今天，大屏幕HDTV（高清電視）已獲得消費者的廣泛認可，人們都在添置各種電子設備，完善他們的家庭影院系統。單機家庭影院（HTiB）、SOUNDBAR音箱和影音接收機（AVR）能為用戶提供更加出色的音頻體驗并令HDTV視頻性能更臻完善。提取和處理高保真音頻信號的能力是目前市場上甄選硬件的一大關鍵。家庭影院系統現在能夠提供高清多媒體接口（HDMI）的所有最新特性（與設備無縫集成）。
對于HTiB、SOUNDBAR音箱和AVR的系統設計人員而言，提高家庭影院的用戶體驗就意味著不斷克服各種實施挑戰。最新版HDMI標準中又增添了新特性，如音頻回傳通道（ARC）、3D顯示格式以及對消費電子控制（CEC）協議的改進。當然，消費者都希望他們新買的家庭影院設備能具備所有這些HDMI新特性，并且物美價廉、操控簡易。因此，家庭影院設備的設計人員必須適應新標準，同時還要縮減物料成本、開發成本和上市時間。為了幫助設計人員應對此類挑戰，ADI公司推出了集成這些新特性的HDMI收發器產品。
以ADV7623為例，這款HDMI收發器集成了4:1 HDMI輸入多路復用器（mux）、HDMI接收器、屏幕顯示（OSD）引擎和HDMI發射器。就個體而言，上述每種功能應該都需要彼此獨立的IC及五花八門的固件，但一個收發器就可以將全部功能組合到一個綜合解決方案中，節省了板載面積、降低了固件復雜程度、縮減了物料成本，為家庭影院系統設計人員帶來了極大方便。
圖1:HDMI收發器功能框圖。
單機家庭影院
HTiB屬于完整的視頻播放系統，一般采用多通道音頻放大器和環繞聲音響系統來播放音頻。此外，該系統通常還包括一個DVD或Blu-ray視頻播放機。HTiB簡化了視頻播放機、放大器和揚聲器的安裝和功率匹配，它主要處理音頻，視頻則通過HDMI接口傳送給電視機。圖2所示為一個典型的HTiB系統。
圖2:典型HTiB系統框圖。
SOUNDBAR音箱
隨著超薄大屏幕平板電視的日益普及，新興的SOUNDBAR音箱成為一種補充性的影音系統。這種音響系統結構緊湊、安裝方便，音質遠遠高于電視揚聲器。大部分HTiB和SOUNDBAR音箱都與大屏幕HDTV配套使用，因此其音頻和視頻連接主要采用HDMI接口。SOUNDBAR音箱一般都擁有多個HDMI輸入端用于各種信號源，擁有一個HDMI輸出端用于連接電視，同時內置音頻處理系統和揚聲器。圖3所示為典型的SOUNDBAR音箱系統。
圖3:帶HDMI集線器的典型SOUNDBAR音箱框圖。
高級SOUNDBAR音箱裝有多個揚聲器和放大器，具備環繞聲解碼能力，其電子和聲學設計特性可以產生環繞聲效果，而無需在后面安置單獨的揚聲器。中高端SOUNDBAR音箱系統包含DVD或藍光播放機，從而形成與HTiB相似的系統架構。
音頻回傳通道（ARC）
作為HDMI規范中的新特性，音頻回傳通道（ARC）讓HTiB得以處理來自下游器件的音頻。如果要在沒有ARC的情況下收聽電視音頻，你需要一條單獨電纜（S/PDIF光纖或同軸電纜）將電視或調諧器的音頻送回至HTiB。有了ARC，HDMI電纜就可以將2通道S/PDIF或多通道音頻從電視回傳到HTiB，無需使用額外的音頻電纜。HDMI收發器在HDMI輸出端口提供一個ARC接收器。
在電視、機頂盒或其他下游HDMI接收器件使用調諧器接收新媒體內容的情況下，ARC就顯得意義重大。用戶如果不想再聽性能一般的電視機揚聲器聲音，可以輕松采用高保真的HTiB系統輸出。回傳的音頻數據通過HDMI電纜從電視傳遞至HTiB（方向與傳統的視頻數據路徑相反），不用擔心對HTiB的視頻輸出在電纜上是否處于有效狀態。
