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4K芯片:超高清带来功能升级

近几年,超高清电视(UHDTV)迅速普及,4K分辨率(3840×2160像素)和8K分辨率(7680×4320像素)能够很好地还原画面的真实,展现出全高清画面4倍信息量的画质。
发布时间:2018-03-28 07:53        来源:中国电子报        作者:顾鸿儒

——中国超高清视频(4K)产业系列报道之六

近几年,超高清电视(UHDTV)迅速普及,4K分辨率(3840×2160像素)和8K分辨率(7680×4320像素)能够很好地还原画面的真实,展现出全高清画面4倍信息量的画质。国家广播电视产品质量监督检验中心等已经制定了关于4K超高清电视首个行业统一标准,在新规定的要求下,4K高清将为芯片业带来发展机遇。

电视仍是4K芯片主流应用

4K高清显示的发展受到国家产业政策的支持,部分符合条件的省市纷纷推出扶持政策,增加支持力度,努力协同上下游,打通4K产业链的各个环节。

2017年,广东省人民政府办公厅印发了《开展新数字家庭行动推动4K电视网络应用与产业发展若干扶持政策(2017—2020年)》,并在《广州市关于开展新数字家庭行动推动4K电视网络应用与产业发展的试点工作方案》中表示,到2019年年底,形成16个以上4K应用示范社区,力争4K用户新增100万户。

在部分省市政策的大力扶持下,我国4K电视市场获得迅速发展。根据中国电子视像行业协会数据,我国4K电视的市场渗透率逐年增长,到2020年将达到71%。行业人士一般认为,当4K电视普及率在60%以上时,便达到了普及水平。

而4K显示市场渗透率的提升必将带动4K芯片需求的增加,为芯片产业带来新的市场机会。集邦拓墣产业研究院分析师陈彦尹指出:“4K芯片将在4K整体市场规模的带动下不断增长。以电视的面板驱动芯片(DDIC)为例,2017年4K电视渗透率上升,带动了面板驱动芯片DDIC在电视领域的产值增加,由2017年的19.92亿美元上升至2018年的21.10亿美元,约上升了6%。”

分析师预测,芯片市场的增长将有一个过程,并不是突飞猛进式的。“4K的到来其实已经有一段时间了,对于现阶段芯片业来说,已经没有太多的变化可言。”集邦拓墣产业研究院分析师姚嘉洋说。

此外,电视依旧会成为4K芯片的主流应用领域,其他市场,例如电子广告牌,可能会逐渐涉及4K显示。而4K芯片的主要类型也将保持以SoC为主,搭配驱动面板的驱动IC。

4K带动显示芯片升级

2013年,国家广播电视产品质量监督检验中心、中国电子商会制定了关于4K超高清电视的首个行业统一标准——《4K超高清电视选购标准》。标准规定,4K超高清电视需配备专业级UHD超高清显示屏;具备四核及以上处理器且内置4K解码芯片,搭载Android4.2及以上版本操作系统;应用成熟的2K转4K画质提升技术;具备USB3.0 HDMI1.4及以上版本的高速传输端口;搭载丰富智能云应用,实现家庭多终端互联互通。

据集邦拓墣产业研究院经理林建宏介绍,与4K显示相关的芯片大体可以分为三个部分,包括与消费者直接互动的显示设备芯片,如系统级芯片SoC(包括编码器和解码器)、显示驱动器、数字视频变换盒、面板驱动芯片、DRAM、数据输入端口、有线连接HDMI等;视频供应端涉及的芯片有GPU、CPU、服务器、广播/流媒体通信芯片等;基础设施用芯片则有数据中心/基站、DRRAM/闪存、PON/GPON、xDSL等。在提供影音服务的供应商中,4K芯片主要涉及电影院的播放器以及放映机。

要想实现4K高清数据显示,上述三大板块的显示芯片都将发生变化。例如消费者互动产品中的系统级芯片SoC中的编码器和解码器,4K超高清数字电视图像最大的特点便是数据量巨大,原有的MPEG-2或MPEG-4(AVC)标准编码方式已经不能满足性能要求。

