移动电视系统设计&RF

移动电视系统挑战及解决大扫描 2007年07月09日 移动电视是指采用数字广播技术播出，接收终端一是安装在公交汽车、地铁、列车、出租车、私家车等交通工具上的车载移动电视，二是手机、PMP、笔记本电脑、超便携PC等便携式设备，以满足移动人群的收看电视节目需求的电视系统。<> 针对车载移动电视应用的地面传输数字电视主要包括DVB-T、ATSC和ISDB-T。DVB-T标准主要集中在欧洲，ISDB-T只有日本采用，ATSC主要分布在北美。中国地面传输标准基本确定，但真正实施尚待时日。目前，中国的数字电视地面传输标准中已进入产业化的有清华大学的DMB-T、上海交大的ADTB-T、广播科学研究院(广科院)STiMi以及欧洲的DVB-T。中国约有43个省市已开播或试验了地面传输移动电视，在这些地区中以采用清华的DMB-T与欧洲DVB-T标准最多，采用上海交大ADTB-T标准的仍以上海为主。 实现传输手机电视节目网络有两种，一是基于移动通信网络，二是基于广播网络。这两种手机电视各有优劣，移动通信网比较方便提供个性化的服务，但它的带宽有限，成本较高。广播电视网络的发展要先于移动通信网络，但它的最大问可能就是多种标准的争纷不断。目前全球主要的手持设备电视广播标准包括欧洲的DVB-H、韩国的T-DMB、日本的ISDB-T、美国高通的Media FLO。 中国的手机电视标准有多样化趋势，包括国家广电总局推出的行业标准CMMB(STiMi是其核心)、北京新岸线公司的T-MMB、清华大学的DMB－T/H、华为提出的CMB、通信广播标准化委员会提出的CDMB以及欧洲标准DVB-H、韩国标准T-DMB和高通的MediaFLO。由于现在还不能确定哪种(或哪几种)标准会成为中国的手机电视标准，所以手持电视方案提供商仍以多模多频段寻求切入点。 表1列出了主要的移动电视标准及其主要特性。从目前提供的前端解决方案来看，以支持DVB-H标准的半导体公司最多数，包括如Freescale、TI、Microtune、Samsung、Broadcom、DiBcom、Frontier Silicon、Siano Mobile、Newport Media、NXP等。支持T-DMB标准的厂商主要有Frontier Silicon、Sinao、Newport Media、卓胜微电子等。支持ISBD-T的厂商主要是一些日本厂商和TI、Newport Media和高通等公司。支持MediaFLO的厂商有高通、Newport Media等。 表1：主要的移动电视标准及其主要特性。 本文将重点讨论移动电视系统的设计挑战以及设计方法和技巧，并全面介绍主要半导体厂商的移动电视方案，包括调谐器、解调器、媒体处理器以及单芯片和多芯片的整体方案。 移动电视: 手机电视系统,功耗、接收灵敏度、移动速度限制是三大难点 从最早期纯粹具备语音通信功能到能播放MP3音乐、视频录放、百万像素拍照、再到目前最流行支持双模/多模、GPS定位导航、基于Wi-Fi的VoIP、RFID自动付费，如今人们随身携带的小小手机几乎囊括了所有小型电子设备的主要功能。这使得手机的系统设计变得愈加复杂。设计工程师不仅要在轻薄短小的手机里放置更多的天线、RF开关、功率放大器(PA)、滤波器，还要处理更加严峻的功耗问题，并要面临如何解决多模手机的切换和射频隔离、如何提高接收灵敏度、如何实现延长电池使用时间等等问题。而移动电视功能的加入无疑令这些一切变得愈加严峻。 飞兆产品市场经理韩晓勇。 “移动数字电视的设计存在四个关键挑战：小外形因子、功率效率、高线性度和实现先进的性能。” Newport Media公司营销及销售副总裁James Kamke表示。飞兆半导体公司信号路径产品线产品市场经理韩晓勇也指出功耗、接收灵敏度、移动速度限制是三大难点。 首先，由于移动电视客户要求至少3-4个小时的连续运行时间，设计人员必须考虑到产品的电池寿命问题。其次，移动电视能否顺利接收到广播信号非常关键，否则将导致其它竞争方案(如卫星方案)加入竞争并赢得了部分的支持者。最后，由于移动电视设备和客户一起以较高的速度移动，信号配时将因多普勒 (Doppler) 效应而被迫改变，这会导致接收和解码困难。 Siano中国区总经理王渭。 为最大限度地降低移动电视系统的功耗，DVB-H的功耗目标是将天线、调谐器和解调器等的总功耗控制在100mW以下，以保证让手机充电一次能接收8小时以上的电视节目。目前主要的方法是在媒体接入层(MAC)采用时间切片(time-slicing)技术对于DVB-H来说，提高抗干扰性、增强移动接收性能的主要方法是采用多协议封装-前向纠错(MPE-FEC)技术。 “如何将MTV模块与现有的电话模块无缝集成在一起是电视手机设计的另一大挑战。”北京希图视鼎(C2 Microsystems)科技有限公司市场部经理刘明璋认为，“对于PMP 和 PC，处理器有更强的处理视频和音频的能力，集成移动TV功能将比较容易。此外移动TV标准还没有确定，使得很多设计公司保持观望态度。” 为解决这些挑战，为MTV子系统应该采用小尺寸的模块化设计，但这种模块在不同的终端产品中可以有不同的架构。对于手机，实现MTV功能的最好架构可能是采用手机芯片+MTV SoC。MTV SoC通常集成了多个解复用器和ARM处理器，可以卸载手机芯片的负荷。对于PMP，最好的架构是采用较简单的MTV芯片(如仅集成RF和解调器)+媒体处理器，或者RF+解调器 +媒体处理器。这样可以降低系统级成本。对于笔记本电脑，最好的方式是采用具有MTV功能的USB 软件狗。 韩晓勇指出，实现移动电视的最好架构是经由 SDIO 接口连接便携式主 CPU 的电视模块 (包括调谐器、解调器和A/V 解码器)，因为这种解决方案对现有系统上的改变最少。同样地，可以在完整的系统上添加或去除功能性模块，以尽可能地降低设计的困难度。 