過去10年來，電子行業(yè)推出了一系列令人眼花繚亂的平板電視及相關技術，將陰極射線管電視、背投電視乃至模擬標清信號廣播技術統(tǒng)統(tǒng)掃進了積滿灰塵的“古董”庫房。如今，眾企業(yè)紛紛以前所未有的發(fā)展速度不斷推出最新的電視技術。但是，要使客戶充分獲得這一快速發(fā)展技術的全部價值，要求配備協(xié)作良好的設備鏈，以使廣播公司和電影制片廠能將采用高級技術制作的最新節(jié)目傳輸到起居室和本地影院，而且在不遠的將來，還能傳輸到您的手持設備和汽車系統(tǒng)上。

在廣播和影院設備領域相互競爭的企業(yè)很早就將賽靈思 FPGA 用作其大多數廣播設備的主要邏輯 IC，從超高端的攝像機到各種類型的演播室編輯和信號傳輸設備都有它的身影。如今，該市場領域的設計人員也在全面開發(fā)基于FPGA 的設備，以使 1080p 廣播成為主流。設計人員甚至已開始不斷推出基于FPGA 的 3D 電視設備，使廣播公司能將《阿凡達》畫質的電視節(jié)目在小型電視屏幕上播放出來。若密切關注該類型市場中最大的板塊——電視廣播市場，您就不難發(fā)現(xiàn)設計人員將在整個廣播設備鏈上充分利用 FPGA，以將更精彩的節(jié)目帶給消費者。

廣播101：從現(xiàn)場到您的屏幕

賽靈思廣播業(yè)務營銷部 (Broadcast Segment Marketing Group) 的市場營銷經理 Ben Ruyan 認為廣播市場的大致特點是：每個人都可以看見最終結果，但知道中間的投入有多大的人卻不多。要實現(xiàn)最終的結果，需要涉及大量復雜的技術，熒屏背后有大量的工作要做。

在表面的光艷之下， 廣播與影院市場實際上涌動著非常激烈的競爭暗潮，屬于單位成本高而銷售量又相對小的市場。參與這一市場競爭的企業(yè)需要生產可將電視信號傳輸至用戶最新數字電視，或者將影片傳輸至 IMAX 影院或者用戶家庭影院屏幕的每一種設備。Runyan 指出，影院市場往往充當最新廣播技術的早期采用者，但是，由于對高質量廣播的需求不斷增長，電視臺也在以前所未有的步伐引入新技術。Runyan 表示：“如果您有機會參觀當地電視演播室或者電視網絡，您就會為成堆的設備和成英里長的線纜驚嘆不已。它們占據了天花板和墻壁之間的每一寸空間。將節(jié)目傳輸到電視上需要的工作量和技術水平讓人嘆為觀止。”

以現(xiàn)場新聞報道為例，播音員在對準話筒說話的同時，眼睛看著一臺非常先進、價格昂貴的數字攝像機。這臺攝像機以有線或者無線的方式將未經壓縮的語音原始信號發(fā)送至現(xiàn)場的新聞車，車上載有便攜式視頻監(jiān)控和編輯設備以及無線電設備。該車上的各種設備都能夠即時執(zhí)行非常簡單的信號壓縮，然后將現(xiàn)場信號或者相關的磁帶內容直接傳輸至差轉臺，或者通過衛(wèi)星傳輸到廣播演播室。

隨后， 該演播室使用多臺協(xié)作設備，以便接收從現(xiàn)場發(fā)回的廣播信號，在存儲服務器上錄制內容，并將信號發(fā)送至混合和編輯設備以及控制室中的多屏幕監(jiān)控器。然后，節(jié)目技術人員、編導人員和制作人員再將節(jié)目內容與其他來自外部的內容和在演播室中用內部攝像機錄制的內容（如現(xiàn)場新聞的電視新聞主播報道）混合起來，并添加屏幕文字解說或者“跑馬屏”畫面來協(xié)調事件的順序，最終生成主節(jié)目內容。

廣播人員隨后將主節(jié)目內容發(fā)送至演播室的傳輸設備，由傳輸設備將節(jié)目壓縮成多種編解碼器（編碼器/解碼器）標準格式，每種標準格式都能使用特定的介質進行傳輸，比如有線電視、衛(wèi)星、地面以及有線廣播（針對 IP 網絡電視）或者無線廣播（針對手機）。演播室隨后通過有線及無線運營商網絡廣播這些已壓縮的頻帶，送達您的有線電視或者衛(wèi)星機頂盒、數字電視、PC 或者手持設備。在消費類電子產品端，上述系統(tǒng)將對信號解壓縮，并進行節(jié)目播放的工作。

