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有效應(yīng)對平板電視音頻系統(tǒng)設(shè)計挑戰(zhàn)

發(fā)布時間:2012-03-31

中心議題:

  • 數(shù)字電視中的音頻通道
  • 口型同步延時(Lip Sync Delay)
  • 圖示/參數(shù)均衡

解決方案:

  • 數(shù)字音頻放大器成為平板電視機的更好選擇
  • 數(shù)字D類放大器更適合具有數(shù)字音頻源的產(chǎn)品使用


目前電視機正從采用CRT顯示器的標清模擬電視機向采用LCD和等離子顯示器的高清數(shù)字電視快速轉(zhuǎn)變。不過,盡管畫面質(zhì)量有了極大提高,但仍有多種因素使得新型電視很難獲得或提高CRT電視所具有的音頻質(zhì)量?! ?br />
用戶希望使用更薄的電視機,但機箱厚度的縮小迫使制造商使用更小的揚聲器,從而降低了低頻時的音頻響應(yīng)?! ?br />
為了減小電視機框的大小,有時會將揚聲器放在屏幕背后,聲音通過很小的聲學喇叭發(fā)送出來,容易引起調(diào)諧共振。  

與CRT電視機箱相比,平板電視機的薄型機箱容易引起機械共振?!?br />
大多數(shù)平板電視機越來越寬,也迫使制造商將揚聲器安裝在電視機下方而不是兩邊,從而影響立體聲的分離?! ?br />
平板電視機屏幕尺寸越大,意味著電視機的位置離觀眾越來越遠,因而也造成了立體聲分離度的減小。  

另一方面,消費者對電視機聲音效果的期望值越來越高,這主要是由于:  

畫面質(zhì)量的提高增加了對音頻質(zhì)量的期望值。由于越來越多的用戶能夠再現(xiàn)電影院里的那種視覺效果,因此他們也希望能感受到與電影院中一樣的音頻質(zhì)量?! ?br />
具有多通道數(shù)字音頻(如杜比、DTS等)的DVD和數(shù)字電視節(jié)目可以提供更高質(zhì)量的音頻內(nèi)容。數(shù)字音頻處理和放大可以用來彌補平板電視機帶來的這些問題,并提供高質(zhì)量的音頻體驗?! ?br />
數(shù)字音頻處理除了能彌補這些問題之外,還能通過重建家庭影院系統(tǒng)中常見的中央聲道和后置揚器感覺來提高音頻質(zhì)量,增強對話清晰度,并提高深夜收看電視節(jié)目在低音量時的聲音質(zhì)量?! ?br />
數(shù)字電視中的音頻通道  

ATSC數(shù)字電視廣播的音頻與視頻一起嵌入在MPEG傳送數(shù)據(jù)流中。數(shù)字電視機中的MPEG解碼器同時解碼視頻和音頻(通常是杜比數(shù)字),并提供數(shù)字音頻輸出(一般是I2S)和視頻輸出。  

在簡單配置中,音頻信號可能只經(jīng)過音量控制后就被發(fā)送到音頻DAC,然后輸出到放大器(圖1)。在實際應(yīng)用中會增加一些額外的音頻處理電路來改善音頻質(zhì)量,并使之與視頻同步(圖2)。  
 


圖1:在簡單配置中,音頻信號可能只經(jīng)過音量控制后就被發(fā)送到音頻DAC,然后輸出到放大器。  

 


圖2:在實際應(yīng)用中增加一些額外的音頻處理電路來改善音頻質(zhì)量,并使之與視頻同步。  

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在從模擬電視向數(shù)字電視轉(zhuǎn)變的過程中,電視機也需要能夠同時處理模擬和數(shù)字音頻。模擬電視信號中的音頻要使用一個子載頻,而模擬調(diào)諧器通常有一個需要被解調(diào)的聲音中頻(SIF)輸出。DTV平臺通常有一個用于解調(diào)來自模擬調(diào)諧器的SIF輸出的模擬輸入端和一個來自解碼器的數(shù)字輸入端,后面的解碼器用于處理MPEG數(shù)據(jù)流中的視頻和數(shù)字音頻(圖2)?! ?br />
模擬電視接收電路即使在模擬廣播關(guān)閉后可能還是需要的,因為要兼容VCR(錄像機)、視頻游戲以及所有仍輸出射頻調(diào)制后信號的音頻/視頻外設(shè)?! ?br />
口型同步延時(Lip Sync Delay)  