要实现高效率、低消耗的信源压缩编码,系统级芯片的功能就要所有提升,编码器芯片与解码器芯片需要在规定的时间内完成大批量的数据处理。从QVGA(320×240)到1080p和超高清UHDTV(7680×4320),还要根据噪声电平、色域和动态范围改进图像质量,这需要芯片去实现更为高级的压缩技术。

“由于分辨率的提升,就需要更有效率的压缩技术进行支援,这将使得TV芯片厂商所需采用的解压缩技术从过去的H.264转换为H.265。” 集邦拓墣产业研究院分析师田智弘说。

不仅仅是压缩技术发生变化,4K的硬件解码功能也需要升级。产业链推出的硬件解码性能要求普遍是4K 30fps(播放速度每秒传输30帧数),为了实现4K超高清显示,越来越多的运营商需要更高的解码性能。

据晶晨半导体运营商事业部总经理陈永成介绍,晶晨S905L芯片打破了产业链上传统的4K 30fps,率先引领全4K 60fps市场的发展。“该产品具有超高清4K 60fps硬件解码性能;支持H.265 10比特、H.264和AVS+等众多格式;实现HDR10和HLG高动态范围处理;支持全高清1080p 60fps硬件编码。” 林建宏说。

除了在系统级芯片编解码上存在差异,4K高清显示在另外两个板块上的控制板、显示驱动器、存储器、输入输出设备方面也存在一些改变,这些改变根据4K显示的应用场景不同而有所差别。例如一些电视在实现4K超高清显示的同时,也添加了触控功能,这就要求4K芯片在方案中对触控预留接口;还有一些4K超高清显示添加了通话功能,这就要求其内置基带芯片。

差异化是芯片厂需关注的方向

正是由于4K显示的升级带动市场需求,吸引越来越多的芯片厂商紧锣密鼓的投入其中。2014年Ambarella和升迈科技先后推出可录制4K视频的系统芯片SoC。2015年,联发科运用杜比实验室的Dolby Vision技术推出4K超高清画质电视系统芯片SoC;创维4K电视GLED Air G9200开始搭载SoC芯片。2016年,海思(华为)具有自主知识产权和创新的IP视频技术被用到海思旗下最新的4K/H.265的SoC——Hi3519中。2017年,全志正式发布新一代H6系列4K HDR机顶盒SoC。

不过放眼整个市场,4K芯片供应的主力军并非中国大陆厂商。带有美资背景的晶晨半导体在全4K 60fps市场上独领风骚;中国台湾瑞昱的RTD1295将智能与4K超高清结合起来,其第一代4K芯片和解决方案打响了电视高阶芯片的第一枪。

在显示芯片领域,中国大陆厂商起步比较晚,市场份额相对落后。但是这些年随着中国本地4K市场需求的增长及中国厂商技术实力的提升,4K超高清显示将为中国芯片厂商带来发展空间。

据集邦拓墣产业研究院分析师姚嘉洋分析,差异化是中国大陆芯片厂需要关注的一个方向。未来4K芯片必会进入功能升级阶段,终端产品业者提供差异化的能力将会提升企业的竞争优势。

“芯片功能提升方面,如提升影像压缩比、对比度、明亮度、饱和度与传输接口等规格,4K的到来都能使之有一定的升级。而让终端产品业者提供更多的差异化,这应该是芯片业者在现阶段的主要机遇。”姚嘉洋说。

由于供应商的集中度高,导致终端产品出现同质化的情况。因此,如何通过软件或OS实现差异化,反而是电视芯片厂商要考虑的问题。对于芯片厂商而言,下一步需要针对影像处理之外的功能开发芯片。

除了影像处理等应用功能具有发展空间,4K的存储器芯片市场也具有良好的发展前景。4K超高清显示需要处理和运输大量的数据,这就为存储器厂商带来商机。

“4K及智能化的发展对于存储器的容量以及性能要求越来越高,希望有关部门能够进一步加大对于国内存储企业的支持力度,尽快让中国制造的存储产品早日运行在4K终端产品上。”陈永成说。

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