思亚诺移动芯片有限公司(Siano Mobile Silicon)公司中国区总经理王渭认为芯片架构必须要在系统级具有可行性和高效率。高效率意味着芯片可以实现低功耗，并且体积小，可行性意味着芯片能提供通用硬件接口和灵活多样的软件接口，以便与不同的移动数字电视(MDTV)标准、不同的后台处理器和操作系统相匹配。 下面分析系统各个功能块面临的技术挑战、实现难点以及主流的半导体解决方案。 如图2所示，具有移动电视广播功能的手机系统主要由三个子系统构成：通信子系统、应用子系统和移动接收子系统。移动电视接收系统主要由天线、调谐器、解码器组成，此外与移动电视功能相关的部分还有应用处理器、控制器和显示屏。 图2：电视手机系统主要由通信子系统、应用子系统和移动接收子系统组成。 1.天线 信号链开始于天线，这对依赖于地面广播信号的移动电视而言非常重要。如果设备既接收VHF(2-13频道)，又接收 UHF(14-83频道)，那么天线必须处理 5.5 米至 34厘米的波长。因此，即便就波长一半或四分之一而言，设备尺寸都不能足够大到支持完全集成的天线，特别就 VHF 频段而言更是如此。 “天线设计非常具有挑战性，特别是设计笔记本电脑中的DVB-T天线。内置天线是便携式电子设备很受欢迎的移动TV功能之一，但设计一个能满足VHF 和UHF频段的增益要求的天线却很困难。” Broadcom公司移动电视产品市场经理Chris Cytera表示。 Broadcom市场经理Chris Cyter。 “如今的技术趋势是朝全集成天线的方向发展，这对设计提出了更高要求。一种提高系统增益的方法是使用可调谐天线，这种天线能保证在各频带都有最佳增益。” Frontier Silicon公司的业务发展总监Mark Hopgood表示。 当布置移动TV的天线时，考虑持着电话观看电视的使用者的体效应很关键。采用智能可调谐天线设计有助于随着环境不断变化而优化信号接收。为使增益最大，并同时最大限度降低手机噪声的干扰，在集成天线周围保持合理的空间距离也很重要。 2. 分离的调谐器和解调器方案 调谐器、解码器是移动电视接收子系统的重要部分。天线将RF 信号传输给调谐器，其可放大输入，并将其转换为适用于解码器级的视频信号。调谐器的重要性还在于它对设备整体大小和电池耗电量影响很大。信号链位于调谐器之后的下一部分就是解码器，它将电视信号数字化，并可能进行某些处理。 调谐和解调有两种方案：一种是两者是分离芯片，另一种是单芯片集成。 在早期，为了迅速推出方案，一些厂商选择了分离方案。 Freescale提供分离方案，该方案采用了该公司分别是针对UHF频段(430～862MHz)的MC44CD0I/02和针对美国L波段(1.67GHz)的MC44CD03，再配上DiBcom公司的DIB7000-H芯片。DIB7000-H是全球首先量产、支持DVB-H移动接收规格的解调器。 Microtune公司也推出了分离方案。它的双波段DVB-H调谐器芯片MT2260，采用集成设计，无需外部低噪声放大器(LNA)或平衡/不平衡变压器，在观看模式下的典型功耗为20-40mW。MT2260目前可接收到的频段为美国的L波段和欧洲的UHF频段(470-890MHz)。 Samsung的DVB-H前端芯片组带有Zero-IF(中频)CMOS RF调谐器(S5M8600)，以及符合DVB-H/T标准的信道解码器(S3C4F10)、CPU和内置式存储器，它的应用子系统也比较有特点，采用了SC32442应用处理器加上SA3A480 H.264解码器的双芯片方案。 Broadcom公司的BCM2900是一款采用0.18μm CMOS工艺的单片零中频调谐器，同时支持DVB-H、DMB-T 和DMB-TH标准。由于支持用于欧洲标准的1450 MHz～1490MHz 频率范围和美国的1670MHz～1675MHz 频率范围的UHF、IV、V波段和L波段，该器件几乎适用于全球任何地方的便携式设备数字电视接收。 ADI和凌讯科技(Legend Silicon)合作推出业界首款符合中国数字电视地面广播标准DMB-TH的移动电视接收机解决方案。该平台整合了ADI公司的Integrant低功耗RF调谐器和凌讯公司的解调器。利用Integrant的调谐器(Tuner)，ADI为该平台提供业界最低功耗的RF调谐器，使电池效率达到最大的同时，其小封装能满足小体积和低成本要求。而凌讯公司符合DMB-TH标准的解调器(Demodulator)采用全新设计，用于移动电视的调谐器是为接收DMB-TH设计的第二代芯片(LS8913)。此外，ADI还采用了它的低功耗Blackfin处理器完成移动电视应用中MPEG-2解码和多媒体处理功能。 “在同一芯片上集成CMOS直接转换调谐器和解调器实现这些设备的最好架构。硬连线解调器架构可使功耗最低/裸片面积最小，这是因为它不需要“软”方案中指令解码的开销。” Broadcom公司移动电视产品市场经理Chris Cytera表示。由于采用CMOS工艺和直接转换架构，BCM2900不需用外部IF、图像抑制滤波器以及任何可调谐元件，BCM2900适合被用来实现低成本的移动TV方案，如PC用电视调谐卡。 另外一些分离的调谐器和解调器解决方案还包括：美国高通公司同时支持FLO技术、DVB-H和ISDB-T的通用广播调制解调器(UBM)；卓胜微电子专为DAB、DAB-IP和T-DMB应用而设计的移动数字电视解调芯片MXD0120；创毅视讯公司推出的国际上首颗符合CMMB标准的手机电视信道解调芯片IF101等等。 3.集成的调谐器和解调器方案 随着系统厂商对完整接收器解决方案的需要，将调谐器和解调器封装在一起越来越多。此外，大多数供应商都在快速转向能够处理多个移动电视标准的下一代调谐器或解调器IC，以满足变化的市场需求。 “如何在小尺寸、低功耗和高性能(即高灵敏度、线性度、抗噪声和干扰能力)进行最优折衷是电视手机的设计挑战。”DiBcom 公司市场和业务开发副总裁Azzedine Boubguira，“为解决这些问题，第一阶段是实现在同一个小型封装内集成RF调谐器、解调器和大多数分离器件。” DiBcom针对汽车、手机、PC和笔记本电脑、PMP、导航设备、机顶盒、LCD TV等不同的移动电视TV 市场有的产品。它们大部分都集成了多频段RF调谐器和解调器，支持DVB-H, DVB-T、DVB-SH、T-DMB和ISDB-T标准。 Frontier Silicon公司的Apollo FS1110是一款三频双模射频前端接收器，适用于广播数字收音机和移动电视，如T-DMB和DAB。Apollo与Frontier Silicon的Kino数字基带芯片合用，可以在手机和其它设备上实现全套优化射频和基带T-DMB解决方案。Apollo还可该公司的DVB-T/T-DMB/DAB多标准基带接收芯片Paradiso配合使用。Paradiso是从Frontier Silicon的Kinot和Chorus系列产品(适用于T-DMB和DAB)发展而来的，支持所有DVB-H和T-DMB制式，包括中国、欧洲和韩国的变体。图3给出了基于Paradiso 1T的手机电视系统框图。 图3：基于Paradiso 1T的手机电视系统框图。 Frontier Silicon方案的优势是采用了智能干扰抑制机制，在不利的客观条件下，如GSM/CDMA噪声对其他频率产生影响时，可保证具有最佳的信号接收灵敏度；当信道上有噪声干扰时，采用同信道干扰消除机制以确保高的接收灵敏度；具有很高的信号衰减/串扰比(ACR)，能确保接收器继续保持良好的工作状态，即使靠近MDTV发射器；对DVB-H具有很高的Doppler 性能(超过 MBRAI 2.0)。 TI也采用了集成方案。它的Hollywood单芯片解决方案是业界首款采用标准90nm数字工艺、将移动电视调谐器与解调器集成的芯片。其中，DTV1000和DTV1001是Hollywood单芯片系列的首批产品，支持开放的业界标准，包括应用于欧洲、美国及部分亚洲地区的DVB-H及应用于日本的ISDB-T，另外，均具备可连接至TI OMAP系列应用处理器的接口。 以色列公司Siano Mobile的SMS1000也属于集成方案，包括SMS1001调谐器和SMS1002解调器芯片。SMS1000支持多种标准(DVB-H、DVB-T、T-DMB、DAB、EPM-DAB)和多个波段(VHFIII、UHF、L1、L2)，提供了SPI、SDIO、USB 2.0、GSP接口。该公司的单芯片接收器SMS1010 支持DVB-T、DVB-H、T-DMB、DAB与DAB-IP等标准，以及四个不同频带。它整合了一颗RF调谐器与解调器，在DVB-H模式下的平均耗电量少于22mW。与其它竞争方案最大不同之处，在于SMS1010并不需要外接式内存或VCO。图4是采用了SMS1010的手机电视系统框图。 图4：采用了SMS1010的手机电视系统框图。 Newport Media公司的单芯片移动电视接收器NMI310具有很高的集成度，它集成了RF调谐器、解调器和所有必要存储模块。该芯片可对采用DVB-H、DVB-T、T-DMB、ISDB-T和MediaFlo以及其它标准的信号进行解调。 NMI310集成了一个四波段、直接转换接收器和一个DVB-H解调器及所有必要的存储器。该芯片可同时接收8路信号，功耗仅为20毫瓦。此外其所具有多种特性，如邻信道信号抑制达55-dB，可凈化画面使用户获得最佳视觉效果。 韩国PnpNetwork公司的PN3030是一款满足ETSI EN 300 401和T-DMB标准的DMB接收器。该器件功耗低、封装尺寸小(8x8x1.5mm 80LFBGA),适用于多种移动数字电视解决方案的手持设备，比如手机和便携的音视频设备。它支持I2C、I2S、SPDIF、SPI、HPI、MPEG-2 TS和RDI多种标准以满足不同应用的需要。 恩智浦半导体(NXP)采取了折中的SiP方案。BGT210和BGT211是低功率DVB-H前端芯片，BGT210服务欧洲市场，BGT211服务美国市场。芯片包含一片电视调谐器(TDA18281/2)、可编程通道解码器/解调器(TDA10105)、源解码器和完整的用于DVB-H传输控制、文件传送和实时A/V传送的软件包。 4. 应用处理器和媒体处理器 手机电视可能采用广播和视频流两种方式来实现，但并不是所有的手机媒体处理器都能同时支持两种方式的移动电视，因为目前主流的移动电视标准比如DVB-H和T-DMB采用的是H.264或VC-1(美国要求)编解码方式，而基于移动网络的视频流主要采用的则是MPEG4编解码方式。此外，电子节目指南(EPG)、传输流解复用、实时流视频/音频/MEPG解码、TV功能(如闭合字幕(CC)、图文电视等)等功能，对手机而言都是额外功能，在最初的手机应用处理器设计中并没有加以考虑，因此手机应用处理器和媒体处理器应该有更强大的处理功能。 “满足移动电视的媒体处理功能需要四个必备条件：1)低功耗、低成本；2)支持D1并能够实现在小屏幕上的实时编解码；3)高度集成的SoC；4)支持多种媒体标准。” 芯慧同用半导体(Vivace Semiconductor)公司总裁兼首席执行官Cary Ussery表示，“当前市场上的解决方案并不能全面满足移动电视设备的需求，单芯片处理器或者CPU+DSP结构很难同时满足低功耗、支持D1以及高集成度的多种需求。” 芯慧同用提供的媒体处理功能可以支持DVB-H、T-DMB、DMB-TH、T-MMB和STiMi等多种标准，它具有很高性能，是满足便携视频播放市场需求的最优化产品。该公司目前提供两款高集成度产品。一款是VSP100芯片，它是一款理想的低成本产品，专为下一代便携媒体设备设计。另一款是VSP200芯片，它提供了更高的性能，是满足便携视频播放市场需求的最优化产品。 北京希图视鼎(C2 Microsystems)的CC1100媒体处理器的优点是可提供理想的PMP平台方案。