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行動應用搶手　DSP撐起一片天

2008-02-20

侯俊宇

隨著近年行動多媒體議題的發燒，可為相關影音視訊提供大幅性能提升的數位訊號處理器，其重要性也隨之水漲船高。尤在各種高畫質編解碼模式未定之際，因數位訊號處理器具有可透過軟體程式撰寫的彈性，更加受到重視，在消費性電子中所扮演的角色愈加不可或缺。

近年行動多媒體裝置的發揚可說是如日中天，先是新力(Sony)在2007年9月時發表新型攜帶型遊戲機PlayStation Portable(PSP)，牢牢吸引全球對於繪圖技術與3D顯示的目光；接著全球衛星定位系統(GPS)在各地發燒，同樣刺激用戶對地圖顯示、語音播放的追求；再加上超級行動電腦(UMPC)、各式高階智慧手機(Smart Phone)陸續問世，兩者在通訊、個人娛樂與資料處理間的功能皆愈趨模糊，更加帶動業界對數位訊號處理器(Digital Signal Processor, DSP)的看重，也在在吸引相關廠商投入，爭相針對不同應用加以著墨，並據此滿足客戶所需。

視訊編碼/無線通訊/3D繪圖琳琅滿目　新興應用帶來全新挑戰

隨著各種新興應用如雨後春筍般問世，行動裝置的開發人員也面臨更加艱難的挑戰。舉例來說，目前業界對各種多標準的視頻、音頻及影像編/解碼格式莫衷一是，不管是H.264、VC-1、MPEG-4、AAC、MP3或是JPEG，都呈現百花齊放的局面。而在無線通訊方面，除了發展已久的GSM與CDMA之外，行動寬頻技術如高速封包存取(HSPA)、WCDMA、1xEV-DO與全球微波存取互通介面(WiMAX)等同樣令人眼花撩亂。至於繪圖顯示領域，除了遊戲玩家偏好的3D繪圖，消費者對靜態照片與動態影像的播放喜好依然居高不下，再加上GPS帶動對平面與立體地圖的需求，視訊領域可說是最肥美的一塊市場大餅。

也因為消費者對行動多媒體裝置的強勁需求，以及業界對技術的追逐，終端產品製造商們莫不戮力將更多功能和服務整合在小體積、低價與多樣化的產品中。

行動多媒體裝置提振DSP聲勢

隨著各式新興應用當紅，尤以行動電話中的語音壓縮和傳輸，還有在各式近期當紅的可攜式多媒體播放器(Portable Media Player, PMP)、高階智慧手機中都看到豐富的多媒體應用為主，因而數位訊號處理器在近期攪亂一池春水，並在市場掀起一陣波瀾。

如前文所述，各種可攜式裝置的抬頭已經成功喚醒消費大眾對行動多媒體的重視，再加上個人導航裝置(PND)與GPS的火紅，同時身兼影音處理與3D地圖顯示的數位訊號處理器，其重要性更是只增不減。

GPS市場全球看俏

根據美國ABI Research的預測，2008年GPS手機市場規模將達500億美元，2012年更將超過1,000億美元。此外，ABI Research也估計，2008年GPS手機的出貨量將達兩億四千萬支，2012年則可望突破五億五千萬支，並帶動諸多進階服務如導航應用相關軟體，以提供消費者更有吸引力的定位服務功能(Location Based Services, LBS)。近期已見到三星(Samsung)、宏達電、廣達、英華達等亞洲原始設計製造商(ODM)紛紛投入GPS手機市場，即可見該市場之發展性。而諾基亞(Nokia)以81億美元購併圖資大廠Navteq，布局導航業務的企圖心更已昭然若揭。

而根據另一家市場調查機構Telematics Research Group的研究，也表示目前PND業者在全球GPS市場銷售量領先的狀況，將在2009年重新洗牌。Telematics Research Group預估，GPS手機市場規模在2009年將超越PND產品，一舉成為市場主流。尤在美國聯邦通訊委員會(FCC)通過E911、歐盟通過E112法令後，強制規定新款手機須內建GPS功能，GPS的爆發性成長更是毋庸多言。