由于用于顯示的視頻信號處理越來越復雜,輸入和顯示器之間的視頻延時也越來越長。這就要求電視機能延時音頻信號,使之與視頻信號保持同步?! ?br />
共有三種方法實現(xiàn)口型同步延時:1)利用音頻處理器中的口型同步延時存儲器,2)利用與音頻處理器連接的外部口型同步延時存儲器,3)將音頻環(huán)回到視頻處理器,利用視頻器的DRAM實現(xiàn)音頻延時。在音頻處理器中實現(xiàn)口型同步延時是最簡單的方法,但它會增加音頻處理器的成本,并且缺乏靈活性?! ?br />
使用專門的外部存儲器實現(xiàn)口型同步延時與集成式口型同步存儲器相比成本增加得的更多,但它也很簡單,并且更加靈活。使用視頻處理器的DRAM是成本最低的一種方法,但它增加了系統(tǒng)的復雜性?! ?br />
圖示均衡  

頻率響應(yīng)校正的第一步是圖示均衡。圖示均衡使用帶通濾波器來提升或降低特定頻段的增益。這是一個能讓用戶很好地控制頻率響應(yīng)的好方法,因為他們非常熟悉這種處理的接口?! ?br />
圖示均衡可以用來彌補由于小型揚聲器、機箱諧振等引起的音頻問題,但它不是最好的方法,因為頻段的寬度和頻率是固定的?! ?br />  


圖3:采用參數(shù)均衡的LCD電視音頻系統(tǒng)具有更佳的頻率響應(yīng)。  


參數(shù)均衡  

參數(shù)濾波器也可以用來調(diào)整電視放大器的響應(yīng)曲線。在修正由于小型揚聲器和超薄機箱等引起的不良頻率響應(yīng)和諧振問題方面,參數(shù)濾波器要好于圖示均衡器,因為參數(shù)濾波器可以通過編程來調(diào)整總的濾波器響應(yīng)、中心頻率和Q?! ?br />
雙二階濾波器常用于參數(shù)化均衡。數(shù)字雙二階濾波器也具有很大的靈活性,因為它有兩個極點和兩個零點可用來調(diào)整濾波器響應(yīng),從而形成低通、高通或帶通甚至陷波器。雙二階濾波器中的極點和零點位置可以通過調(diào)整濾波器系數(shù)值來改變?! ?br />
提高立體聲分離度  

隨著數(shù)字電視機長寬比的增大,立體聲分離度也應(yīng)越來越大,但越來越多的電視機制造商將揚聲器放在顯示器下方,而不是兩側(cè),這是為了減小電視機的總體寬度。而將揚聲器放在顯示器下方將減小立體聲的分離度,而且還會使聲音中心從顯示器中心移到顯示器下方?! ?br />
SRS Labs、BBE Sound和QSound Labs等公司的算法可以用來增加音頻聲像的尺寸,提高能夠感覺到的低音性能,并使兩個揚聲器產(chǎn)生中置和后置通道揚聲器的效果。這些算法可以改善電視機的可感知音頻質(zhì)量,并產(chǎn)生類似于多通道家庭影院系統(tǒng)的聆聽系統(tǒng)。圖4表明了BBE ViVA如何能改善音頻聲像(BBE Sound公司)。  
 


圖4: BBE ViVA如何能改善音頻聲像(BBE Sound公司)  

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動態(tài)范圍優(yōu)化  

小型電視揚聲器很難再現(xiàn)數(shù)字音頻軌跡中含有的全部動態(tài)范圍。當你在晚上收看電視節(jié)目,想避免低聲私語和戰(zhàn)爭場面之間音量的極大差異時,擴展動態(tài)范圍也成為問題。為了優(yōu)化當前節(jié)目的總體響度,音頻處理器可以提供從寬頻帶到多頻帶等多種動態(tài)范圍壓縮選項?! ?br />
更高的功率電平  

采用大顯示器的平板電視機的觀看距離通常要大于CRT電視機,從而需要更大的音頻功率。另外,平板電視機缺少AB類放大器需要的散熱空間。這兩大因素使得數(shù)字音頻放大器成為平板電視機的更好選擇?! ?br />
共有兩種基本的數(shù)字音頻放大器類型。傳統(tǒng)的D類放大器接收模擬輸入信號,利用模擬電路產(chǎn)生脈寬調(diào)制開關(guān)輸出。傳統(tǒng)的D類放大器非常適合具有模擬信號源的產(chǎn)品使用,但數(shù)字D類放大器更適合具有數(shù)字音頻源的產(chǎn)品(如數(shù)字電視)使用?! ?br />
數(shù)字D類放大器接受數(shù)字音頻輸入,利用數(shù)字電路產(chǎn)生開關(guān)輸出,因此在音頻處理器輸出端無需再使用DAC。數(shù)字放大器具有很高的信噪比和動態(tài)范圍,因為信號路徑已經(jīng)完全數(shù)字化。另外,如果需要額外的處理能力,還可以在放大器中集成音頻處理功能。

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