現(xiàn)在，系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC)設(shè)計(jì)師可以在采用65nm工藝(更新工藝即將推出)的芯片設(shè)計(jì)中集成高清多媒體接口(HDMI)，從而省去單獨(dú)的接口芯片以發(fā)布可顯著降低功耗和節(jié)省成本的產(chǎn)品。這些設(shè)計(jì)不僅用于數(shù)字家庭產(chǎn)品，便攜式消費(fèi)電子更是其主要的目標(biāo)應(yīng)用。
實(shí)際上，最近幾年從事新型數(shù)字電視的開(kāi)發(fā)的工程師都很熟悉HDMI，作為到目前為止依然很新的音/視頻連接方式，HDMI正變得越來(lái)越普及。據(jù)預(yù)測(cè)，到2009年，全球?qū)⒂谐^(guò)1億臺(tái)電視機(jī)采用這種連接。最初HDMI被認(rèn)為是DVD播放機(jī)、線纜和衛(wèi)星電視機(jī)頂盒等比較大型的交流供電的家庭影院組件的連接器，而現(xiàn)在越來(lái)越多的消費(fèi)者擁有通過(guò)HDMI就可以在電視機(jī)上播放高清晰內(nèi)容的便攜式設(shè)備。這些應(yīng)用包括數(shù)字視頻攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、帶有攝像功能的手機(jī)、MP3/便攜式媒體播放器等。
MIPS科技公司的新型HDMI1.3TX/RX接口IP(控制器+物理層)能夠滿足這些新的低功耗便攜應(yīng)用對(duì)HDMI接口的要求，使SoC設(shè)計(jì)人員可在片上集成HDMI接口，而不必使用之前所需的單獨(dú)IC。
HDMI是一個(gè)高清多媒體接口(High-Definition Multimedia Interface)，它可在單個(gè)連接器上傳送視頻、音頻、控制信號(hào)和備份保護(hù)(DRM)。
比起當(dāng)前在電視機(jī)上普遍應(yīng)用但即將淘汰的模擬連接器，HDMI的性能更加優(yōu)越。模擬連接器包括分量視頻(由紅色、綠色和藍(lán)色三個(gè)獨(dú)立插座組成)、S-video(mini-DIN連接器)及合成視頻(一個(gè)黃色插座)。所有的模擬連接都會(huì)因?yàn)榫�纜本身遇到射頻和電磁輻射而受到噪聲的干擾，這個(gè)問(wèn)題隨著傳輸信號(hào)頻率的增加會(huì)愈發(fā)嚴(yán)重；同樣在傳輸高清視頻時(shí)也存在該問(wèn)題。
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| 圖1：HDMI接口，由HDMI控制器和HDMI物理層組成，可為SoC和其他器件提供若干連接選擇。 |
HDMI的數(shù)字技術(shù)不像其他接口那么容易受到噪聲的干擾，可提供高清源應(yīng)有的卓越圖像質(zhì)量。它還內(nèi)置了一個(gè)稱(chēng)之為高帶寬數(shù)字內(nèi)容保護(hù)(HDCP)的數(shù)字權(quán)限管理拷貝保護(hù)系統(tǒng)，支持HDCP的設(shè)備才可以播放好萊塢授權(quán)的節(jié)目?jī)?nèi)容。利用T_MDS(最小化差分信號(hào)傳輸)數(shù)字通信技術(shù)，標(biāo)準(zhǔn)HDMI連接器可傳輸高達(dá)1080p分辨率的視頻、7.1環(huán)繞聲的八個(gè)獨(dú)立音頻通道，以及可提供遠(yuǎn)程控制功能(符合HDMIv.1.3規(guī)范)的消費(fèi)電子控制(CEC)通道。對(duì)于消費(fèi)者而言，HDMI提供了很多便利。單個(gè)HDMI連接代替了分量視頻和立體音頻需要的5個(gè)獨(dú)立連接。
HDMI是電視機(jī)上最普遍的數(shù)字視頻接口。與數(shù)字視頻傳輸?shù)膲嚎s格式不同，HDMI的非壓縮信號(hào)對(duì)電視本身的信號(hào)處理量要求最低。所以與可能需要的其他系統(tǒng)相比，電視制造商的部署成本更低，比如，MPEG-4或H.26?解碼。而且，通過(guò)傳輸“原始”畫(huà)面信息可以保證最高的畫(huà)面質(zhì)量，完全擺脫了額外的圖像失真。
DisplayPort等競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)也具有一些非常類(lèi)似的功能。最終，還是由電視機(jī)制造商來(lái)決定他們的設(shè)計(jì)采用哪種接口，現(xiàn)在(及可預(yù)見(jiàn)的未來(lái))他們幾乎都投票給HDMI。這并不奇怪，因?yàn)镠DMI的創(chuàng)始者，包括六大消費(fèi)電子制造商—日立、索尼、Matsush_ita(松下)、飛利浦、東芝和Thomson等最初開(kāi)發(fā)了該技術(shù)，在部署數(shù)字視頻技術(shù)時(shí)，突破了好萊塢的拷貝保護(hù)障礙。它支持包括Fox、Universal、WarnerBros和Disney在內(nèi)的主要電影制片公司。
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| 圖2：MIPS的HDMI接口。選項(xiàng)A是一個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)”HDMI接口，而選項(xiàng)B則可提供更簡(jiǎn)單的集成、更低的功耗和成本及其他定制。 |
標(biāo)準(zhǔn)的"A型"HDMI連接器體積較大、大約為14毫米寬，主要用于家庭視頻和音頻設(shè)備。這些應(yīng)用包括DVD播放機(jī)和刻錄機(jī)，以及用于有線電視、衛(wèi)星電視和網(wǎng)絡(luò)電視的機(jī)頂盒、視頻游戲機(jī)(Xbox、PlayStation和Wii)、音頻/視頻接收機(jī)(調(diào)諧器/放大器)和音/視頻處理設(shè)備。
2006年推出的一款較小的“C型”HDMI連接器滿足了便攜式應(yīng)用的需求。開(kāi)發(fā)一款新型高清攝像機(jī)時(shí)，如果沒(méi)有HDMI，就只有把內(nèi)容先傳送到個(gè)人電腦或轉(zhuǎn)化為中間格式，否則設(shè)計(jì)人員就很難讓用戶看到高清信號(hào)內(nèi)容。盡管大多數(shù)的便攜攝像機(jī)集成了模擬合成或S-video輸出，這些只能處理標(biāo)清視頻，而不是高清視頻。數(shù)字便攜攝像機(jī)因此成了小型HDMI連接器的最早采用者。
數(shù)碼相機(jī)歷來(lái)都采用模擬視頻輸出，同樣，現(xiàn)在500~1,000萬(wàn)像素的圖像已非常普遍，再通過(guò)模糊的模擬連接來(lái)傳輸精美的圖像細(xì)節(jié)已不合邏輯。內(nèi)置攝像功能的拍照手機(jī)也隨處可見(jiàn)，而最低端的手機(jī)現(xiàn)在也都集成了130和200萬(wàn)像素的圖像傳感器，能夠生成比通過(guò)模擬視頻連接所能看到的更多細(xì)節(jié)，而且500萬(wàn)像素的拍照手機(jī)也即將出現(xiàn)。
雖然便攜式媒體播放器和便攜式游戲機(jī)經(jīng)常受其自身低于標(biāo)清清晰度的屏幕所限，分辨率通常僅為320×240，但許多該類(lèi)設(shè)備可以在高清模式下存儲(chǔ)記錄。而且，音樂(lè)發(fā)燒友可以采用HDMI接口實(shí)現(xiàn)數(shù)字音頻連接，即使沒(méi)有視頻，也可以在立體系統(tǒng)中收聽(tīng)便攜式MP3錄音。
設(shè)計(jì)人員使用HDMI芯片已有好幾年的歷史，而且它已在高清家庭影院組件中備受推崇。但是對(duì)于便攜式應(yīng)用，這些IC體積太大、而且非常耗電，尤其是難以適應(yīng)體積最小的設(shè)備，如小巧的相機(jī)和手持設(shè)備。