它支持MPEG-2，H.264(BP&MP), MPEG-4.2(ASP), VC-1, RM，Flash和MJEPG等多种视频格式的编解码以及转码。MPEG-2解码画质可达高清清(720p/1080i)，其它格式的编解码和转码画质可达标清(D1)。基于CC1100媒体处理器的PMP可以很方便地集成MTV功能。 Broadcom的VideoCore移动多媒体处理器支持微软的Windows Media Video(微软的视频压缩标准，常称为VC-1)，这将有力地促进美国运营商在2006年推出新的移动TV服务。这一支持也意味着Broadcom的VideoCore系列移动多媒体处理器有意挺进下一代准备接收DVB-H和其它格式移动TV内容的手机和便携式多媒体播放机市场。基于Broadcom公司VideoCore技术的BCM2702、BCM2722和BCM2724芯片支持所有的移动多媒体应用标准，包括VC-1和H.264(MPEG-4 AVC)视频编解码器，以及所有的音频编解码标准，如AAC+、WMA和BSAC。这一灵活性和可编程性使得该系列处理器非常适合于任何正在部署的移动TV标准，并有可能开发出一个真正的全球通用型多标准移动TV接收机。 除了支持很多技术以外，VideoCore处理器还提供业界领先的功耗性能，它具备解码VC-1和H.264视频的能力，且消耗的功率小于150mW。与传统的基于软件的解决方案相比，这一可编程解决方案的性能允许更长的移动TV观看时间和电池寿命。 nVidia目前是全球主要移动电视手机——三星DVB-H手机的处理器供应商，nVidia的处理器已用于不少TD手机的设计中，包括国际厂商和本地厂商。但nVidia的处理器GoForce 4000和GoForce 5500都不支持AVS标准。中国的CMMB标准采用AVS的话，nVidia在也需要重新设计芯片. ST的Nomadik多媒体应用处理器产品线利用分布式的声音和影像加速器为核心的独特架构，除了手机收看移动电视的功能外，智能型手机、多媒体手机、PDA、网络电器产品及汽车娱乐系统，都可以通过Nomadik多媒体处理器提供相关终端产品影音和图像处理功能。图5是Nomadik多媒体应用处理器的功能图。 图5：Nomadik多媒体应用处理器的功能图。 对多种编解码格式的支持时，基于ARM或DSP软解码的处理器非常有优势。比如TI的OMAP和飞思卡尔的i.MX31等，它们可以方便地升级而不需要重新开发。但是，如果要考虑到性能、功耗和成本、基于硬逻辑的处理器就更受欢迎了，比如nVidia的GoForce 4000和GoForce5500以及SMedia公司的Glamo 3370和Glamo 3360。 但前者也在采用折衷的方式，即H.264和MPEG4采用硬加速器，比如TI的OMAP、飞思卡尔的i.MX31、杰得的X900、富瀚微电子的FH8800和nVidia的GoForce 6100等。设计工程师在为手机电视选择处理器时需要衡量多方面的因素。 车载移动电视：提高接收质量是关键 车载移动电视主要由机顶盒(如DMB-T机顶盒)、液晶显示屏、天线、车载电源等构成。机顶盒将天线收到的射频信号转换成解调器可以接收的中频或基带调制信号；解调器收到这些信号后进行解码，输出为包含广播数据的码流；然后解复用把广播数据从其它码流信号中分离出来，并根据控制信息，从分离出来的信号中选择对应于本机的音、视频数据进行下载或实时播放；再对其它的多媒体信息进行处理后最终在车载电视上显示出来。 车载电视对功耗的要求不高，但由于DVB-T是针对移动接收而设计，所以要获得令人满意的车内电视接收效果需要具有多天线的“分集”系统。例如，使用“扫描分集”技术，系统自行控制在不同天线之间切换，选择具有最高接收电平的天线，以获得满意的图像质量。 建议DVB-T接收机天线采用最大比值合并(MRC)分集，将最佳的载波信号组合形成输出信号，即使车辆的运行速度超过100Km/h也能确保汽车电视获得良好的接收质量。频率分集的作用独立于天线分集，在接收过程中，混合电视接收机无需对用户部分作任何操作就扫描发射机情况。如果发现某个信道承载同样的内容，但接收质量更好，设备会自动切换到这个新的信道。这样用户就可以在旅行过程中连续不断地观看节目，而不必当汽车经过某个发射台覆盖范围时手动调谐。 笔记本电脑PC TV解决方案 通过电脑收看电视节目并不是一个新鲜事物，早在10多年前就可以从市面上买到PCI接口的电视卡，插到台式电脑上收看模拟电视节目。不过那时在电脑上观看电视的效果不尽人意，并且安装电视卡也颇为费劲。如今，随着PC产品的处理速度越来越快，加上已内建的无线、蓝牙、绘图卡功能也越来越强大，并具有愈来愈多的多媒体音视频播放功能，人们希望在个人电脑上也能获得收看电视节目的娱乐体验。InStat预测，到2009年PC TV调谐卡在全球市场的零售额将达到37亿美元，年均复合增长率高达42.6%。 PC TV调谐卡的接口也有PCI(适用于台式机电脑)、PCI Express(适用于台式机电脑和笔记本电脑)、USB(适用于笔记本电脑)，因此系统方案提供商必须针对不同的市场设计PC TV调谐卡。 恩智浦(NXP)半导体公司显示系统方案(中国)市场经理曾庆丰表示，“去年PCI接口的电视卡占中国市场的70％，今年PC TV市场仍将式PCI接口为主流，但预计会有更多的USB卡和PCI Express出现，以满足移动应用需求。” NXP公司是目前是唯一具有PC TV调谐卡所有关键器件的供应商，包括AV解码器、通道解码器、调谐器、驱动器。例如：针对北美市场的OEM媒体中心解决方案参考设计PCV500采用了NXP的SAA7164或者SAA7164的单通道版本SAA7163，以及硅调谐器TDA18271，支持ATSC+NTSC或者双NTSC模式(动态双模式)；针对欧洲市场的PC TV解决方案采用了AV解码器SAA7131、硅调谐器TDA8275A以及DVB-T通道解码器TDA10046；针对日本市场的PC TV方案采用了SAA7163、TDA18271以及通道解码器。 “对笔记本电脑而言，实现良好的室内接收质量是难点，采用分集技术(双天线)对改善室内接收质量非常有效。” DiBcom 公司市场和业务开发副总裁Azzedine Boubguira认为。 DiBcom公司的“3合1”芯片DIB7770将三种功能集于一身，集成了三个用于在PC上接收数字地面电视（DTT）的模块：一个嵌入式RF调谐器、一个解调器和一个USB2.0桥接器。这种“3合1”方案的开发，是为了实现可接收高质量数字电视的超小型低造价USB2.0电视附件。DIB7770使得无论是采用UHF或VHT（双频调谐器），还是单个模式或分集模式（双天线）来接收电视的USB2.0方案都可以实现。双天线方案（分集模式）可以使城市地区和室内等接收信号有限的地区电视覆盖率提高50％。 Micronas公司的USB2.0接口PC TV MicStickD参考设计可以让消费者在任何配有USB2.0接口的台式机或笔记本电脑上观看并实时接收DVB-T视频广播及节目表信息。该方案整合了系列产品，包括DRX 3975D COFDM(编码正交频分调制)数字解调器、Microtune MT2060数字电视调谐器以及Cypress EZ-USB FX2LP控制器。Micronas DRX 3975D是首款符合NorDig-Unified V1.0.2接收器规格的COFDM解调器，MicStickD可以完全兼容全球现有的DVB-T接收系统标准。 Trident公司的TV-Master是一个高度整合的，高速USB2.0的方便便捷的电视接收器芯片，TV-Master给基于PC机或笔记本电脑看电视提供一个低成本的解决方案。TV-Master这个单颗的IC整合了两通道16b音频ADC，两通道10b、2D梳状滤波器的高性能的视频解码器（video decoders）以及一个内嵌的MCU。 力合微电子的LME2510是一款经过优化设计的 USB2.0 数字电视控制芯片，主要特性包括：USB2.0接口；支持多种数字电视标准, 支持标清及高清(HDTV)数字电视接收；内置增强型8051兼容 MCU, 支持用户程序下载, 实现差异化功能；双I2C接口, 可 RF Tuner 及解调解码芯片分别单独控制；内置数字电视码流处理器等。该芯片的典型应用包括电脑电视(包括笔记本电脑及台式电脑)、手持多媒体终端数字电视，以及其它电脑设备的数字电视接收。 卓联半导体地面数字电视解调器ZL10355可用于PC-TV、便携式和手持式数字电视接收设备设计，该器件拥有业界最小的封装，最低的功耗和最低的软件开销，再加上宽广的温度范围，特别适合移动DTV应用。该解调器完全符合苛刻的NorDig Unified 1.0.2标准。 作者：Ellie Zhang, 栏目编辑, 《电子系统设计》<> 移动电视设备的三大设计挑战 2007.08.01 从具备语音通信功能发展到能播放MP3音乐、视频录放、百万像素拍照，支持双模/多模、GPS、Wi-Fi、RFID等多种RF技术，手机的功能融合趋势使其系统设计变得愈加复杂，移动电视功能的加入无疑令这些一切变得愈加严峻。“如何在小尺寸、低功耗和高性能(即高灵敏度、线性度、抗噪声和干扰能力)进行最优折衷是电视手机的设计挑战。”DiBcom公司市场和业务开发副总裁Azzedine Boubguira表示。 从系统设计角度看，功耗、接收灵敏度、移动速度限制是移动电视(MTV)设备的三大设计难点。首先，由于移动电视客户要求至少3~4个小时的连续运行时间，设计人员必须考虑到产品的电池寿命问题。其次，移动电视能否顺利接收到广播信号非常关键，否则将导致其它竞争方案(如卫星方案)加入竞争并赢得了部分的支持者。最后，由于移动电视设备和客户一起以较高的速度移动(如在时速350千米的高速列车中)，信号配时将因多普勒(Doppler)效应而被迫改变，这会导致接收和解码困难，降低终端信噪比。 具体一个设备的播放时间和许多因素有关，比如LCD功耗、播放多媒体时CPU的功耗、数字电视信道射频和解码芯片的功耗、锂电池的容量等等。一个好的移动电视终端应该能至少连续播放三个小时以上，为降低功耗，可以选择完全切断电视模块的供电。另外，尽可能地选择低功耗的单芯片集成方案以及电源设计时尽量选择效率高的DC/DC器件也很重要。 为保持高的接收灵敏度(大于-100dBm)，Frontier Silicon公司的业务发展总监Mark Hopgood认为在数字电视(DTV)RF和基带解调器中使用智能干扰抑制方案，可最大限度地减小对GSM/CDMA信号干扰的敏感度，使得TV接收器在更高的GSM/CDMA干扰水平下也能正常工作。此外，选择高质量的天线、在移动模块设计时选择较好的LDO并采用同地设计也可以提高接受灵敏度。 架构选择：移动电视模块 vs. 移动电视SoC 如何将MTV模块与现有的电话模块无缝集成在一起是电视手机设计的另一大挑战，这要求从系统级架构和芯片架构角度上考虑整体设计。“MTV子系统应该采用小尺寸的模块化设计，但这种模块在不同的终端产品中可以有不同的架构。”北京希图视鼎(C2 Microsystems)科技有限公司市场部经理刘明璋表示。 对于手机，实现MTV功能的最好架构可能是采用手机芯片+MTV SoC。MTV SoC通常集成了多个解复用器和ARM处理器，可以卸载手机芯片的负荷。对于PMP，最好的架构是采用较简单的MTV芯片(如仅集成RF和解调器)+媒体处理器，或者RF+解调器+媒体处理器，这样可以降低系统级成本。对于笔记本电脑，最好的方式是采用具有MTV功能的USB软件狗。 飞兆半导体公司信号路径产品线产品市场经理韩晓勇指出：“实现移动电视的最好架构是经由SDIO接口连接便携式主CPU的电视模块(包括调谐器、解调器和A/V解码器)，因为这种解决方案对现有系统上的改变最少。