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Friday, May 20, 2005

電視與多媒體顯示器各擅勝場 控制IC市場詭譎多變

【黃仁宏】 2004.03



LCD TV控制IC在控制板(Controller Board)上佈局,其核心元件包括視訊解碼器(Video Decoder)、解交錯式掃描器(De-Interlacer)及縮放控制器(Scaler)等。另外包括類比數位轉換元件(Analog Digital Converter, ADC)、鎖相迴路(Phase Lock Loop, PLL)、數位視訊接收介面(Digital Video Interface, DVI)、螢幕顯示調整(On Screen Display, OSD)、微控制單元(Micro Control Unit, MCU)、記憶體(Memory)、低電壓差動訊號處理介面(Low Voltage Differential Signaling, LVDS)等分離式晶片,各廠商則視系統需求或IP成本以獨立(Independent)或嵌入(Built-in)方式佈局於核心元件上。

各元件可區分為前中後以及支援端

LCD TV控制IC扮演視訊輸入端與LCD TV面板模組之間的中介角色,專司訊號的接收、轉換、處理及輸出。各元件所擔任的功能可依前、中、後及支援端加以區分:

前端-訊號接收與轉換:

ADC

將PC顯示卡所輸入的類比RGB訊號轉換成數位訊號。

PLL

在ADC過程中負責訊號採樣,多數已嵌入ADC元件中。

DVI Rx

接收以數位編碼格式所輸入的影音訊號,如來自PC-DVI介面或其它數位影音裝置的訊號等;若嵌入HDCP晶片,則可以執行來自DTV加密/付費視訊的解密。

Video Decoder

傳統NTSC/PAL/SECAM等TV訊號採取複合波形輸入,Video Decoder內含梳形濾波器(Comb filter)功能,可以將複合端子(Composite、CVBS)、S端子或色差端子(YpbPr/YUV)所輸入的類比訊號分離,並轉換為數位信號。

上述元件主要執行訊號的接收與轉換,以供中、後端元件進行處理、顯示、傳送、儲存等用途。而ADC與Video Decoder則包含整合類比與數位之混合信號(mix-signal)晶片設計技術,電路結構較為複雜,不易與其它元件整合。

中端-訊號處理與增益:

De-Interlacer

主要將電視訊號所用的交錯式掃描(interlaced)轉換為目前各種新型顯示裝置如LCD TV、PDP TV、rear-projection TV等所用的逐行循序掃描(progressive)。De-Interlacer可稱為LCD TV控制IC首要核心,廠商設計時多視系統需求,嵌入增益軟體(Video Processing S/W),以提供畫質調整及改善,例如亮度(brightness)、對比(contrast)、色調調整(hue&saturation controls)、雜訊消除(noise reduction)、黑階延伸(black-level extension)、銳利度調整(peaking/sharpness)及Gamma修正等。

後端-訊號調整與輸出:

Scaler

主要將不同影音裝置所輸入的畫面解析度或形狀大小進行調整,重新填寫成LCD TV的原始像素矩陣(Native Resolution)。此技術多應用於LCD顯示器控制IC上。

OSD

負責調整螢幕顯示亮度、對比、垂直與水平位置,通常視系統支援的語言及字型多寡,選擇以內嵌(embedded)或外加(optional)方式配置。

LVDS

傳輸已處理好的影像訊號至LCD TV面板模組。

支援端-指令協調與暫存

MCU

視訊處理過程中,Video Decoder與De-Interlacer會有較為頻繁的指令需求,MCU配合上述兩元件,利用撰寫之程式予以定義或控制,有時也負責OSD外觀及字型轉換的協調功能。

Memory

配合MCU及De-Interlacer,滿足其指令暫存空間,目前以SDRAM或EEPROM為主。

LCD TV控制IC關係畫質優劣

TV經過長年發展,提供較為完美的影像再生能力以及完整的系統解決方案,因此LCD TV控制IC業者不論在混合/數位/類比訊號處理技術、整合元件設計,或提供系統商技術支援等議題上,都遠較發展LCD顯示器控制IC來得複雜許多。

目前LCD TV主要可分為Pure TV跟Multimedia Monitor兩種,雖然兩者都號稱可以處理電視訊號,但實際上,在影像處理能力(如上述所提及)以及VBI功能支援(如隱藏字幕顯示-Close Caption;電傳視訊-Teletext)等完整電視解決方案上,兩者的表達能力並不一致,這其中控制IC的技術優劣為其關鍵。也因此,晶片商如何針對LCD TV系統功能及規格需求進行設計開發,將影響產品未來在技術層次及市場拓展能力上的差異。整體而言,LCD TV控制IC目前所關注的系統功能及規格需求如表1、2所示。