擴展顯示識別數據（EDID）復制
HDMI收發器具有EDID復制功能，讓多個HDMI端口共享一個位置儲存器（即使HTiB處于省電模式）。該功能可以縮短系統啟動時間，因為所有上游HDMI源器件都可以在HTiB上電之前合理配置其視頻輸出。EDID復制功能只需+5 V/55 mA的電源供電，通過HDMI電纜提供。
3D視頻
作為3D內容來源（如游戲機、藍光播放機和3D電視等）之間的連接橋梁，HTiB制造商必須時刻站在技術前沿，不斷設計出能夠提供新特性的源器件和接收器件，讓顧客從中享受全部功能的長期利益。HDMI收發器采用了最新的HDMI技術，可為家庭影院系統增添3D視頻體驗。HDMI標準的這一新特性顯著提升了用戶體驗，成為刺激電視銷售的關鍵。
該規范定義了家庭播放3D視頻的基礎設施，支持一系列強制性和可選視頻格式。在實際應用中，HTiB必須向連接源提交其支持的3D格式清單——從連接的電視讀取并針對其本身的3D格式支持清單進行分析，然后，連接源在發送3D內容時會通過HDMI協議命令告知HtiB，HTiB接著會提取并輸出高級音頻格式，如Dolby TrueHD?或DTS-HD Master Audio?，這些格式通過HDMI鏈路發送，除非電視可能不具備支持功能。
屏幕顯示（OSD）
HTiB具有許多用戶控制功能，比如在多個輸入之間選擇、選擇所需音頻和視頻格式以及高級音頻處理選項配置等。用戶可使用屏幕顯示（OSD）功能直觀方便地控制這些復雜特性。OSD一般通過專用器件實現，但現在HDMI收發器集成了OSD引擎，將所需的屏幕顯示信息融合到輸出視頻上——為HTiB制造商節省了可觀的外部解決方案成本。另外，還節省了器件成本和物料成本，同時減輕了將OSD軟件集成到系統固件中的設計工作。
消費電子控制（CEC）擴展
消費電子控制（CEC）通道屬于單線通信接口，可實現家庭娛樂系統聯網操作。例如，單用一個遙控按鈕即可同時開關娛樂系統中的所有設備。HDMI標準已經擴展支持ARC和HDMI以太網通道（HEC）等新特性，HDMI收發器內的CEC命令庫也隨之擴展提供支持。對于HTiB設計人員而言，支持最新的HDMI特性就要同時支持最新的CEC特性。HDMI收發器目前可以處理單線網絡上ARC和HEC會話的發現、協商、啟動和終止。
音頻插入和提取
HDMI收發器在HTiB內的另一用途是提取HDMI音頻，并用數字信號處理（DSP）芯片進行處理。這樣，音頻可重新插入HDMI流送往電視。由于很多電視無法處理多通道音頻格式，而DSP芯片可以將音頻下采樣為立體聲，然后將音頻重新插入HDMI鏈路中送往電視。
或者，輸入音頻可由HTiB源的新數據流完全取代并嵌入HDMI信號中送往電視。這種情況下，只用音頻插入特性即可。一個此類應用的例子是將iPod?接入HtiB，將其音頻與獨立的視頻流混合在一起。
在家庭影院配置中，HTiB系統可用作HDMI中繼器，接受HDMI輸入然后作為HDMI輸出發送。例如，藍光播放器可用作輸入HTiB的源器件。要利用遠高于電視揚聲器的HTiB音質，就必須在HTiB內從HDMI信號中提取音頻。最理想的情況是，音響發燒友一定希望HTiB能輸出完全8通道I2S音頻，不過HDMI鏈路也能提供2通道I2S或S/PDIF.視頻繼續傳送至電視或顯示器，完成系統路徑。只有HDMI/HDCP（高帶寬數字內容保護）中繼器或收發器型器件才能處理這種音頻提取。