就算不將GPS整併在手機中，PND與車用導航裝置依舊在市場上占有極高重要性，整體而言，Telematics Research Group預估，包括PND、GPS手機在內，相關全球GPS市場將在2015年超過5億台，比起2007年的5,000萬台，成長高達十倍。

手機邁向全能境界

至於行動電話方面，隨著第三代(3G)行動電話與各式寬頻行動網路的日益成熟，以及強調音樂播放等功能性手機(Feature Phone)、重視視訊會議影像處理的智慧型手機日漸普及，也讓數位訊號處理器的存在性不可等閒視之。

在照相模組已經成為手機必備功能之後，功能性手機下一步的發展就是朝向高畫質影音播放邁進，早在2006年時就已看到部分手機提供高畫質視訊功能，如諾基亞的旗艦機種N95，就支援RealPlayer、MPEG-4、H.264/AVC、H.263/3GPP與RealVideo 8/9/10等不同規格的影音格式，也吹響手機邁向無所不能的號角。

儘管國際數據資訊(IDC)預期，未來全球手機市場成長率將難以保持每年雙位數的成長，不過智慧型手機依舊持續吸引市場目光。

市調單位指出，全球智慧型手機市場規模至2010年將近三億支，2006～2010年的複合成長率(CAGR)高達36%，相對整體手機市場同期的年複合成長率僅8%，顯見智慧型手機市場成長潛力極大。

圖1　宏達電對智慧型手機的發展一向頗為看好，自2007年6月起陸續發表多款產品，圖為日前發表的最新產品HTC Touch CRUISE。

此外，高階手機市場自從蘋果(Apple)推出iPhone以後，更加速各家手機大廠如諾基亞、三星(Samsung)及樂金(LG)的跟進腳步，可望在2008年陸續推出iPhone-like機種。其注重操作介面、使用者感官享受的特色，對數位訊號處理器的熱度更是只增不減。國內廠商宏達電更在2008年1月時推出第三代的HTC Touch(圖1)，搶攻用戶的動作頻頻。

而谷歌(Google)力推全新通訊平台Android，要一手打造行動裝置與網際網路應用的豐富服務，也同樣拉攏T-Mobile、宏達電、高通(Qualcomm)和摩托羅拉(Motorola)等廠商的加入，宏達電同樣將於2008年下半年率先推出Android平台手機，對整體手機市場帶來的漣漪更可望擴大。

音訊播放仍有可乘之機

雖說MP3播放器等消費性電子問世已久，且在音訊功能上已難以進行巨大差異化，因此業者多半在成本上進行血腥廝殺，盼以量取勝。然而隨著音樂格式世代演進，也有愈多的消費者開始追求高音質的收聽享受。諸如WMA、AAC等，皆成為業者據以進行差異化的所在。

資料來源：ARC
圖2　ARC大中華區業務總監邵芳雯相當看好音訊帶動的消費性電子市場潛力，並認為高音質產品將會引領下一波數位家庭潮流。

ARC大中華區業務總監邵芳雯(圖2)表示，隨著數位家庭概念的抬頭，消費者對音訊的品質要求也愈加提升，進而促使業者推出各式合適的編解碼器，讓相關音訊播放器材同樣可分一杯羹。

邁吉倫(Magellan Discovery)總經理彭永家則說，未來音訊需求延伸出的應用還包括無線區域網路音響(WiFi Stereo)、網路收音機(Internet Radio)等，在在牽動消費性電子的下一步走向。

此外，單純的音樂播放器材也逐漸演進，延伸出更多高階應用，並搭載在不同的行動裝置上。舉例來說，音訊編解碼器除了進行高音質音訊播放之外，同樣可處理語音辨識、人工語音播放等工作，適合應用在高階手機、車用導航系統或瘖啞人士所需的裝置上，並可進而朝向門禁系統、身分辨識方向邁進。

