デジタルTV対応システムLSI開発...2004/01/09  · Digital Terrestrial 64/256QAM Rx/Tx OOB Tuner フロントエンド Tuner 国内地上デジタル放送 2003年...

デジタルデジタルTVTV対応システム対応システムLSILSI開発開発

松下電器産業㈱　半導体社

システムLSI開発本部　第一商品分野開発センター

第三開発グループ

寒川　賢太（そうかわ　けんた）

20042004年年11月月1010日日

デジタル放送対応テレビを支える技術とLSIデジタル放送対応テレビを支える技術とLSI

デジタル放送対応テレビ

デジタル放送

まず、はじめに. . .

MPEG2デコーダ

デジタル放送対応システムLSI

1394

Bluetooth

802.11

Linux

μITRON

PLCInternet

HTML

JAVA BML

最先端の技術はあれこれありますが。。。。

デジタルTVタイトルはこちらの意味

デジタル回路で処理しているTV

内容内容

1.はじめに

・デジタル放送の概要

2.デジタル放送対応TV-1 フロントエンド

-2 バックエンド

-3 映像表示

3.結び

1.はじめに

・デジタル放送の概要

2.デジタル放送対応TV-1 フロントエンド

-2 バックエンド

-3 映像表示

3.結び

（米国）ＡＴＳＣ方式 Advanced Television Systems Committee

（欧州）ＤＶＢ方式 Digital Video Broadcasting Project

（日本）ＡＲＩＢ方式 Association of Radio Industries and Businesses

日米欧で放送方式策定

1980年代後半 米国ATV(Advanced TV)規格化の動き1990 米GI(General Instrument)社

DigiCipher方式提案⇒にわかに放送デジタル化の流れに

1994 ＭＰＥＧ２規格

デジタル放送方式の規格化デジタル放送方式の規格化

世界のデジタル放送規格世界のデジタル放送規格

USA(ATSC） Japan(ARIB)Europe(DVB)

Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Cａｂｌｅ

23.5Ｍｂｐｓ 29.2Ｍｂｐｓ 38.1Ｍｂｐｓ

ＲＳ(204,188）

Ｃｏｖｏｌｕｔｉｏｎｃｏｄｉｎｇ ―

ＯＦＤＭ＋ ＱＰＳＫ QAM

PSK,QAM

８ＭＨｚ 26～54ＭＨｚ ８MHz

ＭＰＥＧ2 ＴＳ

ＭＰＥＧ２

ＭＰＥＧ2 ＢＣ

1080ｉ－25／30

1080ｐ－25／30

576ｉ－25

576ｐ－25

Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ

19.39Ｍｂｐｓ

ＲＳ(207,187）

Trellis ｃｏｄｉｎｇ

8－ＶＳＢ

６ＭＨｚ

ＭＰＥＧ2 ＴＳ

ＭＰＥＧ２（ＭＰ＠ＨＬ）

ＤｏｌｂｙＤｉｇｉｔａｌ(ＡＣ－3）

１０８０ｉ－３０

１０８０ｐ－24／30

720ｐ－24／30

480ｐ－24／30／60

480ｉ－30

Ｓｙｓｔｅｍ

Ｂｉｔｒａｔｅ

Ｅｘｔｅｒｎａｌｃｏｄｉｎｇ

Ｉｎｔｅｒｎａｌｃｏｄｉｎｇ

Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ

Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ

Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｍｅｔｎｏｄ

Ｖｉｄｅｏｅｎｃｏｄｉｎｇ

Ａｕｄｉｏｅｎｃｏｄｉｎｇ

Ｖｉｄｅｏｆｏｒｍａｔ

Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Cable

23.4Ｍｂｐｓ 52.2Ｍｂｐｓ 29.2Ｍｂｐｓ

ＲＳ(204,188）

Ｃｏｖｏｌｕｔｉｏｎｃｏｄｉｎｇ ―

ＯＦＤＭ＋ 8ＰＳＫ ＱＡＭ

PSK,QAM

6ＭＨｚ 34.5ＭＨｚ 6ＭＨｚ

ＭＰＥＧ2 ＴＳ

ＭＰＥＧ２

ＭＰＥＧ2 AAC

1080ｉ－30

（1080ｐ－60）

720ｐ－60

480ｐ－60

480ｉ－30

96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12

ＢＳ

ＣＳ

地上波

標準規格・免許

2000/12本放送開始

2007年BS5先発機打上げ

2003年東名阪 2006年全国展開

99年実験放送開始 2011年ｱﾅﾛｸﾞ放送終了予定

epサービス開始

見るだけのTVから使うTVへ！

モアチャンネル

高画質・高音質・データ放送

96/9PerfecTV

98/4SkyPerfecTV

2002年春　CS110°97/12DirecTV

FCC

ＶＴＲ　ＤＶＤレコーダ等２００７年７月１日１００％

３６インチ以上２００４年７月１日　５０％２００５年７月１日１００％

２５～３５インチ２００５年７月１日　５０％２００６年７月１日１００％

１３～２４インチ２００７年７月１日１００％

<米国の動き>ＤＴＶチューナ装備義務化（２００２年８月８日、ＦＣＣ可決）

日本における放送デジタル化の動き日本における放送デジタル化の動き

MPEG2エンコード

映像信号符号化

音声信号符号化

情報多重化

映像信号符号化

音声信号符号化

誤り訂正符号

デジタル変調

送信

＋アップリンク

映像：22 Mbps音声：128 kbps

34.5MHz帯域56.61 Mbps

ベースバンド

映像：1.2 Gbps

音声：1.5 Mbps

11GHz帯

通信衛星へ（地球から宇宙へ）

bps = bit / second1秒当りの伝送ﾋﾞｯﾄ数

番組情報

デジタル放送の送信システム例デジタル放送の送信システム例((衛星衛星))

11.711.7～～12.0 12.0 GHzGHz

情報分離

情報分離

映像映像デコードデコード

音声音声デコードデコード

誤り訂正

誤り訂正

デジタル復調

デジタル復調

ＢＳチューナ

ＢＳチューナ

1 1 GHzGHz帯帯

ＣＰＵＣＰＵ 番組情報番組情報

ﾄﾗﾝｽﾎﾟｰﾄｽﾄﾘｰﾑﾄﾗﾝｽﾎﾟｰﾄｽﾄﾘｰﾑ

34.534.5MHzMHz帯域帯域 56.61 56.61 MbpsMbps

ベースバンドベースバンド

映像信号映像信号

音声信号音声信号

MPEG2デコード

デジタル放送の受信システム例デジタル放送の受信システム例((衛星衛星))

今後はMPEG4

とか

1.はじめに

・デジタル放送の概要

2.デジタル放送対応TV-1 フロントエンド

-2 バックエンド

-3 映像表示

3.結び

デジタル放送対応テレビの構成図デジタル放送対応テレビの構成図

VideoDecoder

Conventional

1ChipシステムLSIJPN：ISDB-OFDMUS：ATSC-VSBEU：DVB-OFDM

JPN：QPSK/8PSKUS:QPSKEU：QPSK

Digital Satellite

CATV

Digital Terrestrial

64/256QAMOOBRx/Tx

Tuner

フロントエンド

Tuner

AVDecoder

TSデコーダ

マイコンPeripheral

DTV System LSI

バックエンド

LCDPanel

フォーマット変換

高画質化処理

多画面表示　PIP　POP

DACx3

DACx１

Deflection

VM

PDPController

PDPPanel

PanelController

映像表示

CRT drive

Tele-Text

TVMicro.VIF

/SIF Audio(音多、NICAM)