大多數(shù)便攜式器件和眾多大型消費(fèi)元件都是作為單個(gè)“系統(tǒng)級(jí)芯片”設(shè)計(jì)的。SoC已成為生產(chǎn)各種消費(fèi)電子產(chǎn)品最緊湊和最有效的方法。十多年前，設(shè)計(jì)工程師在印刷電路板上組裝相互連接的獨(dú)立的集成電路，而通過(guò)把這些元件的“核心”放置到單個(gè)硅片上，可以節(jié)省大量的空間并降低功耗。手機(jī)、相機(jī)和媒體播放器等各種便攜式產(chǎn)品都可以實(shí)現(xiàn)空間節(jié)省并降低功耗，而這是采用多個(gè)獨(dú)立IC所不能實(shí)現(xiàn)的。
SoC設(shè)計(jì)人員的第一個(gè)重要決定是采用哪個(gè)“CMOS技術(shù)工藝節(jié)點(diǎn)”進(jìn)行設(shè)計(jì)—這意味著芯片尺寸將會(huì)有多大。節(jié)點(diǎn)的測(cè)量以納米為單位，是指SoC晶體管中源極和漏極端之間硅通道的寬度。根據(jù)摩爾定律，隨著技術(shù)進(jìn)步，這個(gè)寬度也越來(lái)越小。采用當(dāng)今最小的節(jié)點(diǎn)如45nm的設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)更小尺寸和更低的功耗，但是前期開(kāi)發(fā)成本更高。130nm和90nm在幾年前非常普遍，而目前65nm節(jié)點(diǎn)代表了便攜式應(yīng)用SoC在開(kāi)發(fā)成本、尺寸、功耗之間的最佳平衡。
SoC設(shè)計(jì)利用流行的MIPS-Based處理器核來(lái)挑戰(zhàn)信號(hào)處理、HDMI等存儲(chǔ)器和輸入/輸出接口。HDMI接口IP包括兩個(gè)部分：控制器(處理器)和PHY(物理層或外置器件到“外部世界”的實(shí)際連接)。
SoC設(shè)計(jì)人員不可能每次都從頭開(kāi)始設(shè)計(jì)新產(chǎn)品。這就是SoC IP供應(yīng)商可以大顯身手的地方——為SoC設(shè)計(jì)人員提供它們所需的IP以增加模塊能力，如將計(jì)算處理、存儲(chǔ)器、輸入/輸出控制等功能集成在設(shè)計(jì)中。與采用獨(dú)立IC的接口IP相比，用于SoC的HDMI接口IP的優(yōu)勢(shì)包括節(jié)省成本、降低功耗和節(jié)省空間。空間節(jié)省非常顯著。HDMI接口IP可以使HDMI加入到手機(jī)等各種產(chǎn)品，而這在以前是不可能實(shí)現(xiàn)的。許多IP供應(yīng)商都有數(shù)字或模擬IP領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)。HDMI接口需要這兩個(gè)領(lǐng)域的專(zhuān)長(zhǎng)，這是MIPS科技公司的一個(gè)顯著競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。MIPS近日收購(gòu)了Chipidea，獲得了低壓微分信號(hào)(LVDS)的成熟經(jīng)驗(yàn)，它是HDMI信號(hào)采用的底層模擬技術(shù)。
作為專(zhuān)業(yè)的IP公司，MIPS非常熟悉SoC設(shè)計(jì)人員的需求，他們開(kāi)發(fā)的HDMI發(fā)送器和接收器IP可以滿足SoC設(shè)計(jì)人員的特定需求。這與其他的IP供應(yīng)商不同，他們僅僅把現(xiàn)有的設(shè)計(jì)用于自己的芯片并作為IP重新利用它們。
除了可為獨(dú)立的HDMIIC(或競(jìng)爭(zhēng)廠商當(dāng)前提供的IP)提供相似功能的“標(biāo)準(zhǔn)”HDMI接口，MIPS科技的HDMI接口IP還可為SoC設(shè)計(jì)人員提供各種定制和可選功能，包括：
