Ein System on Chip für HDTV

Das Konzept des „System on Chip“ ist immer dann nützlich, wenn die Signale und Daten mehrerer Schnittstellen über eine CPU miteinander verknüpft werden sollen. Es bietet dem Halbleiterhersteller zudem die Möglichkeit, vom bloßen Komponentenanbieter beinahe zum Systemhersteller aufzusteigen – vorausgesetzt das nötige Know-how.

Das Konzept des „System on Chip“ ist immer dann nützlich, wenn die Signale und Daten mehrerer Schnittstellen über eine CPU miteinander verknüpft werden sollen. Es bietet dem Halbleiterhersteller zudem die Möglichkeit, vom bloßen Komponentenanbieter beinahe zum Systemhersteller aufzusteigen – vorausgesetzt das nötige Know-how.

Der japanische Halbleiterhersteller Fujitsu (http://emea.fujitsu.com/microelectronics) geht mit einem neuen „System on Chip“ für die Verarbeitung von HDTV-Signalen (High Definition TeleVision) in den Markt der digitalen Videoverarbeitung. Der Chip mit der Bezeichnung MB86H70 nutzt eine mit 324 MHz getaktete ARM11-CPU für die Realisierung eines HDTVFernsehempfängers bis zur Auflösung von 1920 Punkten × 1080 Zeilen des 1080p-Formats. Dabei werden Transport Streams (TS) nach den Kompressions-Standards MPEG-2 und H.264 auf dem Chip von einem besonderen HD-Video-Decoder verarbeitet (Bild). Die Hauptlast auf dem Chip trägt jedoch der HD-Video-Prozessor, eine von Fujitsu entwickelte „Picture Engine“ für die realitätsnahe Darstellung von Videos in hoher Wiedergabequalität. Die Maschine bietet einen adapativen Mechanismus für die Umsetzung eines im Zeilensprungverfahren übertragenen Fernsehbildes in die digitale Darstellung, der besonders für schnelle Bewegungen im Bild optimiert wurde. Hinzu kommen Algorithmen für die verzerrungsfreie Umsetzung eines Films im 3:2-Format auf das 16:9- bzw. 4:3-Fernsehformat sowie die Sicherung der richtigen Abfolge der Halbbilder im digitalen Signal, das zum Bildschirm hin ausgegeben wird. Neben einem Funktionsblock für die Rauschreduzierung sind dort spezielle hybride Filter für die Verbesserung von Schärfe und Klarheit des Bildes in Abhängigkeit vom Bildinhalt implementiert. Ein weiterer Funktionsblock übernimmt die Optimierung der Farbdarstellung, ebenfalls auf der Grundlage des vorliegenden Bildinhaltes. Darüber hinaus ist in der „Engine“ ein Tool für die Verbesserung bewegter Bilder implementiert, deren Parameter zur Bildverbesserung über eine grafische Benutzeroberfläche per Maus vom Anwender optimiert werden können.

Das Ausgangssignal des HD-Video-Prozessors wird über ein 10 bit breites „Dual Link“-LVDS-Interface an das LC-Display übermittelt. Das Video kann gleichzeitig auf die Standard-Auflösung herabskaliert werden. Die Bildqualität des Standard-Signals lässt sich mit speziellen Filtern für Farbe und Helligkeit optimieren. Zwei weitere Eingänge, einer für das digitale RBG-Signal, der andere für ein Signal nach dem ITU-R-656-Standard, stehen zusätzlich zur Verfügung.

Anbindung über den internen Bus

Der als Systemprozessor verwendete ARM1176JZF-STM integriert neben dem Cache und der TCM-Einheit (Tightly Coupled Memory) eine MMU für das Speichermanagement. Mit einem Coprozessor für die Gleitkomma-Verarbeitung, der Thumb-Erweiterung für den „Compact Code“-Befehlssatz und der implementierten Multi-Tasking Virtual Machine, die von ARM als „Jazelle Technology“ bezeichnet wird, bietet der Prozessor ausreichend Rechenleistung für die Verarbeitung seiner Anwendungs-Software. Für die Verarbeitung von HDTV- und H.264-Audio- und -Video-Signalen sowie zur Bildverbesserung werden lediglich noch zwei 16-bit-DDR2-Speicherbausteine des Typs SDRAM667 benötigt. Der Charme des SoC liegt nun darin, dass unterschiedliche Baugruppen über den internen Systembus mit Hilfe des Systemprozessors flexibel und effizient aneinander gekoppelt werden können. So ist hier die Erweiterung des bereits erprobten HD-Video-Prozessors um eine Funktionsbaugruppe möglich, mit der sich die digitalen Audio-Signale nach den verschiedensten Standards verarbeiten und für die Wiedergabe aufbereiten lassen. Der hier eingesetzte Baustein beherrscht jeden der gängigen Audio-Standards. Als Ausgänge sind S/PDIF und I²C verfügbar, letzterer mit einer einstellbaren Verzögerung für lippensynchrone Wiedergabe.

Schließlich lassen sich an die Struktur noch die üblichen Schnittstellen ankoppeln. Interessant ist dabei die USB-2.0-Schnittstelle mit OTG-Controller (On The Go), mit der sich USB-Geräte anschließen lassen, ohne dass ein PC für die Steuerung von Datentransfers nötig ist. Zusätzlich sind die für einen digitalen Fernsehempfänger erforderlichen „Smart Card“-Schnittstellen ebenso implementiert wie die Schnittstelle zur Kommandozentrale des digitalen Familienmittelpunktes, der Infrarot-Schnittstelle für die Fernbedienung. jw

Siehe auch:

Codierung von digitalen Video-Dateien

Videotelefon auf einem Chip