AV

-SW

CRT

SP

ADC

Tuner

NTSC/PAL/SECAM

1394

無線LAN

card

D-VHS

DVC

22--11 フロントエンドフロントエンド

VideoDecoder

Conventional

1ChipシステムLSI

Tuner

AVDecoder

TSデコーダ

マイコンPeripheral

DTV System LSI

バックエンド

LCDPanel

フォーマット変換

高画質化処理

多画面表示　PIP　POP

DACx3

DACx１

Deflection

VM

PDPController

PDPPanel

PanelController

映像表示

CRT drive

Tele-Text

TVMicro.VIF

/SIF Audio(音多、NICAM)

AV

-SW

CRT

SP

ADC

NTSC/PAL/SECAM

1394

無線LAN

card

D-VHS

DVC

JPN：ISDB-OFDMUS：ATSC-VSBEU：DVB-OFDM

JPN：QPSK/8PSKUS:QPSKEU：QPSK

Digital Satellite

CATV

Digital Terrestrial

64/256QAMOOBRx/Tx

Tuner

フロントエンド

Tuner

国内地上デジタル放送国内地上デジタル放送

2003年

本放送（東・名・阪）

2006年

全国放送

2011年

デジタル完全移行1999年

実験放送開始

■放送サービス例と端末例

■放送スケジュール（予定）

テレビジョン放送方式（13セグメント）

音声放送方式（1／3セグメント）

’99 ’00 ’01 ’02 ’03 ’04 ’05 ’06 ’07 ’08 ’09 ’10 ’11 ’12

OFDMOFDMとはとは

周波数

時間

マルチキャリア伝送方式の一種

・多数の狭帯域キャリア・シンボル時間が長い

マルチキャリアシステム

帯域幅

シンボル時間

マルチパス干渉に強い

・日本や欧州の地上デジタル放送で採用

・マルチパス妨害（反射波による妨害の事で，放送ではゴースト信号）に強い

直接波

遅延波

Orthogonal Frequency Division Multiplex :直交周波数分割多重

LSILSI開発の背景と課題開発の背景と課題

アナログ放送の妨害除去

２．移動体による独自サービスの実現

１．移行期間の視聴エリアの拡大

安定した移動受信 システムの低消費電力化

混信

電波の変動

デジタル15CH

アナログ15CH

※端末例

妨害除去性能妨害除去性能

デジタル

アナログ

高精度妨害検出アルゴリズム

周波数

電波のレベル

送信信号 受信信号

送信信号中のパイロット信号 受信信号中のパイロット信号

レベル

アナログ妨害を高精度に検出

アナログ放送の混信

周波数

周波数

電波のレベル

レベル

周波数

データの確からしさに従って、誤り訂正を制御

移動受信性能移動受信性能

時間

高精度波形等化技術

伝送路特性

時間 時間

パイロット信号

従来の伝送路推定 今回の伝送路推定

推定誤差小推定誤差大

伝送路の変動に対する追従性を向上

電波のレベル

電波のレベル

電波のレベル

：パイロット信号

：推定した信号

低消費電力化低消費電力化

＋

－

＋

－

＋

－

＋

－

大容量メモリ 中容量メモリ

中容量メモリ

演算ﾒﾓﾘ

＋

－

従来アーキテクチャ 並列アーキテクチャ

高速転送

演算部 演算部

低消費電力FFTアーキテクチャ

高速動作電力大

低速動作電力小

消費電力0.3Wを実現

・並列転送・アクセス削減

22--22 バックエンドバックエンド

VideoDecoder

Conventional

JPN：ISDB-OFDMUS：ATSC-VSBEU：DVB-OFDM

JPN：QPSK/8PSKUS:QPSKEU：QPSK

Digital Satellite

CATV

Digital Terrestrial

64/256QAMOOBRx/Tx

Tuner

フロントエンド

Tuner

LCDPanel

フォーマット変換

高画質化処理

多画面表示　PIP　POP

DACx3

DACx１

Deflection

VM

PDPController

PDPPanel

PanelController

映像表示

CRT drive

Tele-Text

TVMicro.VIF

/SIF Audio(音多、NICAM)