1. 通過(guò)APB、AHB或OCP的直接系統(tǒng)總線從接口；
2. 通過(guò)AHB或OCP的直接內(nèi)存存取(DMA)音頻；
3. 內(nèi)置I2C、SPDIF、One-Bit-Audio和并行音頻的多音頻輸入/輸出選項(xiàng)；
4. 色彩空間轉(zhuǎn)換(RGB輸入/輸出YCbCr4:4:4和4:2:2)；
5. 所有CEA-861-D視頻模式下的視頻輸入/輸出(高達(dá)1080p@60Hz)；
6. 針對(duì)密鑰存儲(chǔ)的具有外置ROM接口的可選HDCP加密/解密。
SoC設(shè)計(jì)人員可根據(jù)需求靈活地采用或不采用HDMI功能，而無(wú)需集成所有規(guī)格，從而顯著地節(jié)省成本(包括生產(chǎn)成本和授權(quán)成本)、降低功耗并節(jié)省空間。比如，數(shù)碼相機(jī)SoC無(wú)需為欣賞好萊塢電影而采用HDCP拷貝保護(hù)功能。其優(yōu)勢(shì)是可以省去HDCP，實(shí)現(xiàn)更少的門(mén)數(shù)、節(jié)省授權(quán)費(fèi)用。這樣做對(duì)于功耗的節(jié)省也十分顯著。對(duì)數(shù)碼相機(jī)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，此類(lèi)HDMI發(fā)送器只消耗低至55mW的功耗，而采用65nm工藝的全功能HDMI發(fā)送器雖然功耗已經(jīng)低得令人印象深刻，但也達(dá)到了145mW。直接將音頻和視頻接入系統(tǒng)總線也可顯著的節(jié)省面積和功耗。傳統(tǒng)的HDMI芯片和目前可用的IP，要求通過(guò)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換到I2S和SPDIF。這些轉(zhuǎn)換，主要是串行化傳輸端的并行數(shù)據(jù)，需要消耗面積和功率。MIPS科技公司的HDMIIP消除了這種低效率，可為系統(tǒng)總線提供內(nèi)部寄存器接入和直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)的靈活性。
MIPS科技致力于為眾多產(chǎn)品提供HDMI接口IP，采用當(dāng)今備受SoC設(shè)計(jì)人員青睞的可用技術(shù)節(jié)點(diǎn)。
MIPS入門(mén)級(jí)的HDMI產(chǎn)品是采用65nm工藝的HDMI發(fā)送器，可滿足相機(jī)和其他多種便攜式應(yīng)用設(shè)計(jì)人員的需求。接下來(lái)將是HDMI接收器IP。路線圖中的下一個(gè)是45nm節(jié)點(diǎn)的HDMI發(fā)送器和接收器IP，它幫助手機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)更低的功耗和更小的面積。隨著該技術(shù)路線圖的繼續(xù)展開(kāi)，MIPS科技公司履行為SoC設(shè)計(jì)人員提供最先進(jìn)的IP以使他們能夠始終領(lǐng)先同行的承諾。
通過(guò)在便攜式應(yīng)用SoC設(shè)計(jì)中增加低功耗、小面積HDMI接口，設(shè)計(jì)人員可實(shí)現(xiàn)在當(dāng)前的電視上無(wú)法看到的高清畫(huà)面質(zhì)量。MIPS科技是一家專(zhuān)業(yè)的、引領(lǐng)處理器核和模擬IP領(lǐng)域(通過(guò)Chipidea)的IP公司。通過(guò)與SoC設(shè)計(jì)人員緊密合作，為設(shè)計(jì)人員提供他們所需的支持和工具，MIPS科技的HDMI IP可優(yōu)化在任何音頻、視頻或影像設(shè)備中增加HDMI能力的過(guò)程。
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