CEVO-Engine von Toshiba Herzstück für ersten brillenlosen 3D-Fernseher der Welt

Auf der Toshiba World 2011 in Rom hat Toshiba den ersten 3D-Fernseher der Welt vorgestellt, für den man keine Shutter-Brille oder 3D-Kino-Brille mit Polarisationsfilter braucht. Herzstück ist eine CEVO genannte Engine, die sogar das Hochskalieren von 2D-Inhalten auf 3D erlaubt.

3D-Fernsehen ist einer der Mega-Trends in der Konsumelektronik. Das Problem: Wer will schon beim Fernsehen eine Brille tragen, die er sonst nie braucht?

Bei der neuen Geräte-Serie von Toshiba, die auf der Toshiba World 2011 in Rom von Senior Vice President Toshi Hiro Ikeda vorgestellt wurde, sorgt eine Spezial-Beschichtung auf dem Bildschirm für die 3D-Darstellung. Das linke und das rechte Auge sehen dadurch leicht unterschiedliche Bilder, wodurch ein 3D-Effekt entsteht.

Hindernis für 3D ohne Brille war bisher, dass die richtige Position des Zuschauers eine entscheidende Rolle spielte. Toshiba will das dadurch umgehen, dass über den Spezial-Bildschirm gleich neun 3D-Perspektiven gezeigt werden, die den Raum vor dem Fernseher aus verschiedenen Blickwinkeln abdecken sollen.

Was so einfach klingt, ist natürlich mit extrem hoher Rechenarbeit verbunden, zumal bei einer Darstellung in Full-HD. Toshiba Semiconductor hat ein Chip-Set mit der Bezeichnung CEVO-Engine entwickelt, das noch weitere Innovationen erlaubt und insgesamt weniger als 10 W aufnimmt – ein extrem geringer Wert, wenn man sich den Aufbau (s.u. und Bidlerstrecke) anschaut.

Die Auto Calibration stellt die Graustufen- und Farbparameter des Fernsehbildschirms so ein, dass er die Bilder exakt so wiedergibt wie es sich der Filmregisseur bei der Produktion vorgestellt hat. Die integrierte CEVO ENGINE nimmt die für die Kalibrierung erforderlichen Berechnungen nach Messung mit einer am Fernseher angeschlossenen USB-Farbmesssonde vor, sodass kein PC zur Kalibrierung verwendet werden muss. Messverfahren wie dieses wurden bisher ausschließlich im professionellen Bereich angewandt und funktionierten nur mit einem externen Computer.

Da die Auswahl an 3D-Filmen noch immer beschränkt ist, können Fernsehgeräte dank der CEVO ENGINE mit komplexen Algorithmen und einem ausgefeilten 3D-Rendering 2D-Inhalte in hoher Qualität in 3D umwandeln. Mit Hilfe der 3D-Effekteinstellung (Depth Control) lässt sich sogar die Wirkung des 3D-Effekts individuell anpassen. Ausserdem unterstützt die Prozessorplattform Intelligent 3D+. Diese Technologie unterdrückt Interferenzen und Geisterbilder (Crosstalk-Effekt), indem sie die Reaktionszeit des Panels durch dessen Übersteuerung (Panel Overdrive) verringert. Zudem korrigiert Intelligent 3D+ die durch die 3D-Brille verursachten Helligkeitsverluste und die Farbveränderung automatisch.

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CEVO: Das Herz des ersten brillenlosen 3D-Fernsehers

Die CEVO-Engine von Toshiba Semiconductor darf auf Anweisung des Mutterkonzerns nicht am freien Markt verkauft werden - der Wettbewerbsvorsprung ist so groß, dass man ihn nicht der Konkurrenz überlassen will.

Die Modelle mit Personal-TV können individuelle Bildeinstellungen und eine persönliche Programmliste für bis zu vier Nutzer speichern. Auch ordnet Personal-TV den unterschiedlichen Nutzern seine Inhalte zu, die er auf einer an den USB-Port angeschlossenen Festplatte gespeichert hat. Darüber hinaus merkt sich das Fernsehgerät die vom jeweiligen Nutzer zuletzt gewählte Lautstärke und stellt sie beim nächsten Aufruf des Profils automatisch wieder ein. Dank der CEVO ENGINE kann der TV per Gesichtserkennung mit Bildern aus der integrierten Kamera die Nutzer identifizieren und seine persönlichen Einstellungen automatisch aufrufen. Die Kamera registriert überdies, wenn über einen bestimmten Zeitraum niemand vor dem Fernseher sitzt. Das Gerät wird dann automatisch in den energiesparenden Standby-Modus geschaltet.

Die CEVO ENGINE ermöglicht auch verschiedene SMART-TV-Funktionen. Dazu gehört der Zugang zu Toshiba Places, einer Online-Plattform zum Streamen, Kaufen und Austauschen von Web-Inhalten. Die TV-Modelle mit integrierter CEVO ENGINE unterstützen zudem den HbbTV-Standard (Hybrid broadcast broadband TV). Möglich sind auch Videoaufnahmen auf Festplatten, die per USB an den TV angeschlossen sind. Man startet die Aufnahme entweder mit einem Knopfdruck sofort oder per Timer. Die Aufnahmeprogrammierung erfolgt mit Hilfe des elektronischen Programmführers (EPG) oder manuell.