同样地，可以在完整的系统上添加或去除功能性模块，以尽可能地降低设计的困难度。” 当然，采用移动电视SoC芯片和移动电视模块各有优劣势。SoC方法对减少系统的体积最有效，不过将增加电源设计的复杂性。采用移动电视模块进行设计可以减少设计工作量，节省硬件设计的时间，但可能对整机的PCB设计带来一些不便。 Siano公司中国区总经理王渭认为芯片架构必须要在系统级具有可行性和高效率，高效率意味着芯片可以实现低功耗，并且体积小，可行性意味着芯片能提供通用硬件接口和灵活多样的软件接口，以便与不同的移动数字电视(MDTV)标准、不同的后台处理器和操作系统相匹配。 此外，在便携式设备中增加移动电视功能，对电源管理、存储器、天线布局和射频前端提出了更多要求。例如，功率管理要求更高的稳定性，并必须把功耗降低到与电池设备的能力相适应的水平。存储器必须足够稳健，以支持突发模式下的数据量和解码数据，此外它还必须速度够快以应付复杂操作。天线的布局必须能够把其它手机系统带来的串扰减至最少。射频前端必须适当处理干扰和阻抗匹配的问题。 下面分析系统各个功能块面临的技术挑战、实现难点以及主流的半导体解决方案。 智能可调谐天线优化接收信号 具有移动电视广播功能的手机系统主要由三个子系统构成：通信子系统、应用子系统和移动接收子系统(图1)。移动接收子系统主要由天线、接收芯片(调谐器和解码器)组成，此外与移动电视功能相关的部分还有应用处理器、控制器和显示屏。 图1：移动接收子系统主要由天线(如SMS8021)、接收芯片(调谐器和解码器，如SMS1010)组成。 信号链开始于天线，对依赖于地面广播信号的移动电视而言，天线的设计非常重要。在手机上加入DVB-H电视接收功能为天线设计带来的挑战包括来自DVB-H与GSM频段的叠加干扰。此外，DVB-H需要运行在比传统移动系统更低的频率上(约在470MHz~862MHz之间)，同时也使用了更宽的带宽，因此它需要比3G系统体积更大的天线，传统的低频如200MHz，甚至要求天线长度大于手机长度。 “内置天线是便携式电子设备很受欢迎的移动TV功能之一，但设计一个能满足VHF和UHF频段的增益要求的天线却很困难。”Broadcom公司移动电视产品市场经理Chris Cytera表示。 在不同频段里的移动电视标准需要不同的天线，比如运行在L波段和VHF波段的T-DMB需要不同的天线。对于UHF波段上的DVB-T或DVB-H移动电视，笔记本电脑可以采用一些带电缆的外置天线，手持设备可以采用天线芯片。 “对笔记本电脑而言，实现良好的室内接收质量是难点，采用分集技术(双天线)对改善室内接收质量非常有效。”DiBcom公司的Boubguira认为。 DiBcom公司的DIB7770在单芯片上集成了三个用于在PC上接收数字地面电视的模块：一个嵌入式RF调谐器、一个解调器和一个USB2.0桥接器。这种“3合1”方案的开发是为了实现可接收高质量数字电视的超小型低成本USB2.0电视附件。DIB7770使得无论是采用UHF或VHF(双频调谐器)，还是单个模式或分集模式(双天线)来接收电视的USB2.0方案都可以实现。双天线方案(分集模式)可以使城市地区和室内等接收信号有限的地区电视覆盖率提高50%。 Siano和分离式组件厂商Vishay Intertechnology公司共同开发的UHF天线芯片SMS8021或RFW8021适用于所有采用UHF频带的移动电视技术，包括DVB-T、DVB-H、ISDB-T、MediaFLO以及DMB-TH，它同时支持各种宽频传输频带，包括470MHz至870MHz，但体积仅有15×10×1.2mm，可以直接嵌入在移动电视装置内部的印刷电路板，在加上焊垫后的体积近似手机中任何其它芯片。 分集天线技术的开发商Fractus公司的TVNow系列内置DVB-H天线解决方案，可用于200MHz、600MHz与1.4GHz三种频率的移动电视。TVNow系列天线的尺寸只有40×4.8×5mm，可以使DVB-H手机尺寸减小25%以上。 Frontier Silicon公司的Hopgood建议采用智能可调谐天线设计来优化信号接收，以保证在各频带都有最佳增益。当布置移动TV的天线时，考虑持着电话观看电视的使用者的体效应很关键。为使增益最大并最大限度降低手机噪声的干扰，在集成天线周围有必要保持合理的空间距离。 调谐器+解调器集成方案往系统级芯片发展 由于全球范围存在多种数字移动电视标准，而中国市场最终会选择哪种电视广播标准目前还不明朗，所以大多数手持电视方案提供商仍青睐多模多频段方案，这使得支持多种标准和频段成为大多数接收前端(调谐器和解码器)的必备特性。 实现调谐和解调有两种方案：一种采用独立的调谐器和解调器芯片，另一种是单芯片接收器方案。在早期，为了迅速推出方案，一些厂商选择了分离方案。但随着系统厂商对完整接收器解决方案的需要，将调谐器和解调器集成在一个芯片上的方案越来越受欢迎。有的单芯片方案甚至还集成了存储器、解码器及其它辅助电路，构成完整的系统级芯片。 TI的Hollywood芯片是业界首款采用标准90纳米数字工艺将移动电视调谐器与解调器集成的单芯片解决方案，它支持DVB-H和ISDB-T，包含DTV1000与DTV1001两款芯片。由于Hollywood芯片采用了DRP低功耗设计技术以及标准的90纳米数字工艺将调谐器与解调器集成在同一个硅片上，所以与芯片模块式解决方案及SIP方案相比，它在功耗方面具有很大优势。与TI低功耗OMAP应用处理器配套使用时，可根据不同屏幕大小及电池额定值支持长达4~7个小时的电视播放时间。 Frontier Silicon方案的优势是采用了智能干扰抑制机制，在不利的客观条件下，如GSM/CDMA噪声对其它频率产生影响时，可保证具有最佳的信号接收灵敏度。该公司三频双模射频前端接收器Apollo FS1110与该的Kino数字基带芯片合用，可以在手机和其它设备上实现全套优化射频和基带T-DMB解决方案。