Runyan 表示，整個廣播鏈，尤其是現(xiàn)場即時廣播，要求大量的高帶寬光纖與衛(wèi)星資源，以及高性能視頻編輯和巨大的存儲陣列。設備必須具備相當高的可靠性，因為它必須 24X7 全天候不間斷地工作，而且不能丟失視頻數據的哪怕一個字節(jié)。高吞吐量、高靈活性以及高可靠性等所有這些要求都使 FPGA成為廣播設備制造商的理想選擇（圖 1）。

Runyan表示：“從現(xiàn)場的攝像機，到新聞車上的設備、編輯演播室的編輯設備（通過交換機、路由器和多屏幕監(jiān)控器），以及后期編輯設備和大型視頻服務器存儲場，再到壓縮和傳輸設備，賽靈思 FPGA 在整個廣播鏈的每個環(huán)節(jié)上都發(fā)揮著非常重要的作用。事實上，F(xiàn)PGA在廣播市場早已取代 ASIC 和 ASSP 而成為現(xiàn)在占統(tǒng)治地位的邏輯 IC。”他表示，由于這些數量繁多的高度先進的設備，不僅不能覆蓋開發(fā) ASIC 的成本，同時 ASSP 也“不具備進入這個市場的基本硬件性能”（圖2）。

隨著市場將在今后幾年向 1080p、3D以及移動廣播發(fā)展，電視廣播設備的規(guī)范將變得更加嚴格，從而對基本性能、可靠性尤其是靈活性，將提出更高的要求。Runyan 表示，由此 FPGA的使用也更廣泛。為了有助于進一步加速創(chuàng)新、提高生產率，賽靈思已推出其目標設計平臺 (Targeted Design Platform)戰(zhàn)略，為其最新推出的 Virtex-6 及Spartan-6 系列 FPGA 提供支持。

具體來說，即將發(fā)布的 Virtex-6FPGA 廣播連接套件將有助于設備制造商在市場上占據明顯優(yōu)勢。

Runyan 認為：“借助目標設計平臺，客戶就能將更多精力集中在產品的差異化開發(fā)上，而不必完全從頭開始進行系統(tǒng)開發(fā)。我們擁有各種專門定制的廣播專用平臺，能幫助企業(yè)開發(fā)具有眾多優(yōu)異特性的傳輸與調制設備，如先進的音頻、視頻和網絡連接能力、實時高清視頻處理、多通道專業(yè)編碼與解碼以及高速數字信號處理等。”

電視廣播技術最顯著的發(fā)展趨勢：1080p

作為DIS Consulting Corp（Strategy Analytics公司的廣播分析合作伙伴）的首席執(zhí)行官兼首席分析師，Douglas I.Sheer 是一位在廣播行業(yè)打拼了 40 年的資深人士。他認為，當今廣播行業(yè)之所以發(fā)展如此迅速，原因在于很多人在過去 25 年里為標準打了大大小小、不計其數的“仗”，終于為數字電視時代的到來鋪平了道路。Sheer 表示：“這使企業(yè)能夠開發(fā)出最新型的廣播 ——音頻和視頻，并將它們以不斷增多的各種方式交付給我們。最不尋常的是IT和傳統(tǒng)廣播行業(yè)的融合，很多人使用計算機，更有甚者，使用手持終端看節(jié)目。這就是全國廣播行業(yè)協(xié)會 (National Association of Broadcasters) 所謂的‘超廣播(Broader-cast)’”。

如今，為了支持 1080p 分辨率、全高清和無線視頻廣播，大多數電視廣播公司在升級或新建演播室時都紛紛采用3Gbps 技術。

大約 8 年前，就在行業(yè)中的大部分企業(yè)還在為高清發(fā)展策略爭論不休的時候，諸如 ESPN 等電視廣播公司，就大膽地投入數百萬美元購置傳輸設備，建造全數字化的 720p HDTV 演播室。但是，也有很多其他電視廣播公司抱著老舊設備不放，能拖多久拖多久。

Runyan 表示，北美乃至世界各地的市場紛紛出現(xiàn)了向數字化廣播升級的趨勢，這部分原因在于政府的政策。在美國，許多曾經拒絕采用 720p 技術的公司干脆跳過 720p 技術，直接構建或升級能夠支持 1080p HD 廣播的演播室。

Runyan 說：“這個動作可不是什么小事，就算對最早采用 720p 技術的公司來說也是如此。720p 逐行掃描格式所使用 HD 串行數字接口的數據速率約為 1.5Gps，而每秒 60 幀的1080p 圖像要求的數據速率為大約 3Gbps。這是720p 使用的比特率和帶寬的兩倍，因為您需要兩倍的數據量。”

他說，許多人隨意使用“HD”二字，稱：“在家電商店里，他們可能看不出電視分辨率有什么變化。不過從廣播設備的先進程度來說，720p同1080p之間的差異就不可同日而語了。”

分析師 Sheer 表示，在過去 10 年中，大多數廣播公司被迫朝著 HD 方向首次邁出了一大步，投入大量資金購買和安裝數字傳輸設備，而現(xiàn)在，由于大多數消費者將其電視升級為價格更為合理的 1080p 高清電視，它們又得緊跟著開始購置 3Gbps 設備來支持 1080p。Sheer 表示：“這背后就像是場拔河比賽。1080p 的消費類電視市場興起于這次衰退前，并在這次衰退中走向疲軟，然后在經濟形勢回暖向好后又有所恢復。大多數廣播公司認為1080p 是消費類電子產品市場的發(fā)展方向，所以它們現(xiàn)在又開始為此采購設備。”

Runyan 指出，根據 1080p 需要的數據速率，廣播演播室和整個電視鏈的每臺設備都需要更高的帶寬和某種程度上的硬件編程能力，才能滿足新功能所需和應對行業(yè)可能對編解碼器標準進行的任何更改。

Runyan 表示：“對于大多數廣播公司來說，轉向 1080p 意味著巨額的資本投入。部分廣播公司已經使用相同的設備長達 20 年之久，現(xiàn)在他們不得不轉向新的設備。在某些情況下，企業(yè)這樣做的原因僅僅在于其陳舊的設備已經無人提供支持。”

例如，演播室會聘用幾名廣播質量專家來監(jiān)控每路視頻的饋送，觀察其質量狀況。在過去，這些專家一直使用超高端的 CRT 電視機，但如今已沒有人生產它們了。所以廣播公司不得不轉向新的平板電視。Runyan 說：“這些專家的眼睛能夠分辨每個物體、每種顏色和每處陰影。他們一直爭論不休的是，到底那種平板電視——LCD、等離子還是OLED，以及哪個牌子的平板電視最適合做演播室級別的監(jiān)控器。”

Runyan 表示，在向 1080p 過渡的過程中，廣播設備將主要使用最新的H.264/MPEG-4 AVC編解碼器標準，但仍將支持 MEPG-2 及其他原有標準。H.264/MPEG-4 AVC 編解碼器與藍光和超高清視頻流具有很強相關性。如同大多數新興的視頻規(guī)范，H.264/AVC 也是一種多方參與的標準?，F(xiàn)在其基本特性已經得到全面的定義，不過這項標準還在不斷演進發(fā)展出新的衍生版本，例如針對 3D 廣播的可擴展視頻編解碼器(SVC) 和多視角編解碼器 (MVC)。隨著廣播公司更為廣泛地使用 MPEG-4，并發(fā)掘出更多能快速可靠地實現(xiàn) HD 和3D 廣播所需的功能性，該項標準還會獲得更加穩(wěn)固的發(fā)展。

Runyan 表示：“由于設備廠商會一直努力改善視頻質量，這些編解碼器往往處于一邊使用、一邊發(fā)展的狀態(tài)。部分編解碼器可能會有所更改，這也是為什么 FPGA 一直是且仍將是這一市場最佳之選的原因。采用基于 FPGA 的系統(tǒng)，廣播公司可以根據需求的變化、隨同標準的演進，相應進行新功能的添加。如果某種編解碼器發(fā)生變化，通常來說需要相應改變的不會只是一臺設備，而是大多數。”他表示，“即便客戶演播室中的設備早已安裝到位”，賽靈思及其知識產權(IP) 合作伙伴提供的編解碼器 IP 產品組合也能幫助客戶迅速地在其產品中添加新的編解碼器功能。

Sheer 表示，1080p 僅僅是 3Gbps數據速率設備能夠實現(xiàn)的眾多新技術成果的一種。他表示：“所有這一切的時機選擇比較關鍵。究竟什么時候對 1080p 的需求會到達頂峰，抑或何種格式會最終成為應用最廣泛的標準，還是懸而未決的事情。”拜 3Gbps 設備所賜，人們可以在移動設備和轎車中觀看廣播節(jié)目了。

Sheer 表示：“今天的移動廣播還不夠理想，不過數據速率提高以后則可能會達到理想的水平。”看上去，隨著手持設備的計算功能和連接能力不斷增強，再加上消費者對在膝上型電腦和筆記本電腦上觀看廣播節(jié)目的需求，無線廣播技術將不斷發(fā)展。

下一個大市場：3D

電視除了生產 1080p 廣播電視所需的設備，廣播設備制造商還在不斷推出可使廣播公司將更精彩的 3D 電視節(jié)目帶到千家萬戶的設備。Sheer 與 Runyan 都提到，廣播公司具備 3D 節(jié)目的廣播能力已有數十年之久，但畫質卻差強人意?，F(xiàn)在，新一代的高清 3D 也已問世，近年來消費者已經在影院中有所體驗，并將很快走入尋常巷陌。在今年的拉斯維加斯國際消費類電子產品展 (Consumer Electronics Show)上，已經有多家廠商推出了 3D 電視。有些要求觀眾佩戴 3D 眼鏡，有些則不需要。

Runyan 表示，走向“3D 電視將使節(jié)目制作人員能夠為觀眾提供前所未有的優(yōu)質服務。他們將不僅能夠提供數字電視、高清電視或 3D 有線電視或者衛(wèi)星電視打包節(jié)目，而且還可實現(xiàn)節(jié)目點播。您既能觀看 3D 電影，同時還可觀看足球以及棒球比賽等的現(xiàn)場賽事。”實際上，英國的廣播公司（訪問 http://www.televisonbroadcast.com/article/93870）已經開始測試現(xiàn)場 3D 播報，并計劃在 2010年世界杯賽過程中進行更為廣泛的應用。

Runyan 表示，對于那些已經安裝有1080p 演播室設備的廣播公司，轉向 3D播報是一項工作量相對較輕，但極其重要的升級工作。要進行 3D 電視信號的播報工作，業(yè)界需要采用新的 H.264 編解碼器技術和 MVC，才能應對 3D 電視所需的多點攝制帶來的帶寬增加。這就意味著演播室設備必須支持這一功能性和更龐大的數據吞吐量。

Runyan 表示：“演播室的設備還需要更尖端的技術，至少他們需要能夠同時處理兩路輸入信號：一條 2D 播報以及一條 3D 播報。有些情況下，廣播公司會采用后期編輯設備來將常規(guī)的 2D 節(jié)目轉換為 3D 節(jié)目。更為先進的方式是用 3D 攝像機攝制節(jié)目，這也是電影制片廠沿用了很多年的方式，即詹姆士卡梅隆拍攝他的曠世大片《阿凡達》采用的方式，然后從內容中生成 2D 的高清版本。”

大部分這種 3D 技術尚未接受全面的現(xiàn)場檢驗。許多人對 3D 電視如果不使用眼鏡，亮度是否足夠，以及觀眾是否有胃口天天晚上戴 3D 眼鏡心存疑慮。

Sheer 認為，一旦市場決定那些行得通，那些行不通，3D 電視就會很快進行調整。他說：“人人都記得在影院里戴著卡片形狀的眼鏡看電影的經歷，不過這一代 3D 技術，即立體的 3D 要好很多。它得到了好萊塢眾多人士的支持，而且已經用在體育賽事的現(xiàn)場播報中了。其中最重要的因素可能是它能夠趕上高清的潮流。”實際上，“高清足足花了 25 年的時間才走向成熟，我們認為 3D 花的時間要少得多，因為 HD 在很大程序上已在基礎架構方面為此奠定了基礎。”

就 Sheer 的觀點而言，能夠引領3D電視市場的將是能夠播放源源不斷來自電影行業(yè)的立體 3D 電影的 3D 藍光 DVD 播放機。在它們之后，即是 3D 電視走入千家萬戶之時。Sheer 表示：“以 3D 方式觀看現(xiàn)場體育賽事的誘惑實在是擋也擋不住。”

超越 1080p與3D電視

人們可能會覺得，隨著 1080p 電視廣播在世界各地得到普及，3D 技術在影院中獲得廣泛應用，并迅速成為主流的電視技術，廣播技術的發(fā)展步伐可能會放緩，因為整個行業(yè)都會停下來歇口氣。顯然情況并非這樣。

Runyan 表示，已經有企業(yè)在展示“超高清電視”攝像機，能夠拍攝令人驚艷的 7,680 x 4,320 像素分辨率的影像，這也是當今高清電視分辨率的 16 倍。所需的比特率如此之高，以至于現(xiàn)在這種攝像機每天只能拍攝 20 分鐘的影像。不過，隨著電子技術的進步和編解碼器的深入發(fā)展，在不久的將來，超高清電視級別的視頻質量毫無疑問會成為主流。難道不會嗎？

Runyan 表示：“如果行業(yè)能夠實現(xiàn)超高清電視的比特率，我們的電視和影院將與今天大為不同。實際上，這種比特流已經大到足夠支持真實的全息投影。試想一下，全息投影的現(xiàn)場體育賽事，您可以從任何角度觀看。放大率至少是 1080p，與我們今天在最高級的商品化電視上看到的基本一樣。”

到那時，我們可能也不會在電視上觀看節(jié)目，而是使用一種全新的全息投影設備，當然賽靈思 FPGA 將為之提供強大動力。

作者：Mike Santarini

賽靈思公司Xcell雜志出版人