Современная элементная база для цифровых телевизоров и приставок для приема эфирного цифрового телевидения фирмы Renesas Electronics
В настоящее время процесс внедрения цифрового эфирного телевидения в России вступил в активную фазу. Уже пять региональных сетей осуществляют трансляцию программ в принятом у нас формате DVB-T: ОАО «ВолгаТелеком» (Мордовия, сеть работает с 2005 г. в стандарте MPEG-2, более 65 тыс. абонентов); ООО «Цифровое телевидение» (Свердловская область); ОАО «ЦТВ-Регион» (Ханты-Мансийский автономный округ); ООО«Юнител-С» (Курганская область) и ООО «Телекомпания Эфир» (Татарстан). Опытное вещание началось на Дальнем Востоке, в Курской, Ленинградской и Московской областях. Первый мультиплекс (8 центральных каналов) начал транслироваться в Калининграде на 47-м канале ДМВ.
Введение
Предполагается, что основным средством приема цифрового телевидения в России будут приставки к аналоговым телевизорам, в меньшей степени — телевизоры со встроенными приемниками DVB-T. Приставки на импортной элементной базе уже выпускаются некоторыми отечественными предприятиями. Одним из крупнейших изготовителей компонентов для цифровых телевизоров и приставок является японская корпорация Renesas Electronics.
В апреле 2010 года компании NEC Electronics Corporation и Renesas Technology завершили слияние, образовав новую компанию Renesas Electronic Corporation, ставшую по данным аналитического агентства Gartner третьей по величине полупроводниковой компанией в мире.
Материнская компания Nippon Electric Company, Limited (NEC) была основана в 1899 году как совместное предприятие с Western Electric Company, сооснователем с японской стороны был ученик Томаса Эдисона Кунихико Ивадарэ (Kunihiko Iwadare) (рис. 1) [1]. Предприятие производило телефонные аппараты и аппаратуру коммутации. NEC Electronics Inc. была создана на базе американского отделения фирмы для производства полупроводниковых приборов для рынка США, а в 1984 году был открыт завод в г. Розевиль (Roseville), Калифорния. В 2002 году NEC Electronics Corporation была отделена от материнской компании и сосредоточилась на производстве полупроводниковых приборов и микросхем.
рис. 1. Кунихико Ивадарэ (Kunihiko Iwadare)
Компания Renesas Technology была образована фирмами Hitachi и Mitsubishi Electric в 2002 году для организации производства микропроцессоров и полупроводниковых приборов. В новой компании Renesas Electronics Corporation имеют доли: NEC Corporation (33,97%), Hitachi Ltd. (30,62%), Mitsubishi Electric (25,6%) и Japan Trust Services Bank, Ltd. (1,49%). 6 июля 2010 г. Renesas Electronics достигла соглашения о покупке бизнеса беспроводных модемов Nokia. Штаб-квартира компании находится в Токио (рис. 2), численность персонала — 47 000 человек, президент — Ясуси Акао (Yasushi Akao), председатель совета директоров — Юнси Ямагучи (Junshi Yamaguchi) (данные на апрель 2010 года) [2].
рис. 2. Штаб-квартира Renesas Electronics в Токио
Структура продукции компании Renesas Electronics Corporation в 2010 г: микроконтроллеры и микропроцессоры (16 групп); микросхемы ASSP (5 групп); дискретные полупроводниковые приборы (Power MOSFET, IGBT, транзисторы, диоды, высокочастотные и СВЧ-приборы, оптоэлектронные приборы). В группу ASSP входят БИС для видео и звуковых приложений разработки NEC Electronics — цифровые БИС типа «система на кристалле» (Digital Audio-visual SoCs, Former NEC Electronics), а также микросхемы для видео и звуковых приложений Renesas Technology (Former Renesas Technology) [3].
Компоненты для цифрового телевидения
В каталоге Renesas Electronics 2010 года предлагается большинство компонентов, необходимых для построения цифровых телевизоров и приставок (set top box) для приема эфирного цифрового телевидения, включая DVB-T. В том числе их основные компоненты: БИС цифровых демодуляторов CODFM и декодеров MPEG-2, MPEG-4 серии ЕММА. На рис. 3 представлен вариант структурной схемы цифровой приставки фирмы (внешний вид приставки показан на рис. 4), а на рис. 5 — вариант структурной схемы цифрового телевизора. Кроме того, выпускаются компоненты для систем управления питанием приставок и телевизоров и управления ЖК-дисплеями телевизоров.
