条形音箱的设计 - HDMI 1.4收发器在家庭影院和条形组合音箱中的应用

　　HDMI 1.4 兼容的一体式家庭影院和条形音箱的设计

　　以上概述了一体式家庭影院和条形组合音箱的发展趋势和将来必备的功能。下面将针对上面所提的第三至第五条功能和特性，以HDMI1.4收发器为例对这两类产品的设计做一些具体的解析和讨论。

　　音频回传通道 (Audio Return Channel)和三维立体电视 (3DTV)

　　根据市场调查,在2009六月发布的最新的HDMI 标准HDMI 1.4各项所增加的功能中， 绝大部分厂家都会先选择在部分高端和中高端产品中支持“3DTV传输”和“音频回传通道”(Audio Return Channel 或ARC) 两项特性。 如果高清电视与一体式家庭影院或条形组合音箱 是用HDMI线相连接那么“音频回传通道” 主要应用于将播放电视调谐器中解出的SPDIF音频信号 “回传”给一体式家庭影院或条形组合音箱再经由一体式家庭影院或条形组合音箱处理放大后送往音箱。图3是一个典型的“音频回传通道”的应用实例。

　　图3：“音频回传通道”应用举例

　　一般用户通常的连接方式是DVD连接到一体式家庭影院的接收机(AV Receiver或AVR)上面，AVR通过HDMI连接到高清电视上。如果使用DVD的话音视频信号都是从AVR (源端) 的Tx流向电视(接收端)的Rx的。但如使用电视收看高清广播的话则电视接受了高清节目后其解出的音频信号可以通过电视的同轴音频输出端(SPDIF信号)送到AVR放大处理后送往扬声器。这样就至少需要一条同轴音频传输线连接电视和AVR.现在如果电视和AVR都具有HDMI 1.4的ARC功能的话这个音频信号就可以通过同一根HDMI 接线由电视向AVR回传。需要说明一点的是HDMI 1.4以前版本的协议定义的HDMI缆线就可以支持ARC功能。ADV7623就是利用HDMI线缆按照HDMI 1.4规定完成这项功能的。在ADV7623的HDMI Tx里集成有一个ARC接收器。它将从电视机(通过HDMI缆线)传来的ARC信号转换成一般的SPDIF信号然后将此信号通过ADV7623的一个AP输出管脚送到AVR里面的音频处理器进行处理放大。

　　三维立体电视(3DTV)被视为电视技术下一个大发展的动力。 它将使人们在家里就能够享受到立体电视和打三维游戏。HDMI 1.4 规定了必须支持的三维格式和选项支持的三维格式。ADV7623支持所有规定的三维电视的格式。下表是它所支持中比较常用的几个三维格式：

　　具体如何应用”Stereoscopic methods” 或“2D plus depth methods”去传输，接受，和显示三维图像。读者可以去参考HDMI 1.4 协议标准。

　　HDMI端口之间快速切换(Fast Switching)

　　如图4所示，家庭影院典型的连接方式是AVR或一体式家庭影院是上联机顶盒或DVD和下接电视。如果所有联接都是用HDMI并加有HDCP保护的话那么在HDMI协议里这些设备被称作HDMI中继器(HDMI Repeater)。HDMI中继器的功能是：

　　解密和提取由HDMI中继器中的HDMI Rx 接收的视频和音频数据

　　对音频进行处理放大等等。如果需要，对视频也进行处理

　　然后对音视频按照协议标准重新打成信息包并加密

　　转换成TMDS信号后通过HDMI中继器中的 HDMI Tx 发送

　　图4：家庭影院的连接

　　现在大部分一体式家庭影院和AVR都带有至少三个以上的HDMI 接口。发展趋势是以后还会更多。这是因为越来越多的电器尤其是便携式电器都将带有HDMI输出。很多情况下用户同时接几个源(机顶盒，高清摄相机 等等)到AVR并在使用中从一个源换到另一个源。这对于AVR来说是从一个HDMI输入端转换到另一个HDMI输入端。对这个切换的的时间是越短越好。切换延迟的原因在于 HDCP 协议的复杂性。受HDCP 版权保护的内容(音频和视频)由一个 HDMI 发射源设备(例如 蓝光DVD 播放器)发往 HDMI 接收器设备(如 AVR)时必须遵守 HDCP 的协议先进行相互的 HDCP “身份验证”(authentication)。这个“身份验证”时间取决于各个产品内部微程序控制结构和软件所以市场上的不同的产品会有极大的不同“身份验证”时间。 市面上有相当一部分AVR或一体式家庭影院 的HDMI 端口之间的转换有时可以要花 10 秒以上。这不仅太长可能会导致用户觉得设备有了问题。

　　通常以前所用的HDMI输入之间的快速切变仅限于HDMI 接收器。这样的快速切变可应用于电视但不适用于HDMI中继器或必须加入大量的软件操作。这不但增加了大量的前期软件设计工作量而且在系统运行过程中也大大赠加了系统MCU的工作负荷量。而带有快速切换的HDMI收发器则正好弥补了这个不足。下面以ADV7623 HDMI收发器为例来解释什么是中继器快速切换(repeater fast switching)以及在设计中如何实现和优化。

　　正如先前所说一个HDMI中继器 包括 HDMI 接收器 和 HDMI发射器。ADV7623 集成有四个端口的接收器和一个端口的发射器。在某一时刻一个接收器端口接收着一个从上端的源 (例如蓝光DVD 播放器)到下游的接收器(电视)已通过身份验证的数据流。这个正在接受和下传数据的(接收器)端口叫做“当前端口(Active port)”。另外的三个(接收器)的接接收端口，接有例如游戏机，高清机顶盒，和高清摄像机，则被称为“背景端口(Background port)”。也就是说这三个通道都在“背景”中等待着被接通。当当前端口接同时，ADV7623探测到从源端来的+5V信号并在进行当前端口通道HDCP验证的同时也对其他三个背景通道也进行了同样的认证。这样虽然在电视屏幕上只显示了当前通道的节目但ADV7623也将其他三个背景通道的HDCP论证过程进行完毕并保持。一旦用户将中继器切换到另一个背景端口(比方说连接着游戏机的一个)，由于论证已经完成所以切换非常快。而原先的当前通道则变为背景通道而且保持了HDCP的论证。

　　顺便提一下我们以上讨论的是如何改进HDMI中继器的切换速度因为通常这个切换占时最长。但有时电视(或其他显示器)内部从TV主芯片(TV SoC)开始接收到视频信号到将其显示到屏幕上也需要时间。这个时间的长短则取决于电视主芯片锁定速度和处理速度而与HDCP无关。

　　结论

　　HDMI 1.4 收发器(HDMI Transceiver)HDMI将多输入的HDMI1.4接收器和HDMI1.4发射器集成在同一个芯片上。使用HDMI 1.4收发器不但可以减少家庭影院和条形组合音箱的材料部件成本同时也大大减轻了工程师设计软件和硬件的工作量进而实现设计低成本高质量HDMI1.4兼容的家庭影院和条形组合音箱。