Apollo还可该公司的DVB-T/T-DMB/DAB多标准基带接收芯片Paradiso配合使用。图2给出了基于T-DMB和DAB-IP单芯片接收器Paradiso 1T的手机电视系统框图。 图2：基于T-DMB和DAB-IP单芯片接收器Paradiso 1T的手机电视系统框图。 “集成方案是未来的发展趋势。分离方案可以提供比较的多组合，但Siano方案在内的很多集成方案可以支持多个频段，且功耗上更有优势。”王渭表示，“目前的MDTV市场尚处于起步阶段，许多方面都有不少的不确定性，因此建议客户采用通用平台来开发MDTV平台，这样可根据市场需要灵活更改。” Siano集成了调谐器与解调器的SMS1010接收芯片，支持DVB-T、DVB-H、T-DMB、DAB与DAB-IP等标准以及四个不同频带，在DVB-H模式下的平均耗电量少于22mW，如果使用常见的1,000毫安时的电池，整机可以收看DVB-H电视4~5个小时。与其它竞争方案最大不同之处，SMS1010并不需要外接式内存或VCO，而是采用内部存储器方法，不对后端处理器增加额外要求，电路板上也不增加额外的存储器。 Infineon、Telegent Systems、Newport Media的单芯片方案也将存储器与调谐器、解调器集成在一起。Infineon的DVB-H/T SoC OmniVia TUS9090包括射频调谐器、DVB-H/T解调器和集成的存储器，在10%负载循环的时间分片模式下，功耗低于50微毫瓦。Newport Media移动电视接收器IC NMI310集成了一个四波段、直接转换接收器和一个DVB-H解调器及所有必要的存储器，可同时接收8路信号，功耗仅为20毫瓦。Telegent Systems单芯片移动电视解决方案则还集成了解码器，包含了调谐器、解调器、解码器及其它辅助电路的TLG1100和TLG1130支持便携式移动设备在时速430公里下可靠接收现有的商业广播电视信号，功耗仅为250毫瓦。 相对来说，用集成方案设计相对简单，不存在调谐器和解调器之间的匹配问题；采用分离方案需要考虑两者之间的各种连接关系，包括地线匹配，但理论上可以获得更好的RF性能，因为RF和数字是分开的。不过，目前有些公司已经联合或者独立推出完整的调谐器+解调器接收方案，可以解除设计工程师的后顾之忧。 比如，三星公司的DVB-H前端芯片组带有零中频CMOS RF调谐器S5M8600，以及符合DVB-H/T标准的信道解码器S3C4F10、CPU和内置存储器。它的应用子系统则采用三星的SC32442应用处理器加上SA3A480 H.264解码器的双芯片方案。 在Freescale和DiBcom联合开发的DVB-H前端参考设计中，调谐器采用了Freescale针对UHF频段(470~862MHz)的MC44CD02和针对美国L波段(1.67GHz)的MC44CD03，解调器为DiBcom公司DIB7000-H芯片。DIB7000-H采用0.13μm工艺CMOS，耗电不到20mW，可与调谐器等一同封装在如同SD卡般大小的板卡上。 ADI和凌讯科技(Legend Silicon)则合作推出了业界首款符合DMB-TH的移动电视接收机解决方案。该平台采用了ADI的低功耗RF调谐器和凌讯公司的解调器LS8913。此外，ADI还采用它的低功耗Blackfin处理器完成移动电视应用中MPEG-2解码和多媒体处理功能。 针对不同的标准，设计工程师还可以选择其它的分离调谐器和解调器，包括：Broadcom公司同时支持DVB-H、DMB-T和DMB-TH标准的BCM2900的单片零中频调谐器；ADI位于韩国的子公司Integrant设计的ISDB-T数字电视调谐器ITD2010；Microtune公司双波段DVB-H调谐器芯片MT2260；卓胜微电子专为DAB、DAB-IP和T-DMB设计的移动数字电视解调芯片MXD0120；创毅视讯公司符合CMMB标准的手机电视信道解调芯片IF101等等。 应用处理器强调对多种编解码标准的支持 电子节目指南(EPG)、传输流解复用、实时流视频/音频/MEPG解码、TV功能(如闭合字幕(CC)、图文电视等)等这些电视功能，对手机而言都是额外功能，在最初的手机应用处理器设计中并没有加以考虑，因此手机应用处理器和媒体处理器应该有更强大的处理功能。另外，目前主流的移动电视标准比如DVB-H和T-DMB采用的是H.264或VC-1编解码，但基于移动网络的视频流主要采用MPEG-4编解码，因此选择应用处理器和媒体处理器应关注处理能力和对编码标准的支持。 “满足移动电视的媒体处理功能需要四个必备条件：1. 低功耗、低成本；2. 支持D1并能够实现在小屏幕上的实时编解码；3. 高度集成的SoC；4. 支持多种媒体标准。”芯慧同用半导体(Vivace Semiconductor)公司总裁兼首席执行官Cary Ussery表示，“当前市场上的解决方案并不能全面满足移动电视设备的需求，单芯片处理器或者CPU+DSP结构很难同时满足低功耗、支持D1以及高集成度的多种需求。” 芯慧同用提供的媒体处理功能可以支持DVB-H、T-DMB、DMB-TH、T-MMB和STiMi等多种标准，它具有很高性能，是满足便携视频播放市场需求的最优化产品。该公司目前提供两款高集成度产品，一款是VSP100芯片，专为下一代便携媒体设备设计；另一款是VSP200芯片，它提供了更高的性能，是满足便携视频播放市场需求的最优化产品。 C2 Microsystems的CC1100媒体处理器的优点是可提供理想的PMP平台方案。它支持MPEG-2、H.264(BP&MP)、MPEG-4.2(ASP)、VC-1、RM、Flash和MJEPG等多种视频格式的编解码以及转码。MPEG-2解码画质可达高清清(720p/1080i)，其它格式的编解码和转码画质可达标清(D1)。