рис. 3. Структурная схема цифровой приставки
рис. 4. Внешний вид цифровой приставки
рис. 5. Структурная схема цифрового телевизора
Компания выпускает декодеры MPEG-2, МPEG-4 серии EMMA следующих типов (внешний вид микросхем показан на рис. 6):
EMMA3TJ/TS/TH/TL2/TL/SV — для цифровых телевизоров MPEG-4 (H264);
EMMA2TS/TL/TH/H/SL/SV — для цифровых телевизоров MPEG-2;
EMMA2TS/SE, EMMA2SE/P, EMMA2+, EMMA 2+S, EMMA2SL/S, SL/P, SV, LL, L — для цифровых приставок MPEG-2.
рис. 6. Внешний вид микросхем EMMA
Кроме того, выпускаются MPEG-кодеки и декодеры для проигрывателей и рекордеров Blue Ray и DVD, MPEG-кодеры, канальные декодеры, микросхемы знакогенераторов (OSD), цифровые селекторы сигналов яркости и цветности, видеодекодеры. Разработчик большинства чипов LSI EMMA — компания NEC Electronics, в настоящее время логотип EMMA является зарегистрированной торговой маркой компании Renesas Electronics Corporation в Азии, США и ряде европейских стран. В апреле 2009 года число выпущенных чипов EMMA превысило 100 млн.
Перед рассмотрением особенностей декодеров ЕММА коротко остановимся на особенностях стандартов компрессии. Процесс стандартизации в области компрессии цифрового видео осуществляется под руководством двух организаций: ISO (International Standards Organization) и ITU (International Telecommunications Union). Большинство стандартов компрессии видео базируется на принципах стандарта ITU-T H.261. В 1995 году была завершена работа над стандартом ITU-T H.263, после чего группа экспертов по кодированию видео (Video Coding Expert Group, VCEG) приступила к работе над долгосрочным проектом по разработке стандарта компрессии видео с малой скоростью цифрового потока. Работа завершилась созданием чернового варианта стандарта ITU-T H.26L.
Параллельно с этими работами группа ISO Motion Picture Expert Group (MPEG) вначале представила стандарт MPEG-1, а затем MPEG-2, уже пригодный для высококачественного вещания. Впоследствии стандарт MPEG-2 многократно улучшался и подошел к пределу своих возможностей.
В 2001 году была создана совместная группа Joint Video Team (JVT) из экспертов MPEG и VCEG, задачей которой было создание двух идентичных стандартов: ISO MPEG-4 Part 10 и ITU-T H.264. Вновь созданный стандарт получил официальное название MPEG Advanced Video Coding (MPEG-4 AVC). Стандарты ITU-T H.264 и ISO/IEC MPEG-4 Part 10 технически полностью идентичны, финальный черновой вариант первой версии стандартов был закончен в 2003 году, его формальное название — ISO/IEC 14496-10. Стандарт MPEG-4 AVC известен также под его прежним названием ITU-T H.26L и под именем группы его разработчиков — JVT [4]. Над созданием стандартов сжатия цифрового видео работают и другие организации, а также отдельные фирмы, в частности корпорацией Microsoft был создан стандарт WM9.
Доставка сервисов в стандарте DVB осуществляется с помощью транспортного потока (Transport stream, TS) MPEG, описываемого стандартами ISO/IEC 13818-1 или ITU-T Rec H222.0. Транспортный поток MPEG может иметь названия MPEG-2 TS, MPEG TS, MPEG-2 Part 1. При использовании в цифровом телевидении в его спецификацию введены дополнения, описанные в стандарте ETSI EN 300468 и некоторых других. В связи с вышеизложенным в отношении БИС ЕММА для простоты изложения будем использовать названия MPEG-2 и MPEG-4 для декодеров видео и MPEG-2 TS — для декодеров транспортного потока и рассмотрим особенности некоторых БИС ЕММА более подробно.
