滿足消費類顯示產(chǎn)品快速增長的功能需求

引言
消費類顯示產(chǎn)品( 例如，高清晰電視(HDTV)、監(jiān)視器和投影儀等) 開發(fā)人員面臨巨大的設(shè)計挑戰(zhàn)。這些產(chǎn)
品以前采用了專用標準產(chǎn)品(ASSP)，定制ASIC 開發(fā)周期很長，一般在3 年到5 年之間。而消費類市場對新
產(chǎn)品和功能需求的變化周期僅在一年左右。結(jié)果，消費類產(chǎn)品開發(fā)人員不能僅僅依靠功能固定不變的ASSP
來滿足客戶對創(chuàng)新的需求。越來越多的開發(fā)人員轉(zhuǎn)向FPGA，大量采用標準芯片組，在很短的時間( 通常在
6 到9 個月) 內(nèi)為產(chǎn)品增加高級功能和特性。圖像增強特性，例如幀速率轉(zhuǎn)換、拉伸和降噪等，都可以在
FPGA 中實現(xiàn)，并應(yīng)用在消費類顯示產(chǎn)品中。
本文介紹設(shè)計人員怎樣利用Altera® Cyclone® III FPGA，發(fā)揮其優(yōu)勢，滿足這一應(yīng)用領(lǐng)域?qū)π阅?、I/O、信
號處理、存儲器和性價比的需求。
HDTV 相對于HD 內(nèi)容的迅速發(fā)展
HDTV 的數(shù)量在迅猛增長，今后幾年中，預(yù)計其增長百分比將達到兩位數(shù)。相應(yīng)的，世界上HD 廣播網(wǎng)絡(luò)的增
長也推動了HD 節(jié)目內(nèi)容的發(fā)展。盡管如此，電視上的大部分節(jié)目內(nèi)容仍然大大低于HD 分辨率，包括通過
標準清晰度(SD) 電纜、廣播和衛(wèi)星傳輸?shù)膬?nèi)容，以及DVD 等存儲介質(zhì)存放的內(nèi)容等。
這已經(jīng)成為廣播行業(yè)存在的一個主要問題。業(yè)內(nèi)必須能夠?qū)D 內(nèi)容進行去隔行處理，從480 線拉伸至1080
線，而不會產(chǎn)生邊紋、噪聲或者假影等。廣播行業(yè)在設(shè)備上大量投入，將SD 內(nèi)容轉(zhuǎn)換為適合HD 傳輸?shù)膬?nèi)
容。同樣，隨著HD 服務(wù)在世界上的推廣，需要轉(zhuǎn)換美國、日本和韓國等國家采用的60Hz 刷新率，以及世
界上其他國家采用的50Hz 刷新率。這在SD 上已經(jīng)很難轉(zhuǎn)換，在HD 上也不容易實現(xiàn)，大屏幕會把假影顯示
得非常清楚。60Hz SD 到50Hz HD 的轉(zhuǎn)換更加困難，廣播行業(yè)不得不再次大量投入來轉(zhuǎn)換幀速率，以解決這
些問題。
從消費者的角度看，消費類顯示和家庭影院外設(shè)生產(chǎn)商有機會利用拉伸和幀速率轉(zhuǎn)換技術(shù)來突出產(chǎn)品圖像
質(zhì)量。通過提高大部分內(nèi)容的顯示質(zhì)量，這些特性能夠發(fā)揮高清晰HDTV 的潛在優(yōu)勢。然而，這些改進措施
不僅效果要顯著，而且成本要低，這樣才能得到消費者的青睞。
過去10 多年中，存在的問題是拉伸和幀速率轉(zhuǎn)換等算法開發(fā)一直落后于HDTV 的發(fā)展。HD 采用雙線性和雙
三次插值以及象素濾波算法有一定的難度，而下一代移動自適應(yīng)插值算法需要很強的處理能力以及大量昂
貴的定制芯片。圖1 中，目前基于移動自適應(yīng)算法的移動自適應(yīng)拉伸算法會產(chǎn)生鋸齒邊緣，如左圖所示，
而采用視頻全3D 分析高級算法( 右側(cè)) 的圖像質(zhì)量要好得多。

圖1. 目前的拉伸技術(shù)( 左側(cè)) 和高級拉伸技術(shù)( 右側(cè)) 結(jié)果對比

測量和預(yù)測空間移動技術(shù)的效果也只能做到這一步。這種方法難以解決的一個問題是兩個封閉塊向不同方
向移動的情況。在這種情況下，計算平均移動就會產(chǎn)生假影。對結(jié)果進行模糊處理等替代方案并不理想，
需要更強的處理能力進行探測才能實現(xiàn)。
在解決這一問題上已經(jīng)進行了大量投入，部分用于提高顯示內(nèi)容的質(zhì)量——特別是圖像和視頻覆蓋等，在
這方面，很難處理好移動補償，當然還有文字顯示的問題。采用這些方法后，屏幕上移動的文字看起來非
常模糊，在HD 屏幕上不斷跳動。圖2 顯示了這種現(xiàn)象，左圖是傳統(tǒng)的拉伸算法產(chǎn)生質(zhì)量較差的圖像結(jié)果，
而右圖則是對同一幅圖像拉伸采用高級算法的結(jié)果。
圖2. 傳統(tǒng)拉伸算法( 左側(cè)) 以及高級拉伸算法( 右側(cè)) 在移動文字上產(chǎn)生不同的視覺質(zhì)量結(jié)果