DSP市場/應用廣　業者投入策略各異

舉凡上述各種應用中，數位訊號處理器都具有不可動搖的地位，自然吸引不少業者投入，並帶來相關市場的成長。根據市調單位Forward Concepts的報告，2007年相關市場平穩成長約8%，較整體晶片市場3.5%的成長率為高。

也因為2007年通用型數位訊號處理器銷售金額達90億美元，再加上各種新興應用的發達，有業者樂觀預期，2008年市場形勢會更好，可望帶來近15%的成長率。一般來說，通用型數位訊號處理器市場中的主要廠商包括亞德諾(ADI)、飛思卡爾(Freescale)、Agere/LSI和德州儀器(TI)等。

針對其他不同應用，也有不同廠商在各自領域進行深耕，如CEVA就是專精高畫質多媒體需求的矽智財(IP)供應商、Tensilica專精於多媒體視訊處理器的耕耘、ARC在可組態多媒體子系統暨中央處理器(CPU)與數位訊號處理器的努力已全球聞名，也互相督促，不斷提升相關領域的技術等級與市場規模。

TI看好通用處理器軟體彈性開發具優勢

相較於其他廠商，德州儀器為數位訊號處理器研發始祖，市場地位最為突出。德州儀器表示，累積逾25年的諸多專業知識(Know-how)絕非其他業者可以一蹴可幾，也因此才能與其他業者拉開差距。

從德州儀器的觀點出發，該公司認為現今的數位訊號處理器已經不只是單純的處理器，而漸演進成支持數位訊號處理器的平台，並由DaVinci來承擔這個任務。隨著業界對視訊、音訊的需求區分更加明顯，德州儀器也更加堅信具高度彈性的數位訊號處理平台才能滿足客戶的需求。

針對不同的應用，德州儀器現今的作法是提供客戶一顆通用型的處理器，再針對不同的功能與需求進行軟體部分的調整。德州儀器認為，上述作法的好處是，隨著各式新興應用問世，由於硬體設計多已存在，因此只要針對軟體更新就能滿足客戶的需求，可在短期跟上市場需求，大幅縮短上市時程(Time-to-market)。

此外，由於通用型處理器問世較久，因此硬體設計帶來的挑戰相對較少，客戶也多半熟悉相關規格，毋須重新學習，也降低客戶的開發成本。

相較於單一功能核心處理器，德州儀器指出，該型產品雖具有設計簡易、可大量生產的優勢，然因該類型處理器缺乏軟體程式、抑或採用少見的軟體，開發人員往往須花費更多時間才能熟稔，並進行設計，對於快速上市不啻是一大挑戰。

且對近期當紅的各式視訊格式來說，單一核心的硬體處理器也因架構較小，僅適宜單一類型的媒體播放格式，在H.264、VC-1、MPEG-4並陳的今日，並無法滿足終端消費者的需求，遠不如通用型處理器透過軟體更動即可支援各式格式來得自由與彈性。

以2007年開始大放異彩的數位相框(Digital Frame)為例，最初時該款產品僅具簡單的靜態影像輪播功能，但隨著創意發想與技術的進步，目前已有業者喊出整合WiFi、Web 2.0、網路收音機、網路語音通訊協定(VoIP)與攝影等功能的豪華型數位相框。德州儀器強調，一旦豪華型產品進入量產，就絕非單一核心的硬體處理器所能應付，勢必需要高階應用處理器(Application Processor)與各式加速器(Accelerator)的整合才能負擔。

在可攜式裝置上，近期也已看到GPS的終極裝置概念浮現，如GPS與行動電視(Mobile TV)、無線通訊的整合，由於可同時支援個人娛樂與即時路況導航，因此更被視為GPS裝置的進階延伸。而這樣的應用，也是德州儀器未來有所發揮之處。

行動通訊部分，看好如HSPA/HSPA+、LTE和WiMAX Wave2等後3G(Beyond 3G)行動通訊基礎設施應用，德州儀器也在2008年2月時發表整合數學與邏輯功能的數位訊號處理器，將實體(PHY)層的數學功能和媒體存取控制(MAC)層的邏輯功能整合至單晶片，專門支援複雜、多處理的後3G應用。