EMMA2SE (µPD61140, µPD61141), EMMA2SE/P (µPD61142, µPD61143) — микросхемы LSI для цифровых приставок с драйвером жесткого диска. Структура микросхемы приведена на рис. 7, внешний вид — на рис. 8. Кроме декодирования сигналов, MPEG-2 СБИС обеспечивает функцию цифрового видеомагнитофона (DVR) и поддерживает функционирование двух тюнеров, СБИС EMMA2SE/P имеет дополнительные функции для защиты контента от копирования. Следует отметить, что стандарт MPEG-2 уже давно используется для вещания в России («ВолгаТелеком» и др.), однако для перспективных проектов будущего отечественного цифрового телевидения предполагается использовать другие стандарты сжатия, в частности MPEG-4.
рис. 7. Структура микросхемы EMMA2SE
рис. 8. Внешний вид микросхем EMMA2SE
Основные особенности и функциональные возможности СБИС.
- Центральный процессор:
главный процессор (ЦП): для применений RTOS/API/BIOS;
On-chip MIPS32 4KEc core;
производительность 284 MIPS при 186 МГц;
поддержка MIPS l и MIPS ll;
объем кэш-памяти: l-кэш 8 кбайт, D-кэш 8 кбайт;
сопроцессор: для декодирования и обработки сигналов;
ОЗУ: унифицированный RAM-интер-фейс для центрального процессора, кодера MPEG-3, графики, дисплея и др.;
DDR-интерфейс, поддержка объемов памяти 16-128 Мбайт;
ЭСППЗУ: поддержка NOR/NAND Flash ROM до 64 Мбайт (NOR Flash ROM).
- Блок обработки транспортного потока MPEG-2 TS:
аппаратная архитектура блока обработки (Hardware processing architecture);
интерфейс транспортного потока MPEG-2 TS: три выхода из двух параллельных входов, два последовательных входа, один вход воспроизведения;
максимальная скорость обработки транспортного потока: 100 M6ot/c на каждый вход, 180 Мбит/с по трем входам;
фильтр общего назначения 96 PID Filter;
выходной порт поддержки высокоскоростной передачи данных (HSD);
MPEG-2 видеодекодер: поддержка MPEG-2 MP @ ML;
контроллер звуковых каналов: поддержка MPEG-1/MPEG-2 Layer 1/2; поддержка цифровых выходов левого и правого каналов (DAO — Digital Audio Output L/R); выход SPDIF;
- СБИС выполнена по технологическому процессу 0,15 мкм, напряжения питания: 3,3; 2,5; 1,5 В. [5].
Декодеры MPEG-4
EMMA3SV (µPD61300, µPD61303) — высокопроизводительные однокристальные СБИС для декодирования сигналов цифрового телевидения. Структура микросхем приведена на рис. 9. Микросхемы обеспечивают все необходимые телезрителям функции и предназначены для цифровых телевизоров и приставок набирающего популярность в Европе, России, Индии и Бразилии стандарта MPEG-4. Микросхемы могут также применяться в приставках и телевизорах, предназначенных для приема сигналов IPTV.
рис. 9. Структура микросхемы EMMA3SV
Особенности и функциональные возможности СБИС:
- Высокопроизводительный центральный процессор:
MIPS32 24KEc CPU;
производительность MIPS470 при 327 МГц;
кэш: 16 кбайт инструкций, 16 кбайт данных.
- Интерфейсы памяти:
DDR2, шины 16 и 32 разряда, общий объем памяти 32-256 Мбайт, полоса пропускания (Bandwidth) 2,6 Гбит/с;
FLASH ROM, общий объем памяти 64 Мбайт с 8- и 16-разрядными шинами.
- Процессор обработки транспортного потока MPEG-2 TS (DVB) с фильтрами 36 PID с четырьмя входными портами обеспечивает обработку двух последовательных и двух параллельных транспортных потоков.
- Микросхема обеспечивает декодирование видеосигналов форматов: MPEG-2 MP @ ML@ HL, MPEG-4 (H.264/AVC HP @ L4.0, 3.2) и VC-1 AP @ L3, L2.
- Декодер звука обеспечивает декодирование сигналов MPEG1/2 L1/2, MPEG-4 AAC, MPEG-4 HE-AAC, DD, DD+, MP3, WMA. Имеется выход SPDIF и 5,1-канальный выходной звуковой интерфейс.
- Графика 2DBitBlt, 6 слоев, имеется 256-уровневая альфа-координационная функция (Alpha-blending Function).
- СБИС обеспечивает масштабирование изображения в реальном времени в пределах от 1/4 до 8 по горизонтали и вертикали.
- Формирователь видеосигналов: НТСЦ, ПАЛ, СЕКАМ, имеются два ЦАП для получения ПЦТС и Y/C-сигналов.
