
高清、3D、极高清、LED动态调光、HDMI1.3、DisplayPort、V-by-One®HS……这一些列充斥于数字电视的新概念给数字电视设计师提出了严峻的挑战,而消费者对数字电视的更多用户体验诉求则让设计师面临更大的挑战,这些不断涌现的新需求终于让FPGA找到了用武之地,使得过去这个一直是ASIC或ASSP主导的领域变成了ASIC/ASSP+FPGA共同应对的市场,“仅去年一年,赛灵思的FPGA在消费电子领域就出货超过3000万个!”赛灵思消费市场行销部门资深产品行销经理Aaron Behman在接受采访时指出,“过去,这个数字对赛灵思公司来说是难以想象的。”
Aaron表示在刚刚结束的CES展上,赛灵思与Tokyo Electron Device (TED)公司联手开发的Spartan-6 FPGA消费视频套件吸引了很多数字电视OEM,这个DTV目标参考设计所提供的套件,充分利用了Spartan-6 FPGA的高速连结与低功耗的特性,可在单芯片系统中实施,不仅能降低功耗、节省空间、冷却资源,还能提高性能,同时可降低材料清单成本,远远超过其它采用多颗ASSP芯片的替代方案。
他透露了到目前为止一线DTV OEM厂商提供的FPGA出货数量,赛灵思的消费视频套件内含一个基于Spartan-6 LX150T FPGA的基础开发板,以及多个符合业界标准FPGA Mezzanine Card (FMC)规格的子板、由赛灵思与TED共同开发可支持各种新开发与业界实际标准的高速显示器接口的软IP、ISE?设计套件嵌入式版软件环境、以及目标参考设计。

CES之后,赛灵思又立即宣布了与IP厂商Vestek电子研发公司共同开发的最新成果——即插即用高清电视参考设计,利用这个设计解决方案,数字电视OEM厂商在大批量市场中可以更加轻松地利用图像质量来展示差异化,而不是单靠纯粹的价格战略。该数字影像引擎整合了一套经过生产验证的,并已大批量发货到欧洲数字电视市场的视频增强算法,可以对色彩亮丽度、肤色、图像锐利度和对比度进行出色的强化处理,由于上述处理是在每一像素而非整体画面基础上进行的,因而可实现最佳的图像质量和视觉享受。另外,这个数字影像引擎的图形界面非常方便使用,使设计师可以基于目标市场区域对参数和图像质量进行调整。
请观看如下视频,Aaron详细解释了这个开发套件的特点:
“以往,数字电视OEM需要招募资深工程师针对专用标准产品(ASSP)或专用集成电路(ASIC)中花费大量时间来解决算法,有了个这个方案就可以节省这个成本和时间了。”赛灵思公司亚太区及大中华区市场及应用总监张宇清补充道。
在如下图所示的液晶电视中,红色方框即为赛灵思视频增强套件,可以明显改善液晶电视画质。

Aaron指出针对非高清视频,这个视频套件有更明显的效果,由于目前高清内容还不多,这样的功能尤显突出,因为目前很多数字电视用户抱怨在观看目前的电视节目时其显示效果甚至不如CRT电视,有了这个套件,则可以弥足这个缺憾。
实际上,针对数字电视的目标设计平台是赛灵思2009年年初提出的目标设计平台概念的具体在消费电子的体现,近日推出的算法和套件都属于第二层和第三层的内容,加上赛灵思提供的硬件基础,用户只需要做好差异化设计就可以完成设计了。

赛灵思目标设计平台概念
这个套件在电视中和主板的连接很方便,只需通过LVDS接口连接即可,在成本上增加并不多,“相当于增加了一个spartan6器件的成本,而且我们提供全部IP,这会让数字电视拥有高端电视的功能。”张宇清指出,“当然,如果用量很大成本还可以降低的。”
“由于采用的是FPGA,所以工程师修改算法很简单。”Aaron指出,“你只要修改一些代码就可以知道直接的效果,比如肤色各个国家的消费者有不同的需求,调整算法可以针对各个国家消费者的需求。OEM还可以自己设定更多调整选项,也可以自己加入新的算法,这都是实现差异化的关键。”
下图显示了赛灵思CVK(消费电子视频套件)方框图

