Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2010 №11

Современная элементная база для цифровых телевизоров и приставок для приема эфирного цифрового телевидения фирмы Renesas Electronics

Петропавловский Юрий


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.

Кунихико Ивадарэ (Kunihiko Iwadare)

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].

Штаб-квартира Renesas Electronics в Токио

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.

Структурная схема цифровой приставки

рис. 3. Структурная схема цифровой приставки

Внешний вид цифровой приставки

рис. 4. Внешний вид цифровой приставки

Структурная схема цифрового телевизора

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;
  • EMMA3TS/SL, EMMA3SL/P, SL/L, SL/LP, SL/HD, SL/SD, EMMA3SV — для цифровых приставок MPEG-4 (H264);
  • EMMA2TS/SE, EMMA2SE/P, EMMA2+, EMMA 2+S, EMMA2SL/S, SL/P, SV, LL, L — для цифровых приставок MPEG-2.

Внешний вид микросхем EMMA

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.

Структура микросхемы EMMA2SE

рис. 7. Структура микросхемы EMMA2SE

Внешний вид микросхем 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;
  • On-chip MIPS32 4KEm core;
  • производительность 284 MIPS при 186 МГц;
  • объем кэш-памяти: l-кэш 8 кбайт, D-кэш 8 кбайт, Scratch Pad 32 кбайт.

- Интерфейсы памяти:

  • 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;
  • графика — 2D BitBLT;
  • дисплей: 5 слоев фона (Background, BG), 2 слоя видео, 2 слоя знакогенератора (OSD).

- Формирователь видеосигналов:

  • НТСЦ/ПАЛ-кодер; поддержка субтитров (Close Caption), WSS, VPS; идентификация видеосигнала, телетекст;
  • 6-канальный видео ЦАП для одновременного формирования композитного видеосигнала (ПЦТС), сигнала Y/C и RGB/YCbCr-сигналов;
  • функция цифрового видеовыхода ITU-R BT.656.
- Периферия:
  • UART х2; Smart Card х2; I2C х2; последовательный тактовый интерфейс (Clocked Serial I/F);
  • таймер: 2-системный, WDT, RTC;
  • два инфракрасных приемника, инфракрасный бластер;
  • General PIO.
-  Интерфейс АТА: PIO mode, UDMA33, UDMA66.

- Хост-контроллер USB 2.0 соответствует спецификации EHCI, скорости передачи: высокая — 480 Мбит/с, максимальная — 12 Мбит/с, низкая — 1,5 Мбит/с.

- Интерфейс PCI совместим с PCI Rev2.2, тактовая частота шины 33 МГц, 32 разряда.

- 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.

Структура микросхемы EMMA3SV

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.

Структура микросхемы EMMA3TH

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).
  • Вспомогательный ЦП: MIPS 4KEc core (производительность 393 MIPS при 327,68 МГц).
  • Дополнительный ЦП: MIPS 4KEm core (производительность 196 MIPS при 163,84 МГц).
  • ОЗУ: DDR2, 32 и 16 разрядов, до 4,8 Гбайт/с.
  • Потоковый процессор поддерживает 4 транспортных потока, обеспечивает шифрование/дешифрование сигналов: AES, Multi2, DVB, DES, 3DES.
  • Поддержка MPEG-2 TS, MPEG-2 PS, MPEG-1, DVB, ARIB, ATSC.
  • Многосистемный декодер цифровых видеосигналов стандартов MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4 AVC, VC-1.
  • Многосистемный декодер цифровых звуковых сигналов стандартов MPEG BC, Dolby Digital, MPEG-2 AAC.
  • MPEG-2 HE-AAC, Dolby Digital Plus.
  • 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);
  • вспомогательный ЦП: MIPS32 4KEc core (производительность 500 DMIPS при 327 МГц);
  • дополнительный ЦП: MIPS32 4KEm core (производительность 306 DMIPS при 200 МГц);

- ОЗУ DDR2-800, 32 разряда, до 3,2 Гбайт/с;

- поддержка сетей DRM для потокового IP (Windows DRM и т. д.);

- виртуальный окружающий звук;

- декодер видеосигналов дополнительно обрабатывает форматы AVS, DivX-HD, MPEG-4 ASP;

- 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

  1. Anderson J. Kunihiko Iwadare: Edison Apprentice and NEC Cofounder — http://ieeexplore.ieee.org/ stamp/stamp.jsp? arnumber=00916347
  2. http://ru.renesas.com/press/news/press_ release01april2010.html
  3. http://www.renesas.com/prod/
  4. Новое поколение видеокомпрессии: MPEG-4 AVC (по материалам фирмы Scopus Network Technologies) // Журнал «625». 2004. № 3.
  5. EMMA2SE, EMMA2SE/P — http://www2.renesas. com/digital_av/en/mpegdec/d61140_d61142. html
  6. EMMA3SV — http://www2.renesas.com/digital_ av/en/mpegdec/emma3sv.html
  7. EMMA3TH — http://www2.renesas.com/digital_ av/en/mpegdec_tv/emma3th.html
  8. EMMA3TL2 — http://www2.renesas.com/digital_ av/en/mpegdec_tv/emma3tl2.html

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке