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一手掌握New TV系統架構
要低價 效能又不能打折扣

【作者: 王岫晨】   2012年12月13日 星期四

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在消費市場三螢一雲的口號聲響徹雲霄的同時,眼看數位匯流四大天王中的智慧手機、平板、雲端運算等三大要角早已出盡鋒頭,卻遲遲不見TV這一號角色有何出色的表現。難道TV終究還是只能扮演客廳中的一個花瓶?


其實,因為手機、平板與雲端,角色單純,定位也很明確,一出場就成為眾所注目的焦點。反倒是TV,從早期的智慧家庭到近期的Smart TV,下世代New TV究竟該是什麼樣子,卻始終沒一個準。


有網路 TV才完整

不論是Smart TV、Internet TV,或者是Connected TV,其訴求很簡單,就是將電視與網路結合,讓使用者可以在電視上觀賞或使用網際網路內容,進一步擴展TV的實用性、豐富性與友善性。



圖一 :  聯網電視影像晶片規格分析
圖一 : 聯網電視影像晶片規格分析 <資料來源:資策會MIC,2011/11>

觀察智慧手機與平板電腦的成功,關鍵在於其背後龐大應用軟體的撐腰,也造就了該市場專屬的商業模式。那麼,TV呢?資策會MIC資深分析師朱南勳表示,其實智慧聯網裝置,正持續帶動OTT(Over the top)電視服務用戶的成長。OTT是透過網際網路,將數位影音內容傳送到收視者各式聯網終端的一種服務。這有助於眾多文創工作者,將其創意發想透過網路,結合至手機、平板與電視上。


聯網裝置當然是一大驅動力量。而OTT營運商如Netflix與Hulu等,不斷擴大服務範圍並採取合理的資費方案;傳統IPTV業者也開始推動多螢幕影音服務。此外,包括Google、Yahoo及Microsoft等大廠也積極利用其影音資源,搶進新興視訊服務市場。這衍生出New TV的概念。這是全新商機,當然也是挑戰 。


New TV=新聯網時代

近年來,網路影音興起,除了促使電視內容多元化,也讓數位電視在寬頻與廣播的匯流下,新興電視服務因此誕生。New TV所代表的概念、服務與產品,正式宣告一個全新聯網電視時代的來臨。


面對全新的New TV應用服務下,電視硬體架構產生了重大變革。因應訊號接收需求,電視內建聯網功能已從過去高階機種才有,逐步跨入中低階產品一致內建的新世代。聯網概念更促使新興多媒體影音裝置大量出現,這包括OTT Box、Digital Media Adapter、聯網藍光播放器,以及聯網遊戲機等。


晶片架構當然也出現變化。早先英特爾便藉由與Google的合作,以Google TV之姿,正式從PC界跨入數位電視領域。ARM則是從行動端出手,挾其在行動裝置的低功耗及高效能優勢,直搗TV產業。當然早在數位電視產業默默耕耘許久的MIPS,理所當然宣佈進軍聯網電視市場,這讓未來電視處理器由x86、ARM與MIPS三分天下的態勢大致底定。這樣的趨勢,在New TV的時代將不會出現太大變化。


基本上,New TV的硬體都由TV與STB兩大領域業者包辦,品牌大廠多已摩拳擦掌等待開戰。電視業者包括三星、LG、Sony、VIZIO等早已就定位;STB業者包括羅技、D-Link、Iomega,甚至是Apple和Google等,也磨刀霍霍,從STB端進攻。


至於系統平台,可說是New TV成功的關鍵。觀察目前市場上的TV平台,目前TV平台包括Yahoo Widget、Google TV、Windows7、Android、Boxee、Apple iOS等,但是目前只有Yahoo Widget、Google TV、Boxee、Apple iOS有實際產品出貨,其他尚不具威脅。


當然,New TV以聯網為重任,因此以瀏覽器為平台,直接進行互動,是更為便捷的方式。Opera台灣區總經理李儒昌指出,新一代的HTML 5架構,讓瀏覽器可以活躍在各種不同尺寸的顯示器上,包括TV、平板與手機。只要有瀏覽器,就能上網。透過瀏覽器平台,New TV將擁有更不同於以往的應用空間。


TV處理器 太貴不要來!