固件/中繼器支持
HTiB和SOUNDBAR音箱設計中的一個最大挑戰是實現HDCP中繼器功能。HTiB實現的中繼器功能是內容保護、EDID管理和影音靜音的綜合。HDMI收發器將整個中繼器過程集成到單一器件和固件中，降低了系統開發的復雜性。
隨著影音處理器件的復雜程度日益增加，優質可靠的硬件抽象化軟件庫和應用程序編程接口（API）成為設計人員的重大優勢——縮短上市時間并可從構建良好的HDMI和HDCP兼容平臺起步。如果從一開始便采用芯片廠商的共享編碼基數，可進一步節約成本：在中高端HTiB中使用同一廠商的分立接收器和發射器，在后來的升級中可以獲得將收發器編碼集成到中低端HTiB中的好處。
節約成本的2層電路板設計
新的HDMI收發器采用四方扁平封裝（QFP）技術，提供高效的電路板布局和走線方案。與較為復雜的球柵陣列（BGA）封裝相比，薄型LQFP封裝可節約制造成本、降低復雜性并能簡化成品檢查。LQFP很大程度上簡化了布局方面的問題，封裝實際上可以布置在2層板上，從而實現低成本，同時還能滿足所有必需的HDMI物理層兼容測試阻抗測量。
2層板的設計難點包括：管理收發器的電源路由并充分解耦；提供最佳熱傳導；對最小化傳輸差分信號（TMDS）差分對輸入和輸出所需的走線阻抗進行布線。不過，通過使用表面貼裝分立器件，采用良好的布局原則以及同印刷電路板（PCB）和芯片廠商密切合作，完全能夠出色地實現性能不打折扣的成功布局。
結論
HDMI收發器能夠幫助系統設計人員降低家庭影院系統的設計成本和難度，并提供最新HDMI特性滿足消費者的視聽體驗需求。使用此類收發器可以實現ARC和3D視頻等HDMI特性。HDMI信號路徑上集成了屏幕顯示（OSD）引擎，降低了HTiB和SOUNDBAR音箱設計的成本和復雜程度。在HDMI流內提取、處理和插入音頻這一功能提升了消費系統設計中的家庭影院體驗。在HTiB和SOUNDBAR系統用作HDMI中繼器的情況下，新收發器的設計和固件可以實現系統無縫對接。HDMI收發器布線可以在2層板上成功實現，從而降低物料成本。
圖4所示為使用ADI公司ADV7623的典型HDMI收發器系統該系統將4路輸入HDMI接收器（Rx）和具有音頻提取功能的HDMI發射器（Tx）集成在一起。HDMI信號解碼后，由SHARC音頻DSP提取并處理音頻內容。然后，將處理后的音頻發送到放大器和揚聲器或重新插入HDMI信號路徑中。這款收發器還集成了OSD，可以省去分立OSD引擎的成本，在SOUNDBAR音箱系統設計中非常實用。ADV7623提供EDID復制、HDCP中繼器支持和ARC功能，支持強制性3D視頻格式。ADV7623現已面市，采用144引腳LQFP封裝，便于2層PCB設計。
圖4:采用ADV7623 HDMI收發器的HTiB系統。
HDMI收發器將多路輸入HDMI接收器和HDMI發射器集成在單一芯片上，可靈活提取和插入音頻。將HDMI收發器用于HDMI A/V中繼器設計中（包括AVR、HTiB和SOUNDBAR音箱）將：
1. 降低系統的物料成本——元件更少、PCB面積更小、PCB層更少。
2. 大大減輕硬件和HDMI中繼器系統軟件設計工作，從而大幅縮減上市時間。
這些優勢使HDMI收發器成為低成本、高性能家庭視聽系統設計的絕佳選擇。 |