基于CC1100媒体处理器的PMP可以很方便地集成MTV功能。 基于Broadcom公司VideoCore技术的BCM2702、BCM2722和BCM2724芯片支持所有的移动多媒体应用标准，包括VC-1和H.264(MPEG-4 AVC)视频编解码器，以及所有的音频编解码标准，如AAC+、WMA和BSAC。这一灵活性和可编程性使得该系列处理器非常适合于任何正在部署的移动TV标准，并有可能开发出一个真正的全球通用型多标准移动TV接收机。除了支持很多技术以外，VideoCore处理器还提供业界领先的功耗性能，它具备解码VC-1和H.264视频的能力，且消耗的功率小于150mW。与传统的基于软件的解决方案相比，这一可编程解决方案的性能允许更长的移动TV观看时间和电池寿命。 对多种编解码格式的支持时，基于ARM或DSP软解码的处理器非常有优势。比如TI的OMAP和Freescale的i.MX31等，它们可以方便地升级而不需要重新开发。但如果要考虑到性能、功耗和成本、基于硬逻辑的处理器就更合适，比如nVidia的GoForce4000和GoForce5500等。设计工程师选择应用处理器需要考虑这些因素。 由于大多数公司提供的方案中已经自带编解码软件，所以设计工程师并不需要自行开发编解码算法。但如果方案具有可靠的软件开发环境，支持C、C++、Java编译器、调试器、剖析/分析器、汇编器、连接器，则可以满足开发其他软件，或者优化、修改软件的设计需求。 目前全球主要的手持设备电视广播标准包括欧洲的DVB-H、韩国的T-DMB、日本的ISDB-T、美国高通的Media FLO。从提供的前端解决方案来看，支持DVB-H标准的半导体公司最多，包括Freescale、TI、Microtune、三星、Broadcom、DiBcom、Frontier Silicon、Newport Media、恩智浦半导体(NXP)以及思亚诺(Sinao)移动芯片有限公司等。提供T-DMB方案的厂商主要有Frontier Silicon、Newport Media、Maxim、卓胜微电子等。提供MediaFLO方案的厂商有高通、Newport Media、Sinao等。提供ISBD-T方案的厂商包括TI、ADI、Newport Media、Infineon等。 目前中国市场的手持设备电视标准呈多样化趋势，除了DVB-H、T-DMB和MediaFLO外，还包括国家广电总局推出的行业标准CMMB(STiMi是其核心)、北京新岸线公司的T-MMB、清华大学的DMB-T/H、华为提出的CMB、通信广播标准化委员会提出的CDMB。至于哪种(或哪几种)会成为中国的手持设备电视广播标准，目前还不明朗，但可喜的是，中国本土公司推出的标准正逐渐走向成熟。Frontier Silicon公司的Hopgood对中国自有标准的前景表示乐观，他认为在短期或者中期市场上，T-DMB/T-MMB标准有望占有比较大的份额，在中长期市场上，CMMB有望占用较大份额。 作者：Ellie Zhang 栏目编辑 《电子系统设计》 DVB-H移动电视网络的典型位速率分析 2007年07月13日 DTV标准开发于20世纪八九十年代，但是这些标准并未达到手机及其它手持设备服务的特殊要求。这些要求包括： 1.移动性：移动数字电视标准需要在终端处于高速活动状态（如在时速350km的高速列车中）时提供高质量的信号接收。此时由于多普勒(Doppler)效应的加剧，将导致终端信噪比降低。这必须通过传输机和接收器来有效补偿。此外，介于两部传输机之间的漫游必须平滑进行，不能对用户体验有片刻的影响。 2.单一的小尺寸天线：天线需要装在外形迷你的手机或是类似设备中，且不会影响接收质量。 3.单一频率网络：为了简化频率分配 ，同时为了支持窄带(这样只需较低的能耗)接收器调谐器，要求在整个国家或大的区域使用一个单一频率。 4.低功耗。 在一些情况下还会有额外要求： 5. 对"数据广播"的内置支持－将不同类型的数据(如软件应用、游戏等) 传递给不同用户。 6.依据设备ID，实现内置的有条件登陆支持。 为符合移动性要求，有一些标准和技术已经得到开发。比如欧洲使用的标准DVB-H，日本标准ISDB-T、DAB和它在韩国的版本T-DMB、Qualcomm公司的MediaFLO。另一个正在开发阶段的标准是中国标准，暂时命名为DMB-T/H。DMB-T/H由北京的清华大学和上海交通大学共同开发。 这篇来自Sinao Mobile Siliicon(思亚诺移动芯片有限公司)的文章中，作者分析了DVB-H网络上的不同业务与相应的位速率和时间切片过程的关系，并讨论如何利用时间切片技术节省移动电视系统的功耗。 点击此处下载(PDF) 本文来自思亚诺移动芯片有限公司 Broadcom：在同一芯片上集成CMOS直接转换调谐器和解调器是最佳架构2007年07月09日 为在便携式设备中集成电视接收功能，采用标准CMOS实现完整的单片收发器IC最有挑战性。而采用标准CMOS实现的单片收发器IC维持最低的终端成本所必需的。况且，采用CMOS工艺来达到所需的RF性能(如噪声系数小于3dB)也并不是件容易的事。 天线设计也非常具有挑战性，特别设计笔记本电脑中的DVB-T天线。内置天线是便携式电子设备很受欢迎的移动TV功能之一，但设计一个能满足VHF 和UHF频段的增益要求的天线却很困难。 在同一芯片上集成CMOS直接转换调谐器和解调器实现这些设备的最好架构。硬连线解调器架构可使功耗最低/裸片面积最小，这是因为它不需要“软”方案中指令解码的开销。 便携式移动电视终端对电源管理的特殊要求随系统而改变，最重要的是能在时间切片系统的导通期间处理最大的电流消耗。对存储器的要求是需要采用65nm工艺，以便以最低的成本集成大容量的缓冲SRAM。对天线的要求取决于具体设备和工作频段。DVB-T系统可能需要有源天线，支持DVB-H的手机可能需要表面贴天线