工程师谈品质(7)：源兴工程师谈电视卡(盒)的设计
硬件周刊
编者按
除了追求电脑的速度之外，电脑的功能扩展也同样吸引人，如安装电视卡(盒)，让电脑具备电视、甚至录像机的功能。面对市场上各种品牌的电视卡(盒)，它们的品质是否都是一样呢？下面就请源兴电视卡(盒)的研发总监Stimson·Wang博士谈谈电视卡(盒)设计的独特之处，让读者了解更多视频产品的专业技术知识。以下观点仅代表源兴工程师的观点，与本报立场无关。
注：Stimson·Wang博士曾在我国台湾大学以及纽约州立大学深造，获得纽约州立大学博士学位，曾任VIA研发领导小组成员，见解独到。
TV-Tuner电视卡(盒)作为一个PC周边设备，极具发展潜力，能够完成家电视频讯号与PC视频的整合，可以实现电视观看、录制、视频采集、视频编辑等功能，越来越受到用户的青睐，已成为计算机的重要扩展功能。而电视卡(盒)产品在设计中要注意以下几点：
1.不同类型的电气信号集中在一起，线路设计要掌握模拟及数字线路的位置平衡。一般的计算机板卡绝大部分为数字信号，不用过多考虑信号之间的干扰。而电视卡涉及到模拟信号与数字信号，以及众多的外部接口。以源兴的魔影电视录放卡为例，源兴魔影电视录放卡具有诸如S-Video、AV复合端子、TV天线等模拟信号输入接口，TV天线的载波信号经过解调处理，分成模拟的音频信号及数字的视频信号，而这些输入信号线路之间互相干扰的现象比较严重，必须充分考虑线路之间存在的干扰问题，模拟线路与数字线路的设计思想是不同的，模拟线路对阻抗要求更高，设计时往往要计算阻抗数值。数字线路设计就宽松得多，只要阻抗在一定范围内就可以了。解决这个问题的关键点是掌握模拟线路与数字线路的位置平衡，平衡得好，干扰可以相互抵消，掌握不好，干扰互相叠加。
图1 这是高频头背面的电视卡线路图，标号为“1”旁边的线路为模拟音频线路，标号“2”旁边的线路位数字视频线路，可以看到，这两边的线路并不对称，也不是最短距离，就是为了达到模拟及数字线路的平衡
2.高频头的线路设计必须具备面积较为充裕的地线层。高频头作为电视信号的接收部件，其载波信号包含视频影像数据及音频数据。为保证影像及音质的清晰逼真程度，一定要尽可能地减少其他电路对输入信号的干扰，以免引起影像失真及声音品质下降，而最最简单有效的方式就是为高频头布上面积较大的地线层以减小外部干扰。
3.电路设计必须精确计算线路长度及阻抗。对于电视卡(盒)来讲，清晰的影像画质、高保真度的音质是产品的基本要求。分析起来，影像及音频线路的阻抗代表着诸如色度、对比度、音频等信号数值，不适当的阻抗会给视频处理芯片带来较大的信号采集失真，从而导致影像的偏离、音质的降低。源兴USB2.0电视录放盒在设计过程中，对PCB的Lay-Out设计在电脑仿真软件上整整改了25次，目的就是为了找到最合理的线路图以实现最优良的影像及音质。
图2 圆中所示大片区域没有布线，都是地线层。
4.众多视频、音频输入接口导致线路抗干扰设计困难加大。我们都知道，电视卡(盒)具有较多的视频音频输入接口，如S-Video、AV-IN复合端子输入、TV天线、AUD-IN输入，一些产品还有FM调频输入，源兴的USB2.0 COMBO电视盒还具有YcBcr色差分量输出输入端子。说起来，每一个输入接口就是一个小天线，会将外部电磁干扰引入视频处理器，成熟的研发工程师必须有独到的干扰信号滤波设计，才能保证影像及声音不失真。市场上一些杂牌电视卡，做工低劣，更谈不上在滤波设计上花费多少心思。较差的影像及声音效果其实都是研发工程师不成熟的设计能力造成的。
图3 图中标号为“1”及“2”的线路没有遵循距离最短化及对称原则，就是为了阻抗匹配。
小知识：YcBcr色差分量端子即色差信号端子。它把色度(C)信号里的蓝色差(b)、红色差(r)分开发送，使传输的图像清晰度得到提高，更有利于视频的采集质量。
5.许多A/D(模数)转换电路需要工程师绞尽脑汁。由于外部影像及声音的输入是模拟数据，变换成计算机可以处理的数字信号数据，必须经过A/D转换处理。A/D(模数)转换为了追求数值准确，采样精度不能低于8位，可是外部线路一点点干扰就会将这么高的采样精度化为乌有，就是说，A/D(模数)转换线路是电视卡(盒)开发中要求最高的线路设计。
6.电路设计必须吸取电视、电脑主板、音响行业、电源线路的设计精华。小小的一块电视卡，涉及到传统的电视信号、音效处理、计算机数字高频处理信号，要把这几个方面有机地结合起来，没有良好的设计功底是决定做不到的。否则产品在影像质量、音效品质、计算机兼容能力及稳定性三方面很难做到都让用户满意的程度，总有部分无法容忍的缺陷。有些时候还要考虑电源匹配问题。比如源兴USB2.0电视盒带有专用电源适配器实现稳定供电，改变了以前USB2.0电视盒直接从电脑USB接口提取电能的设计方案，避免出现USB接口供电不足的现象，让产品的稳定性及兼容性得到进一步提高。
图4 图中椭圆形框中可以看到视频、音频输入输出接口较多，要处理好这些接口的干扰信号，滤波设计并不是简单的事。
7.线路设计必须为软件工程师的软件设计考虑。电视卡(盒)必须依靠软件来实现压缩编码，计算A/D模数转换的数据时，为采样准确所设置的采样频率与线路设计息息相关。优良的线路可以提高采样频率并使视频处理芯片的数字采样信号最接近模拟数据。
以上内容只是粗略地谈谈电视卡(盒)的一些设计概要，一款优秀的视频产品背后有着严谨的设计。希望通过我们的介绍，能让大家对电视卡(盒)的品质有初步了解，以便于大家购买一款满意的产品。