LCD TV控制IC發展為整合型晶片的考量

以技術領先為考量

投入LCD TV控制IC市場的IC設計業者,大概可以區分為兩類,第一類即是由LCD顯示器控制IC領域延伸過來的業者,由於歷練過LCD顯示器控制IC世代的高度競爭,此類業者多已順利跨越學習曲線,將發展較為成熟的分離式元件如OSD、MCU整合至核心元件上。

第二類業者則為看好LCD TV市場的產值成長,及當地更趨成熟的TFT-LCD上、中、下游產業鏈優勢,而將此列為未來重點產品線的設計業者。此類業者多數具有類比或混合訊號處理的經驗與能力,因此在跨入較具整合障礙的Video Decoder或ADC等元件時較具優勢,少數業者如Trident、視傳科技則已發表整合了三顆核心元件的單晶片,就LCD TV控制IC而言,先期投入研發的業者其技術領先差距約有1~2年之譜。

因此,晶片商在朝向設計整合時,仍多以本身的核心IP做為出發,少數具技術障礙的部分,只有靠時間加以克服,這段追趕時期於是成為強調研發、擁有關鍵技術能力業者的高毛利時期。

以市場需求與成本效益為考量

除了技術差距以外,部分元件的整合與否,則是基於市場需求與成本/效能比(Cost/Performance)的考量。舉例而言,目前包括Samsung、LG. Philips以及Sharp在內的全球LCD面板廠商並無真正達到HDTV解析度(1920 x 1080i)的LCD TV面板產能開出,故多數晶片商自然不會耗費成本將HDTV輸出規格嵌入。另外,除了Genesis、Pixelworks及Philips等專注於高階市場的國際大廠外,多數廠商並無在DVI規格內嵌入HDCP晶片(少數推出HDTV Ready產品的系統商則以外掛方式嵌入控制板),這是由於全球DTV及視訊加密付費市場仍未正式起飛,業者不會貿然整合尚無市場需求的產品;而在目前Pure TV廠商要求Performance多於Cost的情形下,如ADC、MCU或SDRAM等分離式元件,在採取外掛式的成本、良率甚至效能都可能比整合型良好的話,現階段業者不會積極進入此市場。亦即在LCD TV控制IC前端整合技術尚未成熟之前,業者會先選擇鞏固高C/P值市場(表3)。

LCD TV控制IC欲整合T-CON仍有困難

在傳輸介面端,LCD顯示器控制IC經過幾年的發展,已經可以擁有較為多樣的組合方式,如LVDS、TTL或整合時序控制晶片(Timing-Controller, T-CON)的RSDS/TTL+T-CON介面等,但目前LCD TV控制IC在傳輸介面端多只能採取LVDS或TTL型式,難將T-CON一起整合,這是由於LCD TV在面板模組及控制板之間電路所需的Cable傳輸線較長,若是整合進T-CON,則模組間會有電磁干擾(EMI)的問題。目前已克服此問題的晶片只有Philips的SAA6714一款而已,但相信在未來成本持續要求下降的壓力下,SIP(Smart Integration Panel)議題會再度在LCD TV控制板上浮現。

不同層級控制IC滿足不同需求

Pure TV用控制IC注重效能表現

前述談及LCD TV控制IC的核心元件包括Scaler、De-Interlacer及Video Decoder等,這是由於LCD TV控制板上雖仍包含其它許多顆分離式元件,但由於此類元件的技術較為成熟、毛利偏低,可替代性高,因此就產品本身的競爭力或出貨量而言,並無太大象徵意義。晶片商關注的焦點落在三顆核心元件上,尤其以較具技術障礙的Video Decoding技術與De-Interlacing技術為最。

就致力於發展Pure TV的系統廠商而言,控制IC(或單顆整合型晶片)必須擁有完整的視訊處理、增益、縮放及系統VBI功能,才能順利成為解決方案,因此,在目前Video Decoder技術難以整合,而Scaler技術又漸趨成熟的情況下,核心De-Interlacer的單顆表現能力,或是整合型的D+S能否有效搭配顯得同樣重要。基於此點,目前朝向Pure TV市場出貨的晶片商採取的策略有二,其一為整合型D+S單晶片,外掛Video Decoder出貨,例如凌陽科技的D+S整合型晶片,搭配Micronas的Video Decoder出貨;另外則是開發表現能力較佳的單顆De-Interlacer晶片(裡面只發展較簡易的Scaling功能),再與其它廠商合作,搭配Scaler及Video Decoder出貨,例如Sharp In-House的Scaler,搭配Genesis的De-Interlacer,再搭配Micronas的Video Decoder出貨。

部分廠商同時開發De-Interlacer搭配本身Scaler或Video Decoder的解決方案,藉此追求更高毛利與解決方案的穩定性,如Genesis的gm1601(D+S)+FLI2300(D)、Philips的SAA6714(D+S)+SAA7718(V.D.)或視傳科技的VX1120A(V.D.+D)+VX1531(D+S)等。