New TV的聯網與多媒體匯流,影像處理、作業系統和應用程式操作方式已經和以往的電視不同,處理器的運算負擔與架構設計難度大增,加上系統朝向SoC方向開發,使得開發門檻不斷提高。


但一般消費者或許認為,New TV架構其實與PC越來越接近。TV體積大,供電充足,不會有行動裝置電池續航力的問題,在運算需求增加的情況下,採用效能更強大的處理器,甚至朝向高階處理器發展,或許是順理成章的趨勢。然而,MIPS亞太區技術總監許丁堅表示,其實正好與一般人的認知相反,目前TV採用的都是最低價的處理核心。


「因為電視就是典型的消費性產品。」許丁堅說,消費市場對於這些產品的每一塊錢都斤斤計較,這讓系統商必須捨棄高效能的昂貴處理器,選用低價便宜的處理核心。這正說明了MIPS為何在行動市場遇到強敵ARM的阻礙,卻在電視市場始終保有優勢。原因正是MIPS長期耕耘電視這塊消費市場,長久下來,產品成熟、架構完善、價格也友善。這也是在電視市場上,MIPS能與來犯的ARM與Intel大軍抗衡的主因。


成本取向 當然走SoC

為了提供成本更低廉的處理核心,以SoC方式來開發處理晶片是不得不走的一條路。只不過SoC門檻畢竟高了些,如何降低成本,同時兼顧整合與快速上市的需求,成為系統商的不簡單任務。


正由於消費市場的上市壓力,SoC系統商採用IP授權的處理核心成為最快的方式。而最主要的兩家處理器IP業者MIPS與ARM也成了New TV的最大受益者。儘管電視是典型的價格敏感消費品,但在不會抬高成本,效能又能應付多媒體處理需求日增的情況下,以多核心發展預估將會成為處理器主流。


目前ARM應用在數款Smart TV上的處理器,包括Cortex-A5、A9和A15都已經走上多核心架構。MIPS闖蕩數位家庭市場算早,過去多以單核心的74K架構為最大宗授權產品,然而2010年後,由於Smart TV的問世,原有的單核心架構不敷需求,MIPS遂提供多核的1074K和1004K架構處理器,滿足市場需要。


New TV是典型的消費電子產品,以價格為取向,其SoC晶片當然得想盡辦法整進更多關鍵元件,藉以降低成本。New TV中的關鍵IC元件,包括了Tuner(調諧器;用於前端接收地面廣播訊號)、Deinterlacer(視訊處理解交錯掃描器)、Demodulator(影像解調器)、ADC(類比數位轉換器)、PLL(鎖相迴路)、Scaler(縮放控制器),另外還有記憶體、處理器、電源管理IC等。


消費性電子產品,理所當然要追求成本效益,因此這許許多多的視訊晶片,都得想辦法整合成單一SoC晶片。以中低階機種來看,多半都能以單一顆SoC來滿足視訊處理需求。高階機種則依照設計功能與行銷策略,搭配不同的功能晶片,例如3D顯示可外加FRC(畫面頻率轉換器)與影像處理引擎,或外加獨立繪圖晶片來處理HD畫質。


New TV與傳統聯網電視的單晶片最大不同,在於New TV需求更高的處理器運作時脈、更大容量的L2 Cache和浮點運算單元,才能確保畫面品質。而屬於類比IC的調諧器與電源IC,由於製程不同,無法整合,在系統中必須獨立。


愛現不愛線 無線傳輸是遲早

而New TV是聯網電視的進化版,有線與無線連結當然是其重點功能。New TV必須具備的三種通訊技術包括乙太網、無線Wi-Fi與藍牙。乙太網是目前最普及且最穩定的有線網路,要上網當然全靠它,也是最早被整合至SoC上的技術。在New TV的應用中,乙太網路可直接連結電視,或者STB。