AV

-SW

CRT

SP

ADC

Tuner

NTSC/PAL/SECAM

1ChipシステムLSI

AVDecoder

TSデコーダ

マイコンPeripheral

DTV System LSI

バックエンド

1394

無線LAN

card

D-VHS

DVC

デジタル放送対応システムＬＳＩ開発の取組みデジタル放送対応システムＬＳＩ開発の取組み

01 02 03 04モア

CH

年99 00

BSデジタル放送用チップセット

MN2WS0002ADSTB用システムLSI

高画

質・

高音

質・

高機

能

ｅＳＴＢ用チップセット

05

HD

SD

1チップ　デジタルハイビジョン用システムLSI

MN2WS0002BH

MN677541ﾊｲﾋﾞｼﾞｮﾝ対応AVﾃﾞｺｰﾀﾞ

MN2WS00013

MN677542ﾊｲﾋﾞｼﾞｮﾝ対応AVﾃﾞｺｰﾀﾞ

MN2WS0010

98

システムシステムLSILSIのブロック図のブロック図

復調LSI

DMA ｸﾞﾗﾌｨｯｸｽｴﾝｼﾞﾝ

音声信号

モデム

ICCard

D-VHS

DVC

　　　　32bitマイコン

I/F I/F

I/F

ﾄﾗﾝｽﾎﾟｰﾄﾃﾞｺｰﾀﾞ

クロスバ・スイッチ

ｷｬｯｼｭﾒﾓﾘ

RDRAMHDD SDRAMﾌﾗｯｼｭﾒﾓﾘ

フロントエンド

復調LSI

階調ﾌｫﾝﾄｴﾝｼﾞﾝ

IEEE1394

映像信号DSP型ﾌﾟﾛｾｯｻ

VLIW型ﾌﾟﾛｾｯｻ

SIMD型ﾌﾟﾛｾｯｻ

ﾏﾙﾁｽﾚｯﾄﾞ型

ﾌﾟﾛｾｯｻ

I/F

バックエンド処理機能を

１チップで実現

HDD

各種I/F

＊「ＲＤＲＡＭ」は、ラムバス社の登録商標です。

メディアコアプロセッサ

チューナ

チューナ

インターネット

３２ビットマイクロプロセッサ３２ビットマイクロプロセッサ

デジタル家電用途に最適化

□ コードサイズの最小化とマルチメディア性能の両立

基本命令語長を１バイトとした可変長命令方式をベースに､

信号処理に適したＤＳＰ命令を拡張したオリジナル命令セット

■ バストラフィック改善によるシステム性能向上

クロスバ・スイッチの搭載および

外部バスの２分割化（メモリバス、システムバス）

□ LinuxやWindows ® CEなどの汎用OSに対応

汎用ＯＳの搭載を可能とするメモリ管理システム

クロスバ・スイッチクロスバ・スイッチ

クロスバ・スイッチが無い場合 クロスバ・スイッチが有る場合

処理待ち時間が多発 スムーズな流れ

● 効率良いデータ転送によるシステム性能の向上（約1.75倍）

AM33CPU コア

AM33CPU コア

On-ChipPeripheral

On-ChipPeripheral

DMADMA

SystemBus

Controller

SystemBus

Controller

ExternalMemory

Controller

ExternalMemory

Controller

IO SBCOCI EMC

DMA CD CI

On-chipCo-proc.Interface

On-chipCo-proc.Interface

SDRAMSRAMFlash等

タイマシリアルADCなど

内蔵RAM

１．SDカードのデータをDMA転送

３．内蔵ＲＡＭをデータＲＡＭとして使用

２．SDRAMから命令フェッチ

バストラフィック改善によるシステム性能向上バストラフィック改善によるシステム性能向上

クロスバ・スイッチ動作例

３マスタの同時平行アクセスが可能

バス衝突無く

バストラフィックを改善

メディア・コア・プロセッサメディア・コア・プロセッサ((MCP)MCP)