Drei Chips nur für Toshiba-Fernseher

Die CEVA-Engine besteht aus insgesamt 3 Chips (siehe Bilderstrecke): Der erste Die enthält den Hauptprozessor, der gleich sechs mit jeweils 576 MHz getaktete ARM-Cortex-A9-Cores mit NEON-Multimediaerweiterungen sowie einen von Toshiba selbst entwickelten Video-Prozessor enthält. Drei der Cortex-A9-Cores fungieren dabei als GPU für eine besonders schnelle Content-Darstellung. Natürlich wird auch OpenGL ES unetrstützt. Man hat bewusst mehr Cores mit niedrigeren Taktfrequenzen gewählt, da sich TV-Content ja wunderbar parallel berechen lässt. Der Video-Prozessor wurde für geringe Latenzzeiten (0,7 s zwischen Eingangs- und Ausgangssignal) optimiert.

Das DRAM (512 Mbit) befindet sich auf einem separaten Die, der über die Stacke-Technologie mit 512 Bumps auf den Hauptprozessor aufgesteckt wurde.

Der dritte Die, der über 4 LVDS-Leitungen und eine I2C-Schnittstelle mit dem Hauptprozessor verbunden ist, beinhaltet vier Hardware-Beschleuniger, die vergleichsweise autonom arbeiten. Interessant ist z.B. der Block für die FRC-Konvertierung (Frame rate Control), bei welcher die Hintergrundbeleuchtung des LC-Displays zeilenweise umgeschaltet wird. Konkret werden die Zeilen in 8 Blöcke unterteilt, die wechselseitig nacheinander beleuchtet werden, während die Daten in den übrigen aufgebaut werden können. Damit wird das Bildrauschen vermindert und eine Zeilenwiederholfrequenz von 120 Hz erreicht (siehe Bilderstrecke).

Mit dem Super-Resolution-Block wird 3D-Content, der eine geringere Auflösung als Full-HD aufweist, in diese hochskaliert 8siehe Bilderstrecke). In der Regel werden die Bilder für das linke und rechte Auge ja in einem Frame derartig reigeschrieben, dass entweder die Zeilen oder Spalten halbiert werden. Der SRF-Block rechnet diese halben Bilder in jeweils vollwertige HD-Bilder um.

Der 3D-Stereo-Block rechnet 2D- in 3D-Content um und reduziert dabei noch das Bildrauschen, das durch mechanische Bewegungen der Flüssigkeitsmoleküle entsteht. Last but not least hat Toshiba eine Hintergrundbeleuchtung implementiert, bei welcher 16 Blöcke mit LEDs angesteuert werden, anders als bei der herkömmlichen Edge-Dimmung.    * Beim Edge-Prinzip sind einige wenige LEDs an den Seiten des Monitors angebracht und beleuchten von dort aus die gesamte Fläche. Vorteile hiervon sind der geringe Energieverbrauch und eine geringe Gehäusetiefe, allerdings treten oft Probleme bei der Ausleuchtung auf. Beim Direct-LED-Prinzip erleuchten auf der gesamten Bildfläche Leuchtdioden das Bild von hinten. Das Bild kann gleichmäßiger ausgeleuchtet werden und der Kontrast durch lokales Dimmen einzelner LEDs (derjenigen hinter dunklen Bildbereichen) stark erhöht werden. Durch die große Dioden-Anzahl ist die Leistungsaufnahme allerdings deutlich höher als beim Edge-Ansatz.

Normalerweise verkauft Toshiba Semiconductor Chips auch an andere OEMs. Mit der CEVO-Engine glaubt man jedoch einen derartigen Vorsprung vor der Konkurrenz zu haben, dass man sie nicht außerhalb des eigenen Hauses verkaufen wird.

Neuer Flash-Speicher in 24 nm

In Anbetracht dieser Vorstellung geriet eine andere Ankündigung fast zur Nebensache: Toshiba wird in Kürze Flash-Speicher in einem 24-nm-Prozess fertigen. Dieser SmartNAND genannte MLC-Speicher beinhaltet die Fehlerkorrektur, was bei MLC-Speichern ja besonders wichtig ist. MLC-Speicherzellen (Multi-Level-Cell) sind Speicherzellen in denen im Gegensatz zu SLC-Zellen mehr als ein Bit pro Zelle gespeichert wird. Dies wird durch Speichern von mehr als zwei Zuständen in der Zelle erreicht.

Das Abspeichern von mehreren Bits pro Speicherzelle hat zum Nachteil, dass die Lese- und Schreibgeschwindigkeit reduziert wird und sich bei einem Ausfall der Zelle die Bitfehlerrate erhöht. Aus diesem Grund sind komplexere Fehlerkorrekturverfahren zum Sichern des Informationsgehalts der Daten erforderlich, von denen der Host-Prozessor bei SmartNAND entlastet wird.

Eine weitere neue Flash-Speicher-Linie mit der Bezeichnung BENAND .führt ebenfalls die Fehlerkorrektur durch – hier handelt es sich allerdings um SLC-Zellen, die weiterhin in einem 32-nm-Prozess gefertigt werden.

Die mit Speicherkapazitäten zwischen vier und 64 Gbyte verfügbaren Chips sollen unter anderem in tragbaren Mediaplayern, Tablet-PCs, Fernsehern und Set-Top-Boxen zum Einsatz kommen und nutzen das normale Raw-NAND-Interface, wodurch sie prinzipiell auch mit bereits erhältlichen Controllern und Designs genutzt werden können. Verglichen mit Toshibas 32-nm-Produkten sollen die SmartNAND-Chips außerdem auch einen höhere Durchsatz bieten.

Toshiba spricht hier von einer 1,9 Mal höheren Leseleistung und einer 1,5 Mal höheren Schreibleistung. Die SmartNAND-Chips unterstützen jedoch insgesamt vier Lese- und zwei Schreibgeschwindigkeiten. Konkrete Zahlen nennt Toshiba allerdings nicht. Erste Samples der SmartNAND-Chips werden Mitte des Monats verfügbar sein, die Massenproduktion soll im Laufe des zweiten Quartals beginnen.