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标题: 高清DVD新音频格式标准的设计挑战及解决方案 [打印本页]

作者: admin 时间: 2014-10-13 08:08
标题: 高清DVD新音频格式标准的设计挑战及解决方案
基于蓝光盘（Blu-ray Disc）和HD DVD高清格式的下一代高清DVD播放机的出现，给原始设备制造商(OEM)带来了设计复杂性方面更大的挑战。虽然高清视频一直倍受关注，但是对那些想要进入迅速发展的消费市场的OEM来说，高清DVD标准的新音频格式却是更大的挑战。

　　当前的系统级芯片（SoC）处理器无法充分满足新兴减损压缩(Dolby Digital Plus 和DTS-HD High Resolution)和无损压缩 (Dolby TrueHD 和 DTS-HD Master Audio) 音频编解码格式，因为这些新的音频格式都需要更高的比特率、更大的存储空间、更高的采样率和更好的连接性。

　　为了适应和满足解码多种音频算法的格式要求，OEM厂商需要在平衡成本、质量和上市时间的同时，有一种能降低设计复杂性的单芯片解决方案。

　
　　高清DVD概述

　　在任何因特网的搜索引擎中键入“高清DVD”，您都会得到一系列的关于蓝光盘和HD DVD格式之争的评论、博客和讨论。但必须明确指出：本文并非针对时下正在进行的争论，而是探讨下一代音频算法，即这些高清DVD格式对OEM 厂商在设计下一代家庭影院产品时的影响。

　　高清DVD是标准DVD的演变。根据视频和音频清晰度的不同，从DVD向VHS录像系统发展。今天，许多电视机都能显示高清画面，那么高清DVD在家庭影院中的普及必将是下一步发展趋势。事实上，我们今年已经看到融合了下一代音频算法、能同时支持蓝光盘和HD DVD格式的影片增长强劲。

　　对消费者而言，与标准DVD相比，两种新的高清DVD格式都具有成倍增加的分辨率、更高的音频容量（7.1或更好的环绕立体声）、更好的游戏网络连接性、商品和内容更新，如多语言导演剪接版影片。此外，高清DVD单张光盘还提供一些花絮内容，如互动内容及其它资料等。（见图1，高清DVD视频特点）

　　然而，对于消费家庭影院的制造商来说，众多的音频解码格式是一个巨大的挑战。高清DVD格式带来全新的无损（无音质丢失的音频文件压缩）音频编解码器格式，在设计新的高清DVD播放机、高清接收机和标准音频/视频接收机（AVR ）时必须考虑这个问题。

　　迄今为止，产品设计师主要关注与高清视频有关的系统挑战。如今，随着了解的深入，OEM厂商已经越来越多地认识到，实际上高清音频比高清视频更具复杂性。OEM厂商意识到，要同时支持六个“标准的”音频解码格式，并符合当今标准DVD采用的传统视频和音频格式是一个巨大挑战。这是向后兼容必须具备的功能，以支持传统的音频解码设备。

　　OEM厂商意识到要使高清DVD市场真正发展起来，必须具备两个条件：极具竞争力的内容及合理的设备零售价格（通常低于250美元）。早期的高清DVD需要多达4 个数字信号处理器（DSP）以进行音频处理，很明显，为了帮助OEM厂商降低产品价格，必须降低系统成本。虽然近期SoC解决方案正在努力实现同时进行音视频解码处理，但是独立的IC仅专用于处理特定音频解码需求，单芯片音频解码解决方案供应商可因此获益。

　　声音与画面的匹配

　　在新的高清DVD产业中，音频标准已由2个增加至6个，除了现有的Dolby Digital 和 DTS Digital Surround，新的音频编解码格式包括Dolby Digital Plus、Dolby TrueHD、DTS High Resolution和DTS Master Audio。

　　表1是对高清DVD格式（蓝光和HD DVD）提供的音频格式的简介。

　　高清视频能提供更好的画质，高清音频能带来非常卓越的声音清晰度和能力 (见图2，高清DVD音频特点)。

　　焦点从视频转向音频——内在的设计挑战

　　目前，我们已看到系统设计中关注重点的转移，OEM厂商正将越来越多的精力从视频处理转向音频算法处理。

　　首要挑战是比特率。相同的时期，新的无损音频标准使高清DVD音频需要比视频高两倍的带宽。在新的DVD时代，在Dolby条件下比特率可以低至1 Mbps，而在DTS-HD Master Audio则高达24.5 Mbps，同时视频压缩技术的巨大进步使高清视频比特率可高达12Mbps~15Mbps（但仍比期望值低）。显然1080p视频格式将需要最高比特率。

　　由于高清音频的有效负载庞大，高清DVD播放机需要一个全新的数字传送器替代用于标清DVD的1.5 Mbps的索尼/飞利浦数字接口格式(S/PDIF)传送器。高清多媒体接口（HDMI）是一种全数字音频/视频接口，已成为传送高清媒体流的标准。最新版本HDMI 1.3可将单链接带宽增至340 MHz （10.3 Gbps），并可为外部解码携带Dolby True HD 或 DTS-HD Master Audio码流。