據了解，數位訊號處理器原本就能高速重複執行同樣的數學作業，但若應用須要搭配邏輯功能，其效能就會受限，而須要由固定架構的協同處理器搭配特別設計的軟體執行。此次德州儀器藉由將記憶體、快取效能及TMS320C64x+核心結合，有效提升運作效率，同樣有助行動寬頻世界的實現。

圖3　邁吉倫產品行銷副總經理嚴煜焜表示，在行動多媒體議題當道的今日，能否提供低功耗、高運作效能的產品將是決定市場占有率的關鍵因素。

邁吉倫產品行銷副總經理嚴煜焜(圖3)，也表達相似看法。他說，從近期的發展來看，各式單晶片功能愈趨接近，因此仍須從軟體面向下手，才能帶來差異化。他舉近期當紅的多項消費性電子應用為例，都由數位訊號處理器搶先攻下灘頭堡，率先在市場上推出產品問世，即可看出其高度彈性化與快速問世的優勢。

據了解，除了高度彈性以外，功耗需求也是各種行動多媒體裝置的一大考驗。而邁吉倫代理的Tensilica，由於專注在可攜式裝置上，因此也就特別注重功耗議題。

低功耗吸引製造商目光　Tensilica緊抓省電議題

在2006年發表第一代處理器核心Diamond Standard的Tensilica，近期仍依然著重可攜式裝置的深耕，並更加強調低功耗與高效能的平衡。

據悉，在降低功耗方面，Tensilica的第二代處理器核心產品除利用追蹤控制的外部電源關閉及晶片內部除錯模組減少整體系統功耗外，更針對處理器核心中的記憶體下功夫，利用將本地端資料記憶體關閉電源的時間拉長，讓記憶體介面的功耗下降約30%，且不會對核心的運作模式產生任何影響，因此當可攜式產品面臨大量的多媒體功能使用時，除增加供應時間外，內部軟體架構可支援高畫質、標準畫質(SD)等不同標準的影音版本，使處理器能因應不同標準的運作模式。

此外，更因為目前各家終端裝置製造商在選擇處理器核心時，優先考量的重點就是功耗問題，因此能否發展出低功耗的解決方案，將是決定能否擴增市場占有率的一大關鍵。Tensilica總裁暨執行長Chris Rowen稍早來台時指出，在微控制器(MCU)強調小型化、低功耗及系統單晶片(SoC)應用的發展趨勢之下，採用該公司的解決方案將能輕鬆導入應用處理器的設計架構中，並縮短開發時間，同時支援高畫質的多媒體需求。

而從產品設計來看，Tensilica十分看好高畫質影音需求的發揚，因此推出Diamond Standard的VDO Video Engines產品，特別瞄準各種多標準影音格式的應用，要一次滿足用戶在H.264、MPEG-4、VC-1/WMV9與MPEG-2等不同需求。

而該公司的32位元微處理器產品Xtensa也因具有80個精簡指令集運算(RISC)指令，並設有加速運作功能，因此可以大量縮減編碼長度，從而提高指令的密集度並降低功耗。

也因為眾業者針對低功耗的努力漸有小成，相關終端產品步入行動化的趨勢也更加明顯。如ARC就看好互動式網路應用Web 2.0的發展，並將影音內容視為未來牽動行動裝置勝負的決定性因素。

可客製化提供延伸能力　ARC追求高度感官體驗

今年稍早時，ARC執行長Carl Schlachte在ConfigCon開發者大會中公開披露該公司對YouTube世代等Web 2.0應用服務的看法，他表示，隨著無線通訊的發達，何時、何地接收服務已經不再重要，使用者只要手持行動裝置，透過無線連結就可以隨時與網際網路連結，並與全球各地的用戶進行互動。

不過，Schlachte也強調，今日的多媒體格式日益多元(圖4)，唯有透過高度彈性的裝置才能達成用戶在內容上隨選(On Demand)、也同時能在格式上隨心所欲的願望。