Cyclone III FPGA技術(shù)在高清晰LCD HDTV中的應用

當今的液晶顯示(LCD) 技術(shù)在高清晰電視(HDTV) 領(lǐng)域得到了廣泛應用，其挑戰在于如何獲得更高的分辨率，實(shí)現更快的數據速率。提高數據速率需要專(zhuān)業(yè)圖像處理算法來(lái)支持快速移動(dòng)的視頻。業(yè)界遇到的主要問(wèn)題是：怎樣實(shí)現這些算法，率先將產(chǎn)品推向市場(chǎng)，并且能夠控制好產(chǎn)品功耗?

為解決這一問(wèn)題，當硬件平臺和不同尺寸的LCD 顯示屏連接時(shí)，設計人員需要確定怎樣重新配置圖像處理算法。面積較大的LCD 顯示屏需要更快的數據速率，因此，難點(diǎn)在于怎樣根據顯示屏大小來(lái)調整數據速率。

采用新的低成本Cyclone® III FPGA 系列很容易處理這些問(wèn)題。設計人員可以在Cyclone III FPGA 中應用圖像處理算法，轉換數字視頻信號并映射至顯示屏。而且，設計人員還可以充分發(fā)揮Cyclone III FPGA 的靈活性，重新配置圖像處理算法，針對面積較大的顯示屏來(lái)提高數據速率。所以，設計人員能夠為所有類(lèi)型的LCD 顯示屏開(kāi)發(fā)通用硬件平臺。

Cyclone III FPGA 的優(yōu)點(diǎn)

Cyclone III FPGA 在數字電視和顯示屏應用上非常靈活，能夠實(shí)現最佳成本和性能。LCD 電視生產(chǎn)商可以把Cyclone III FPGA 當做協(xié)處理器，運行實(shí)時(shí)嵌入式操作系統，控制所有的顯示設備。除了顯示中心控制以外，設計人員還可以在數據通道上結合使用Cyclone III FPGA 和ASSP，進(jìn)行特殊視頻和圖像處理。例如，FPGA 適合實(shí)現選擇顯示功能，在視頻流中進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像縮放。

Cyclone III FPGA 含有288 個(gè)經(jīng)過(guò)優(yōu)化的硬核數字信號處理(DSP) 模塊，構成了視頻和圖像處理的基本單元。DSP 模塊具有高速并行處理能力，適合執行DSP 應用程序，例如需要較高數據吞吐量的圖像處理任務(wù)等。最常用的DSP 功能包括有限沖擊響應(FIR) 濾波器、復數FIR 濾波器、快速傅立葉變換(FFT)、離散余弦變換(DCT) 和相關(guān)器等。這些功能是HDTV 以及其他綜合LCD 應用的基本模塊。

新技術(shù)克服了HDTV 中的障礙

目前的大屏幕顯示會(huì )把很小的瑕疵放大為很大的圖像失真，導致消費者不愿意購買(mǎi)大屏幕顯示設備。顯示設計人員必須采取措施濾除這些瑕疵，平滑鋸齒邊沿以及快速抖動(dòng)等。

實(shí)現這類(lèi)圖像處理邏輯可以采用ASSP、ASIC 或者FPGA。然而，對于設計人員而言，ASSP 無(wú)法突出企業(yè)的產(chǎn)品優(yōu)勢，而ASIC 的開(kāi)發(fā)時(shí)間很長(cháng)，價(jià)格昂貴。只有FPGA 能夠快速靈活地實(shí)現設計，搶在競爭對手之前把產(chǎn)品推向市場(chǎng)。在目前的市場(chǎng)上，Cyclone III FPGA 的成本和功耗要比任何其他FPGA 都低，使FPGA 成為圖像處理領(lǐng)域更愿意選擇的解決方案。

此外，當今新的HDTV 為人們提供了更好的視覺(jué)體驗，但常常要處理已有的標準清晰度(SD) 輸入信號。顯示設備公司希望能夠增強SD 輸入圖像，采用縮放功能，而這都可以在Cyclone III FPGA 中利用Altera®視頻和圖像處理包提供的內核來(lái)輕松實(shí)現。表1 列出了各種MegaCore® 功能。

表1. IP MegaCore 功能



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視頻輸入格式

在典型的數字LCD 電視結構( 圖1 所示) 中，調諧器模塊可以是衛星、地面或者電纜解調器，含有MPEG2或者M(jìn)PEG4 解碼器。除了數字顯示調諧器信號以外，典型的LCD 電視還提供外部視頻輸入，例如DVI( 數字視覺(jué)接口) 或者HDMI( 高清晰多媒體接口)、模擬RGB、CVBS、S 視頻和復合視頻信號等。

LCD HDTV 監視器必須能夠處理各種視頻輸入格式。有的格式可以直接映射到顯示屏上，而有的格式必須重新縮放才能正常顯示。



圖1. 典型的數字LCD 電視結構圖