　　因此，要使产品有效地满足高清音频的要求，系统设计师必须遵守HDMI标准并建立一个全新的接口。此外，由于数字内容保护，所有码流都将通过HDMI发送器进行高带宽数字内容保护（HDCP）加密，因此需要多格式解密。
新的高清音频算法还需要更大的内存以支持DSP解码任务以及增强的DSP处理能力。

　　对于消费者而言，每一种新的音频格式都意味着更优异的音质，从典型的48 kHz采样率到现在的96 kHz 和192 kHz。但是，由于多种音频格式以及必须满足的时钟频率增加的处理负载，系统设计必须考虑这些增加的资源需求，并创造主要和次要音频采样率的众多不同组合。

　　此外，托管网络使高清DVD播放机需要有双解码能力，以支持各种设备之间的互动性。理想的情况是，当两个或更多设备打开时，他们能分辨彼此的能力，并进行相应的协调处理。

　　除了保证系统拥有合适的转换器和编解码器，以支持新的高清音频格式，同时还必须确保与现行标准的向后兼容。毫无疑问，这些都向OEM厂商提出了挑战。

　
　　当今的IC解决方案——平衡成本、质量和上市时间

　　像其它复杂的系统设计一样，OEM厂商必须密切关注成本、质量和上市时间的影响，尤其是为了实现他们低于250美元的价位，以适应大批量供应。这三个方面的任何小闪失都可能极大地影响产品的成功。

　　多年来，在DVD播放机市场，IC解决方案一直发挥着重要的作用，下一代高清DVD播放机的出现进一步增加了芯片选择的重要性。

　　目前，许多DVD播放机正试图部署SoC解决方案，将各种音视频处理元件集成到一个单一芯片上。这些SoC通常包括一个以上的微控制器、微处理器或DSP核、若干存储器、时钟源、电源管理元件和其它各种接口。

　　虽然SoC能实现一些消费电子应用，但它们更复杂、成本更高、更费时。此外，它们并非总能满足密集的视频和音频处理需求，对它们来说，同时处理的任务太繁重。

　　这种现象同样存在于新一代高清DVD播放器中，其必须支持3种视频压缩格式：H.264、VC - 1和MPEG-2。解码这些复杂的视频编解码器给SoC带来了沉重负担，使它疲于充分处理6个新的高清DVD音频格式。

　　因此，在早期的播放机设计中，OEM厂商在其设计中集成了多个DSP芯片，只用于音频处理。虽然可以用双DSP芯片解决方案帮助OEM解决这些问题，但他们仍缺乏可有效支持下一代播放机的高清DVD音频的简单、经济和多功能特性。
　
　　单芯片解决方案出炉

　　虽然SOC主要注重视频处理，利用单芯片IC解决方案可提供更多专门资源，重点支持高清DVD音频的密集处理需求。除了满足无损音频标准更高比特率、更多内存的需求，单芯片解决方案还可以简化快速自动检测和错误修补的控制逻辑。

　　通过集中的数模转换器（DAC）时钟，单芯片解决方案还可以有效处理多个接口，提供更好的音频全面管理和分配。相比之下，如果多个DSP必须连接一个以上的时钟，排序和音频分配将变得更加复杂。

　　更何况，单芯片解决方案集成了所有必需的系统元件，所以厂商不用转包或“补充”各种子元件。这不仅可确保系统拥有完成高级处理所需的全部转换器和编解码器，也可以降低系统成本，最终有益于OEM厂商和消费者。

　　应用案例

　　Cirrus Logic利用其核心音频技术为OEM厂商提供了市场需要的AVR和高清DVD播放机的整体解决方案，产品价格与单芯片相当(见图3 ，目前的高清音频IC解决方案)。

　　CS49700采用32位双核结构，可实现每秒1.8G（每秒执行3亿条指令）的真正并行处理能力，支持所有6种Dolby和 DTS的环绕声音频算法。

　　CS49700的硬件设计和软件功能，包括固件，都进行了优化以进行更好的音频处理，与许多通用DSP相比，CS49700可提供更有效的芯片解决方案，其所需内存更少，并可降低总处理功耗。因此，制造商可获得一个功能全面且极具成本效益的IC解决方案，以加速新产品面市，并给消费者带来惊喜的音频体验。

　　Cirrus凭借其专注于音频的业务架构以及自主DSP固件组，以新算法、新增的功能以及为客户提供的实时支持领导市场的发展，帮助OEM厂商平衡成本、质量和产品上市时间。

　　总结

　　支持蓝光盘和HD DVD格式的下一代高清DVD播放机的兴起，要求OEM厂商生产出支持更多复杂标准的产品。在播放机市场，当前的SoC解决方案更注重视频，不能充分处理需要更高比特率、更大存储空间、更高采样率和更好连接性的高清DVD音频处理任务。

　　家庭影院接收机制造商必须作好准备，集成音频处理以支持用于蓝光盘和HD DVD高清格式的6个音频格式。尽管我们还不能确定哪种格式会最终胜出，但2007年~2008年间会是高清DVD的关键一年。

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