- USB 2.0 интерфейс, совместимый с EHCI-спецификацией, может работать в режимах High, Full и Low.
- Имеется интегрированный Ethernet MAC-интерфейс, соответствующий IEEE 802.3/3u/3x, обеспечивается совместимость со спецификацией RMll (10, 100 Мбит/с).
- Периферия:
2-канальный интерфейс FUART, один канал UART;
2-канальный интерфейс для смарт-карт;
2-канальный интерфейс I2C;
последовательный тактовый интерфейс (Clocked Serial Interface);
2-канальный ИК-интерфейс, ИК-бластер;
«сторожевой» таймер (Watchdog Timer), часы реального времени;
559-выводной пластиковый корпус BGA [6].
EMMA3TH (MC-10153) — один из последних приборов, представленный уже новой компанией Renesas Electronics Corporation (краткое описание СБИС выпущено в апреле 2010 г.). Он представляет собой систему на кристалле. Структурная схема СБИС показана на рис. 10. Микросхема обеспечивает декодирование сигналов вещательного телевидения высокой четкости систем DVB (используется в Европе), ARIB (используется в Японии) и ATSC (используется в Северной Америке) и предназначена для использования в цифровых телевизорах высокой четкости.
рис. 10. Структура микросхемы EMMA3TH
Особенности (Features):
Многопроцессорная система ЦП (Multi-CPU system).
Главный ЦП: VR5500-compatible SS1000 core (производительность 655 MIPS при 327,68 МГц).
Преобразователь чересстрочной развертки (De-interlacer) для поддержки ТВЧ.
14-разрядный цифровой сигнальный процессор для улучшения качества изображения, обеспечивающий регулировку яркости, контрастности, цветовой насыщенности, 2D-апертуры, четкости, уровня белого и черного, гамма-коррекции, преобразование форматов изображения и другие функции.
Имеется два LVDS-выхода для поддержки ТВЧ 1920Hx1080V, 60 Гц.
Выходы НТСЦ, ПАЛ, СЕКАМ, Y/C и композитный выход.
4-канальный высокоскоростной АЦП с качеством до 1080р и WUXGA.
3D-комбинированный аналоговый видеодекодер (внешние сигналы подключаются через SCART).
Приемник HDMI.
Различные внешние интерфейсы: Ethernet MAC, два USB 2.0, PCI, SmartCard, четыре UART, три I2C, CSI Host, CSI Target, GIO, GPIO и другие.
Напряжения питания 3,3, 1,8 В (для внешних интерфейсов), 1,05 В (для внутренней логики, HDMI, PLL).
Системная тактовая частота 32,768 МГц.
Корпус BGA 35x35 мм, 933 вывода с шагом 1 мм [7].
EMMA3TL2 (MC-10157) — прибор типа «система на кристалле» разработки Renesas Electronics Corporation (краткое описание СБИС выпущено в апреле 2010 г.). Микросхема также предназначена для телевизоров высокой четкости. Отметим основные, отличающиеся от EMMA3TH особенности микросхемы.
- Многопроцессорная система ЦП:
главный ЦП: MIPS32 4KEC core (производительность 500 DMIPS при 327 МГц);
- интегрированная функция сверхвысокого разрешения (Super Resolution Function);
- 15-разрядный цифровой сигнальный процессор для улучшения качества изображения;
- поддержка функции «картинка в картинке» (с компьютера и композитного входа);
- входной звуковой АЦП с коммутатором 6 в 1 и 4 стерео ЦАП;
- интерфейс OneNAND;
- системная тактовая частота 48 МГц;
- корпус BGA 31x31 мм, 632 вывода с шагом 1 мм [8].
На базе СБИС EMMA3SV возможно построение перспективных цифровых телевизоров и приставок высокой четкости, на базе СБИС EMMA3TL2 — цифровых телевизоров (рекомендация производителя).
Литература
Другие статьи по данной теме:
Назад Новые компоненты для видео и телевещания корпорации Gennum
Вперёд О разработках в России оборудования спектрального мультиплексирования для CWDM-сетей и для ВОСП-NGN
Если Вы заметили какие-либо неточности в статье (отсутствующие рисунки, таблицы, недостоверную информацию и т.п.), просьба сообщить нам об этом. Пожалуйста укажите ссылку на страницу и описание проблемы.
Главная 