・複数規格（アプリケーション）の効率的実装・新しい規格（アプリケーション）への短期間での対応・ソフトウェアIP化

外付けメモリ

映像出力

ストリームデータ

音声出力

MCP

ｺｰﾄﾞ変換ユニット（VLD）

VLIW型プロセッサ

ＤＳＰ型プロセッサ

ストリーム解析

ビデオ出力処理

オーディオ出力処理

デコード処理部 入出力処理部

マルチスレッド型ＲＩＳＣプロセッサ

SIMD型プロセッサ

外部メモリインタフェース

ピクセル処理部

MC(動き補償）

処理

非同期イベント処理

逐次処理

並列処理

ｽﾄﾘｰﾑﾌﾟﾛｾｯｻ

ｽﾄﾘｰﾑﾌﾟﾛｾｯｻ

HDDI/F

CPU

メモリI/F メモリ

SDｶｰﾄﾞI/F

CH1

ﾄﾗﾝｽﾎﾟｰﾄﾃﾞｺｰﾀﾞｺｱ

「ストリーム処理機能のプログラマブル化」

各種ストリーム形式の並行処理複数ストリームの同時処理

「システム構成のプログラマブル化」

ストリームI/F・ストリームプロセッサ間マトリックススイッチ構造の開発

柔軟なシステム構成可能

ｸﾛｽｽﾄﾘｰﾑ・ｽｲｯﾁｸﾛｽｽﾄﾘｰﾑ・ｽｲｯﾁ ｽﾄﾘｰﾑ・ﾌﾟﾛｾｯｻｽﾄﾘｰﾑ・ﾌﾟﾛｾｯｻ

D-VHS

HDDレコーダ

フロントエンド

HDD

トランスポートデコーダトランスポートデコーダ

フロントエンド

CH２

ストリーム処理専用アーキテクチャの開発

AVデコード

メモリI/F メモリ

IEEE1394I/F

システム総合性能の追求システム総合性能の追求

システムノウハウ 実動作解析によるﾎﾞﾄﾙﾈｯｸの把握

実動作解析によるﾎﾞﾄﾙﾈｯｸの把握

ソフトウエアによる様々な方式への対応

将来のデジタルTV放送への拡張性

システムとしての組上げシステムとしての組上げ

１．分離バス構成の採用

２．クロスバススイッチ回路

３．アーキテクチャーの最適化

単独動作で最高性能でも

。。。

マイコン(AM33)121MHz

I-Cache4way,8KB

D-Cache4way,4KB

クロスバスイッチ

外部ﾊﾞｽ制御

MCPトランスポートデコーダ

DMA制御

命令バス　　　

ｽﾄﾘｰﾑﾊﾞｽ

周辺I/O

SRAM

データバス

I/Oバス

FLASHメモリ

SDRAM

フロントエンド

Video

Audio

システムLSI

SDRAM

SDRAM制御

バックエンドバックエンドLSILSIのシステムアーキテクチャのシステムアーキテクチャ

クロスバ・スイッチによるバストラフィックの改善

システムLSIの利点を活かした

並列バスアーキテクチャ

アクセス調停の最適化

22--33 映像表示処理映像表示処理

VideoDecoder

Conventional

1ChipシステムLSIJPN：ISDB-OFDMUS：ATSC-VSBEU：DVB-OFDM

JPN：QPSK/8PSKUS:QPSKEU：QPSK

Digital Satellite

CATV

Digital Terrestrial

64/256QAMOOBRx/Tx

Tuner

フロントエンド

Tuner

AVDecoder

TSデコーダ

マイコンPeripheral

DTV System LSI

バックエンド

Tele-Text

TVMicro.VIF

/SIF Audio(音多、NICAM)

AV

-SW

SP

ADC

Tuner

NTSC/PAL/SECAM

1394

無線LAN

card

D-VHS

DVC

LCDPanel

フォーマット変換

高画質化処理

多画面表示　PIP　POP

DACx3

DACx１

Deflection

VM

PDPController

PDPPanel

PanelController

映像表示

CRT drive CRT

映像フォーマット映像フォーマット

1080i 1920 x1080

720p 1280 x 720

480p

720 x 480480i

ﾌｫｰﾏｯﾄ有効画素数（水平x垂直）

720 x 480

16：94：3

16：9　

16：9　　

16：9　　　　

アスペクト比

飛び越し

フレーム周波数(Hz)