Multimedia Monitor控制IC主攻中低階市場

部分控制IC廠商則傾向於發展中階Multimedia Monitor路線,或直接出貨至以Monitor看TV的低階市場,由於此類型產品功能多著重於PC應用上,視訊處理要求遠較TV系統為低,少數Scaler技術發展較為成熟的業者,甚至以Scaler內嵌的2D De-Interlaing功能執行色彩處理,做為中、低階整合型晶片出貨至Multimedia Monitor(如創品電子的Zipro),在不耗費額外成本的情況下,搶佔利基市場。

不同產品滿足不同需求

由此看來,同樣稱為單顆De-Interlacer、單顆Scaler或是整合型D+S的單晶片,仍可以區分為許多產品層級互相搭配,整合型晶片不一定代表高階,分離式晶片也可以朝向高階發展,廠商之間共提解決方案搭配出貨,仍可保有競爭力。

整合型晶片與高階分離式晶片並行

隨著半導體技術進步,加上整合型晶片的優點可以縮小IC體積、降低功率消耗、降低封裝成本、節省PCB數量/體積、降低材料成本與LCD後段組裝成本,更可以使得系統產品更加輕薄短小,所以LCD TV控制IC朝向單晶片(V.D.+D+S)邁進是必定的趨勢,但在目前LCD TV市場供貨量仍小,以量制價競爭議題尚未發酵之前,晶片商並無即刻推出單晶片以求迅速降低成本的壓力,況且目前Pure TV系統商重視Performance多於Cost,晶片商勢必會先鞏固C/P值高的產品線。就目前各廠商單晶片開發進度,預計2004年Q1時,市場競爭會進入白熱化狀態。

目前市場上整合三顆核心功能的LCD TV控制IC只有Trident、Genesis與Philips等廠商量產出貨,但考量目前整合型晶片(V.D.+D+S)分別在良率、效能或嵌入成本都不及於分離式元件的情況下,晶片商考量實際效益,還是會以「投入整合型晶片研發」與「高表達能力分離式元件供貨」兩個方向同時並行,兼顧現實及未來市場開拓能力。

部分規格將納入設計議題

HDTV輸出規格

如同前述,目前包括Samsung、LG Philip及Sharp在內的全球LCD面板廠並無達到HDTV解析度(1920 x 1080i)的LCD TV面板產能開出,但就廠商所提出的規劃時程與技術能力來看,相信表現能力可達到HDTV等級的LCD TV大尺寸面板將會在2004年中陸續開出,屆時全球LCD TV輸出介面嵌入HDTV規格將納入晶片商設計議題。

DVI-HDCP及VBI功能

另外,配合DTV應用的DVI-HDCP(25pin DVI接頭)或者歐規、美規TV系統所強調的VBI功能,晶片商也可考慮市場風向而納入設計,雖然LCD TV出貨量目前仍以日本佔掉80%為最大宗,但隨著各國DTV傳輸環境持續成熟,DTV Ready或DTV將成為當地電視產品基本格式,晶片商在日本家電大廠控制IC委外量暫時不會大量釋出的情況下(目前釋出約20%),應多爭取其它市場,加上台灣IT系統廠(如廣達、仁寶、明基)或TV系統廠(如瑞軒)來自國外LCD TV、Multimedia Monitor的OEM訂單在未來可望大幅成長的情形下,投入整合DVI-HDCP或VBI功能應有效益可期。

Pure TV與Multimedia Monitor各擅勝場 晶片組產品擴大區隔

由於大尺寸(27吋以上)LCD TV面板尚未大量開出,導致目前晶片商在核心元件的產品設計或供貨市場上並無特別明顯的規劃目標,支援中、小尺寸(20吋以下)的控制IC可以支援Pure TV畫質,但也適用於Multimedia Monitor等級。

但就Display Search調查2003年Q1及Q2的出貨量顯示,20吋SVGA(800x600)及20吋以上WXGA(1280 x 768)等級已成為目前成長率最快的產品別,可以預期的是,伴隨大尺寸LCD TV面板產能開出,原本就適合大尺寸的Pure TV將更深入家庭化市場(Family TV),而以PC看TV做為應用概念的Multimedia Monitor則更走向個人化、學生化及第二台化(Personal、Student's & Second TV),因此,Pure TV系統商對於控制IC的視訊處理能力、解析度支援及晶片商所能提供的Total Solution支援能力,要求將更為嚴苛;而Multimedia Monitor系統商對於控制IC在PC層面上的應用,例如以微軟Media Center概念做為出發點的設計也會更加重視。在兩種終端產品未來兩年內出貨量上並無很大差距時,屆時,晶片商勢必要將控制IC的技術層次與應用市場分開,形成專為Pure TV設計或專為Multimedia Monitor設計的客製化解決方案,擴大市場區隔或多產品線並行的情形將漸趨明顯。

(作者目前任職於拓墣產業研究所)

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