDMI是否可以完全取代分量视频端口尚是一个未知数，当然，也不应该完全淘汰掉。当今市场上，仍然有大量带分量视频但无HDMI端子，或者有HDMI端子但是已经被其它东西所占用的旧有显示器，这些会继续支持手持式设备中分量视频。不过，无论从哪一个角度看， S-视频都将被淘汰“出局”。

尽管最高指导原则时有摇摆，模拟输出无疑仍将存在一段时间。视频设备上的模拟信号需要经过滤波，因为机顶盒和DVD播放器都是在其中心进行数字化采样。因此，采样是必不可少的部分，而采样带来混叠(aliasing)等问题。

当视频频带范围之外的高频信号(例如外部无线发射信号或本地时钟信号)通过模数转换过程混叠回视频频段时，就会产生混叠现象。视频滤波可用来消除混叠产生的失真，或消除ADC重建(reconstruction)过程中在较高频率上被复制的信号产生的噪声。这些有害信号可能会作为时钟摩尔效应(clock moiré)、图像边带摆动(image sideband wiggle)和干扰频带出现。

图4：

视频滤波器通常是低通有源滤波器，主要包含运算放大器、电容、电阻和电感等组件。消费类视频滤波器往往选用5阶巴特沃斯(Butterworth )滤波器，因为这种滤波器具有低相位误差、高稳定性、零部件数目较少和高滤波效率等特性。

图5：视频重建滤波器―驱动器实例(标准清晰度)。

集成式视频滤波器十分具有吸引力，因为它们可以取代好几个分立式滤波组件，通常每信道需要6个左右分立式组件(不包括分立式ESD保护二极管)。鉴于可靠性更高，规格更有保障，集成式有源滤波器一般具有比分立式有源/无源滤波器更稳定的滤波特性。集成式滤波器还是解决视频设计中其它固有问题(比如静电放电ESD) 的一种在成本和电路板空间方面效益很高的方法。所有电子系统都需要ESD保护，移动手持式产品更加如此。这对于某些人非常浅显易见，因为走在地毯上或者触摸电灯开关的人们有时会感受到电击。移动设备由于随身携带，故更易受ESD影响。此外，集成式视频滤波器的尺寸更小，这不仅得益于功能的集成化，还缘于采用了极小的封装，比如飞兆半导体的MicroPak™ MLP和晶圆级芯片尺寸封装技术(WLSCP)，这种小尺寸使它们非常适合于移动视频平台。例如，飞兆半导体视频滤波器可提供有1-6信道的配置，分辨率从标准清晰度(SD)一直到延伸到1080p-高清(HD)。

图6：采用小型封装的1和3通道视频滤波器，尺寸小至足以穿过盐瓶盖上的小筛眼

即使在从全模拟向数字迅速转换的环境下，这项有关视频的最高指导原则依然有效，故视频设备市场仍必须支持模拟输出。信道的数目以及这些通道的分辨率将不断变化，IC供应商将继续推出大量的视频滤波器来满足这些需求。此外，随着节能成为全球日益关注的焦点，新的滤波器将带有掉电模式，以支持能源之星标准的要求。新滤波器也将带有3V电源，以便顺应系统转向更低电源电压，实现进一步节能。