走査方式

29.97

59.94

59.94

　29.97

　順次　

　順次

飛び越し

サンプリング周波数（MHz)

走査線数／有効走査線数

1125／1080

750／720

525／480

525／480

74,25／1.001

27.0

27.0

74,25／1.001

1080p 1125／1080 148.5／1.001 1920 x1080 16：9　　　　

　順次　 59.94

１０８０ｉｉはインタレース方式 p はプログレシブ方式

有効走査線数　（全走査線数 : 1125、750、525）

映像表示処理映像表示処理

映像表示処理

Display

PDPLCDCRTetc.

VGAXGASXGAUXGA480i480p720p1080i

■フォーマット変換- H/V resize- Frame rate conversion- Interlace/Progressive conversion

■多画面処理- Double window- Picture In Picture, Picture Out Picture

■高画質化処理、画質調整処理- Gradation correction- Enhancer- Hue,Saturation,Brightness,Contrast and Gamma

PC

STB

DVD

TVの画質を決定する要TVの画質を決定する要

ex)WXGAパネル：1280x720

IPIP変換変換((DeDe--Interlacing)Interlacing)技術技術

伝送されたライン(画素)から伝送されてないライン(画素)を補間して作り出す

第1-field

第2-field

インターレース(飛び越し走査)信号をプログレッシブ(順次走査)信号に変換する技術

時間

IP変換

IP変換

単純にはめ込んだだけでは。。。

今後主流となるFPD(PDP,LCD)には必須の技術

動画が二重像になる

IPIP変換技術変換技術

(n-1)field

(n)field

(n+1)field

時間

垂直方向

伝送ライン(画素)

補間ライン(画素)

フレーム間差分検出フィールド間補間

フィールド内補間

差分映像信号

Frameメモリ

QABS動き

検出信号

●動き適応IP変換

●最近では、動きベクトル検出による高性能なIP変換も実用化

業務用映像機器技術が民生機器に半導体プロセスの進化

どの方向にどれだけ動いた

1.はじめに

・デジタル放送の概要

2.デジタル放送対応TV-1 フロントエンド

-2 バックエンド

-3 映像表示処理

3.結び

0

500

1000

1500

2000

2500

2003年 2004年 2005年 2006年 2007年

北米DTV

国内DTV

１３－２４ｲﾝﾁ

２５－３５ｲﾝﾁ

３６ｲﾝﾁ以上

ﾌﾟﾛｼﾞｪｸｼｮﾝＴＶ

一体型TV

２５６

１００

３５３

６２０

２９０２８５４８０

２８０

２０

６００

２３５２２０２０５

７４０１１３０１１２０

１６１

５５５

４０

２０３

１３８

９５９８４４６８

１７８６

１０８０

４５６

２１０

３５６１１０

４６３１２０１２０

１２０

STB

２４５５

●国内：2011年のアナログ停波に向けて年20％以上の市場成長●北米：2005年には36インチ以上でフルデジタル化

2007年には14インチ以上でフルデジタル化(2000万台市場）万台

８００

02/08FCC勧告

PC,DVR分野

HDTVHDTV市場予測市場予測

D-VHS

AVアンプ

・・・

HDD　レコーダ

IEEE1394

ＣＡＳ

放送事業者

インターネットインターネット

プロバイダ 高速ﾓﾃﾞﾑ

蓄積型データ放送サービス

双方向通信サービス

Ｅメールサービス

放送連携サービス

●放送と通信の融合で、見るだけテレビから使うテレビへ、さらに、どこでもテレビへ

HDD

無線LANパソコン

デジタルデジタルTVTVが創る新たな世界が創る新たな世界

ご静聴ありがとうございましたご静聴ありがとうございました