當然在現今各種裝置普遍可共用的情況下,只透過單一裝置連網,再分享給其他裝置,可減少佈線的麻煩。特別是在客廳的裝潢上,能少一條線,就能省去一個麻煩。透過最普遍的Wi-Fi與藍牙,可透過無線聯網與短距離無線傳輸,讓裝置之間快速互傳檔案與資料。


過去由於應用未普及,無線晶片在電視上的採用度並不高,多採獨立晶片或以USB外接方案解決。然而無線通訊功能遲早會是SoC晶片整合的目標。由於Wi-Fi規格眾多,系統廠商整合何種規格,還得視應用而定。此外,考慮到多媒體資源越來越龐大,到了2013年第四季,新一代的IEEE 802.11ac規格也預計將進駐New TV,負起客廳多媒體傳輸的重責大任。至於藍牙,主要功能則為電視與電玩遊戲機、以及遙控器間的資料傳輸為主要用途。


台晶片廠掌握中低階市場

以目前Smart TV的整合晶片供應商來觀察,產品定位一般依視訊品質的畫面更新率,區分成入門機種(50/60Hz)、中階機種(60~120Hz)、高階機種(120~240Hz以上),以及品牌大廠的旗艦機種。預計New TV也將依循此模式。


台灣IC設計業者包括凌陽、瑞昱、聯發科(併晨星)等,均以50/60Hz的入門機種為主,聯發科也上攻中階市場。至於高階市場由電視晶片大廠Trident掌握,並跨足中階市場,與價格取勝的台廠正面衝突。中低階產品儘管薄利,不過金字塔底端市場普及率也最高,薄利而多銷,對於營收也是一大溢注。


除了這些獨立的TV晶片供應商之外,其實品牌大廠包括三星、LG、Sony、Panasonic等,均擁有自行開發系統單晶片的研發能力,這些大廠主推的旗艦電視機種,通常直接透過內部採購(in-house sourcing)來滿足單晶片需求。


結語

New TV概念的出現,終於補足了三螢一雲的最後一塊空缺,透過雲端串聯手機、平板與電視,讓喊了許久的數位家庭,終於有了實現的曙光。


New TV對於傳統的營運商、設備商與服務供應商來說,是個機會,也將帶來挑戰。對於系統商來說,當然也是如此。由於應用日趨複雜,對於運算需求與硬體效能,一項都不能打折扣。


然而屬於消費性電子產品的New TV,對於價格也十分敏感。消費者想要更強的功能,但價格必須更低。New TV短期內能不能滿足這樣的市場需求,需要觀察。只不過,New TV既然帶來了機會,對於台灣的電視晶片廠商來說,若能掌握得宜,不啻又是另一扇商機大門的開啟。


TV晶片競爭白熱化:台廠死守中低階市場

想了解電視的硬體架構,最好的方法就是依循信號接收的順序就可明瞭。首先訊號會通過Tuner,每個Tuner包括數位或類別RF接收IC,其次經過數位或類比解諧IC,最後再到影像處理器進行處理。


目前最新的影像處理器多會整合解碼功能及界面轉換,並透過LVDS界面與面板連結。而面板中還包括驅動IC、時脈控制器(TCON)、背光控制IC等。


此外,3D功能已經是TV必備的選項。目前包括聯發科、瑞昱、Zoran、Broadcom、ST、Trdent等電視影像IC廠商都推出支援3D之 SoC晶片。其兩大功能第一是3D內容格式轉換,第二是以2D轉3D功能。在3D內容格式轉換標準尚未統一下,IC廠商為求相容,紛紛將主要影像規格納入,所幸複雜度並不高。至於2D轉3D功能,關鍵技術在於景深(Depth)之產生。由於2D轉3D技術終究是以2D內容模擬出3D內容效果,難用特定性能指標來做比較,因此IC廠商並不特別強調技術特別之處。



