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高清晰LCD HDTV中使用Cyclone III FPGA技术

[09-15 23:17:43]   来源:http://www.592dz.com  信息显示与光电技术   阅读:9305

 

概要:活性,重新配置图像处理算法,针对面积较大的显示屏来提高数据速率。所以,设计人员能够为所有类型的LCD 显示屏开发通用硬件平台。Cyclone III FPGA 的优点Cyclone III FPGA 在数字电视和显示屏应用上非常灵活,能够实现最佳成本和性能。LCD 电视生产商可以把Cyclone III FPGA 当做协处理器,运行实时嵌入式操作系统,控制所有的显示设备。除了显示中心控制以外,设计人员还可以在数据通道上结合使用Cyclone III FPGA 和ASSP,进行特殊视频和图像处理。例如,FPGA 适合实现选择显示功能,在视频流中进行实时图像缩放。Cyclone III FPGA 含有288 个经过优化的硬核数字信号处理(DSP) 模块,构成了视频和图像处理的基本单元。DSP 模块具有高速并行处理能力,适合执行DSP 应用程序,例如需要较高数据吞吐量的图像处理任务等。最常用的DSP 功能包括有限冲击响应(FIR) 滤波器、复数FIR 滤波器、快速傅立叶变换(FFT)、离散余弦变换(DCT) 和相关器等。这些功能是HDTV 以及其他综合LCD 应用的基本模块。新技术克服了HDTV 中的障碍目前的大屏幕显示会把很小的瑕疵放大为很大的图像失真,导致消费者不愿意购买大屏幕显示设备

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  当今的液晶显示(LCD) 技术在高清晰电视(HDTV) 领域得到了广泛应用,其挑战在于如何获得更高的分辨率,实现更快的数据速率。提高数据速率需要专业图像处理算法来支持快速移动的视频。业界遇到的主要问题是:怎样实现这些算法,率先将产品推向市场,并且能够控制好产品功耗?

  为解决这一问题,当硬件平台和不同尺寸的LCD 显示屏连接时,设计人员需要确定怎样重新配置图像处理算法。面积较大的LCD 显示屏需要更快的数据速率,因此,难点在于怎样根据显示屏大小来调整数据速率。

  采用新的低成本Cyclone? III FPGA 系列很容易处理这些问题。设计人员可以在Cyclone III FPGA 中应用图像处理算法,转换数字视频信号并映射至显示屏。而且,设计人员还可以充分发挥Cyclone III FPGA 的灵活性,重新配置图像处理算法,针对面积较大的显示屏来提高数据速率。所以,设计人员能够为所有类型的LCD 显示屏开发通用硬件平台。

  Cyclone III FPGA 的优点

  Cyclone III FPGA 在数字电视和显示屏应用上非常灵活,能够实现最佳成本和性能。LCD 电视生产商可以把Cyclone III FPGA 当做协处理器,运行实时嵌入式操作系统,控制所有的显示设备。除了显示中心控制以外,设计人员还可以在数据通道上结合使用Cyclone III FPGA 和ASSP,进行特殊视频和图像处理。例如,FPGA 适合实现选择显示功能,在视频流中进行实时图像缩放。

  Cyclone III FPGA 含有288 个经过优化的硬核数字信号处理(DSP) 模块,构成了视频和图像处理的基本单元。DSP 模块具有高速并行处理能力,适合执行DSP 应用程序,例如需要较高数据吞吐量的图像处理任务等。最常用的DSP 功能包括有限冲击响应(FIR) 滤波器、复数FIR 滤波器、快速傅立叶变换(FFT)、离散余弦变换(DCT) 和相关器等。这些功能是HDTV 以及其他综合LCD 应用的基本模块。

  新技术克服了HDTV 中的障碍

  目前的大屏幕显示会把很小的瑕疵放大为很大的图像失真,导致消费者不愿意购买大屏幕显示设备。显示设计人员必须采取措施滤除这些瑕疵,平滑锯齿边沿以及快速抖动等。

  实现这类图像处理逻辑可以采用ASSP、ASIC 或者FPGA。然而,对于设计人员而言,ASSP 无法突出企业的产品优势,而ASIC 的开发时间很长,价格昂贵。只有FPGA 能够快速灵活地实现设计,抢在竞争对手之前把产品推向市场。在目前的市场上,Cyclone III FPGA 的成本和功耗要比任何其他FPGA 都低,使FPGA 成为图像处理领域更愿意选择的解决方案。

  此外,当今新的HDTV 为人们提供了更好的视觉体验,但常常要处理已有的标准清晰度(SD) 输入信号。显示设备公司希望能够增强SD 输入图像,采用缩放功能,而这都可以在Cyclone III FPGA 中利用Altera?视频和图像处理包提供的内核来轻松实现。表1 列出了各种MegaCore® 功能。

  表1. IP MegaCore 功能

  


  视频输入格式

  在典型的数字LCD 电视结构( 图1 所示) 中,调谐器模块可以是卫星、地面或者电缆解调器,含有MPEG2或者MPEG4 解码器。除了数字显示调谐器信号以外,典型的LCD 电视还提供外部视频输入,例如DVI( 数字视觉接口) 或者HDMI( 高清晰多媒体接口)、模拟RGB、CVBS、S 视频和复合视频信号等。

  LCD HDTV 监视器必须能够处理各种视频输入格式。有的格式可以直接映射到显示屏上,而有的格式必须重新缩放才能正常显示。


  图1. 典型的数字LCD 电视结构图

  Nios 嵌入式处理器

  出于多种考虑,设计人员在实现控制功能上没有采用硬件逻辑( 通常以状态机的形式),而是转向Nios?II 嵌入式处理器。首先,其设计调试要比HDL 简单。除了简化开发之外,设计人员还希望CPU 和工具包能够通用,适合多种应用。而且,Nios II 软核处理器是性价比非常高的解决方案,不需要外部处理器,设计人员可以把它嵌入到现有FPGA 设计中,没有额外成本。

  对于DTV 应用,Nios II 处理器控制所有的数据流,包括:

  将视频流送至显示屏

  远程控制处理

  常规的管理任务

  处理条件访问接口,例如智能卡等

  从视频流中解密控制字

  FPGA 的优点

  LCD HDTV 的核心是其图像处理和时序控制模块( 如图2 所示)。图像处理模块通常包括扫描速率转换器、帧速率转换器、色彩解码器、移动探测、scalar 和去隔行等功能。


  图2. 典型的LCD 电视接口结构图

  HDTV LCD 显示屏的色彩响应时间取决于色彩内容,要比传统的显示器慢。这对图像处理算法而言是一种挑战,需要进行更多的处理来消除相关的显示瑕疵。Cyclone III FPGA 在设计上的灵活性有很大优势,设计人员可以在器件中重新设计算法,而不用重新编程。

  更重要的是Cyclone III 系列在密度、板上存储器和 I/O 等很方面的处理能力非常强,设计人员可以利用这些资源针对最终产品设计合适的应用程序。

  例如,上面的设计使用一个时序控制器通道,实现小屏或者低分辨率显示。而利用Cyclone III FPGA,设计人员可以使用两通道时序控制器,支持分辨率更高的显示屏或者尺寸更大的( 大于36 英寸) 显示屏。在这些应用上,Cyclone III 系列的特性要优于任何其他低成本FPGA,这些特性包括:

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