Aaron指出随着消费产品生命周期不断缩短,消费电子设计工程师面临低成本、低功耗、差异化以及不断增长的带宽需求挑战,而FPGA因为工艺和技术不断改善足以应对这些挑战。例如目前的赛灵思的FPGA中可以提供8个3.125Gbps收发器,可以对800MHz DDR3提供支持,最高支持1.05GPBS LVDS等等,这些都可以满足高带宽的需求。“此外,赛灵思FPGA工作电压可以降低到1V以下,还可以针对功耗做编译优化,另外还独有各种节能模式。”Aaron表示。“电视接口标准不断增多,这也是让FPGA可以有发挥的余地。”
IC insights的研究表明,2006年到2012年消费电子IC复合年增长率达到16%,到2012年,其市场规模会达到551亿美元,在这个巨大的市场中,83%的消费类IC使用在亚太地区。


大部分消费类IC消耗在亚太地区
在所有消费电子中,数字电视为增长最快的应用

除了针对数字电视画质改善推出CVK套件,赛灵思针对数字电视中暴热的LED背光也推出了自己的方案。“目前我们可以提供直下式LED动态背光方案,我们的FPGA可以控制64个独立区域。”Aaron表示。
他透露赛灵思在开发针对数字电视新标准新接口的支持,例如中国的VIIDA、USB3.0等等,在实现的功能方面,考虑了对下一代背光、3D显示、HDCP、无线高清、EthernetAVB等等。“未来的数字电视里面也许不止一块FPGA.”他表示。
随着本土数字电视OEM创新意识增强,赛灵思也加强了对本土DTV OEM的支持,“大家都可能知道索尼BRAVIA电视之父立平靖吧,他是索尼BRAVIA电视项目组负责人,在数字电视领域有多年的丰富经验,他目前已经是赛灵思的员工了。”Aaron透露,“他会对DTV OEM的数字电视视频优化和开发提供支持,如果本土数字电视OEM有这样的需求,他会来本土提供直接的支持!”
除了数字电视,赛灵思还针对消费电子领域的机顶盒、数码相机、多功能打印机以及各种便携设备推出了相应的优化方案,例如在高端数码相机中已经采用赛灵思FPGA完成像素的处理和优化,“我们瞄准的多功能打印机是价格1500美元以上的产品,它可以完成打印、复印、传真、扫描等多种功能,利用FPGA可以快速完成功能的切换。”他强调。


Spartan-6在高清机顶盒中的应用
张宇清指出赛灵思目标设计平台的提出实际上通过赛灵思的硬件基础聚合一个生态系统,通过这个生态系统来应对越来越多的设计挑战,“从数字电视CVK看出我们和这个领域哟专长的公司合作,例如TED,它一直为日本顶尖数字电视厂商提供支持,所以了解最新的市场需求,我们的数字电视开发套件就是由他们来开发,所以直接把最新的数字电视技术带给更多的DTV OEM。而来自土耳其的Vestek公司有非常多的数字电视图像处理IP,这可以给OEM带来更多价值。”
Aaron指出赛灵思非常欢迎本土合作伙伴和赛灵思一起利用目标设计平台为OEM提供增值服务,“在目标设计平台第三层专用市场领域可以有很多发挥余地,赛灵思的开发板通过FMC可以支持多种接口标准例如HDMI、LVDS等等。”
在近日召开的2009 X-fest上,很多半导体公司围绕FPGA开发出了相应的配套方案,详见FPGA升温成产业“磁石”,X-fest火爆异常
一个以FPGA为中心的生态系统已经在逐步建立并日渐强大。
背景知识
立平靖:长期致力于索尼BRAVIA电视图像视频处理和优化,拥有多项数字电视图像处理专利。被尊称为“BRAVIA引擎之父”。