圖二 :  Smart TV應用平台分類
圖二 : Smart TV應用平台分類資料來源:MIC,2010/08

由於3D格式未標準化,且2D轉3D演算法仍在改進中,故在晶片使用上,多是以影像處理晶片搭配一個3D處理FPGA,做為3D Ready電視的設計方案。因較少晶片廠推出整合性的3D方案,所以大多數電視廠商均自行設計FPGA功能,使得成本和產品性能難兼顧,也導致3D電視成本偏高。


至於聯網電視,由於強調網路多媒體功能,因此視訊處理晶片可能加入如Google TV中Intel CE 4100多媒體處理器,甚至將原有處理晶片與多媒體處理器整合成單一SoC。


包括聯發科、Zoran、Broadcom、ST、Trdent等電視影像IC廠商都已推出支援聯網電視之SoC晶片。這類產品基本上整合Ethernet MAC甚至到PHY,2D或3D圖形加速器。高階如Smart TV等級者,甚至採多核SoC架構(CPU操作頻率約1GHz),整合GPU以解決網路多媒體顯示需求。


除了影像SoC外,無線網路晶片如Wireless HD、WHDI、802.11ac、WiGig等晶片,在面對電視同步分享,或電視與PC/平板裝置影音資料傳輸需求下,扮演重要角色。即使目前因廠商眾多與規格繁複,未來仍然有極大發展空間。


台灣IC設計廠商在TV應用之產品包括影像處理器、驅動IC、TCON、面板電源管理IC與LED背光驅動IC、及無線通訊IC等。


TV影像處理器有聯發科、瑞昱、凌陽、聯詠、奇景、矽統等投入,目前聯發科在平面電視產品市占就超過六成,產品涵蓋ATSC、DVB-T、ATV中高及中低階產品。


在面板端,驅動IC廠商包括聯詠、奇景與瑞鼎;TCON廠商則有聯詠、奇景與聯發科。面板電源管理IC與LED背光Driver部分,以立錡等電源管理IC廠商為主。無線通訊IC廠商則有Wi-Fi IC廠商雷凌。


對於台灣TV IC廠商而言,3D電視興起後值得關注的商機包含3D影像處理,如FRC與2D轉3D功能,以及與液晶顯示面板相關之晶片等。


台灣主要TV影像處理 IC廠商如聯發科、瑞昱等,已推出支援3D之SoC產品。產品定位仍在3D電視之中低階機種,並於2011年下半年開始出貨給北美及中國本土品牌廠商。



圖三 :  Smart TV主力晶片廠商佈局現況
圖三 : Smart TV主力晶片廠商佈局現況資料來源:DIGITIMES,2011/05

奇景則訴求其2D轉3D專用IC,且內含所謂的舒適3D晶片解決方案,可與多數廠商之影像處理單晶片搭配,目前已打入日系電視品牌。


聯網電視的商機,主要是影像處理IC及無線網路晶片。聯發科、瑞昱都已推出支援聯網電視之SoC以搶食商機。藉著既有客戶關係,聯發科已打入Vizio的聯網電視產品,與創惟等中國本土電視品牌之Smart TV產品。


對IC廠商而言,聯網電視與Smart TV的興起,除了在硬體規格需要提升之外,作業系統更是複雜許多,需建置龐大的軟體研發團隊。欲掌握商機,必需在軟體能力與人才養成有所投資。此外,各系統廠商發展其聯網電視或Smart TV產品,常有差異化的考量,而各有不同需求。一線品牌需要晶片商技術支援,但本身有能力自行開發平台。然而二線廠商研發能力有限,對晶片廠商倚賴甚深。


對晶片廠來說,厚植對客戶的支援能力,雖有助於掌握商機,但也成為沉重負擔。以聯發科為例,其在平面電視事業部之研發與客戶支援團隊約有400人,二線晶片廠難有能力建立如此規模團隊。因此,若聯網電視成為主流,人力資源,尤其是軟體人才,將成為IC廠商競爭之關鍵。


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