關于DLP技術與DLP光顯電視的簡單介紹

TI的 Digital Light Processing技術是一項先進的數字顯示技術，具有高清晰度、高對比度、豐富色彩再現和高可靠性的特點，廣泛應用于投影儀、電視和數字影院。目前，全球已有超過20家公司研制和生產大尺寸、高清顯示的DLP光顯電視。其中LG和Samsung的DLP TV已進入中國市場。

視頻前端是DLP TV的重要組成部分，它涵蓋了廣播電視接收、視頻格式轉換、圖像質量增強等各個方面。視頻前端的處理性能、系統(tǒng)構架，以及與光學系統(tǒng)的匹配程度，對DLP TV的圖像質量有著很大影響。本文從DLP顯示技術的特點和DLP TV的應用需求出發(fā)，討論了視頻前端的系統(tǒng)構架，并為系統(tǒng)設計提出了建議。

DLP顯示技術的特點

DLP光學系統(tǒng)的核心是Digital Micromirror Device（數字微鏡芯片），該器件基于CMOS標準半導體工藝，并具有調節(jié)反射面的旋轉機構。DMD表面上每片被尋址的微鏡對應著一個顯示像素。隨著視頻數據電信號的變化，微鏡以每秒五千次的速度在兩個狀態(tài)間傾斜，實現光開關的作用，從而產生精確的數字灰階。配合色輪機構的高速旋轉，就可以獲得豐富的色彩再現。

由于成像機理的差別，不同顯示技術在光學機構、亮度/對比度表現能力、分辨率、輸入/輸出響應特征等方面有著巨大的差別。因此，在設計DLP TV視頻前端系統(tǒng)的過程中，必須注意DLP技術的一些特點。只有當視頻前端處理良好匹配這些顯示特性時，才能夠實現DLP技術最佳的圖像質量。

高清晰度

DMD表面微鏡陣列的規(guī)模決定了DLP光學系統(tǒng)可以達到的顯示分辨率。目前在大屏幕光顯電視應用中，最新一代DMD芯片可以實現1920 1080的高清顯示。高清視頻實時處理的要求，以及大尺寸電視的顯示特性，對DLP TV視頻前端系統(tǒng)的處理性能提出了很高的要求——除了視頻處理芯片的帶寬、實時性、算法性能之外，還需要考慮存儲空間的大小和讀寫訪問速度。

高對比度

基于Dynamic Black（動態(tài)黑色補償）技術的DLP光學系統(tǒng)能夠達到>5000:1的全開/全關對比度，遠遠高于其他平面或微顯技術的同類指標。高對比度顯示能夠生動再現豐富的灰度層次，畫面銳利、具有立體感。但同時，高對比度的顯示特點要求視頻前端系統(tǒng)具有更高的數據精度。傳統(tǒng)8 bit的數據寬度已無法滿足高對比度DLP系統(tǒng)的應用需要，容易在畫面上產生輪廓和等高線失真。由于數據精度不足，視頻前端處理過程中量化誤差和截斷誤差產生的噪聲問題也會進一步惡化。

線性傳輸特性

DLP光學系統(tǒng)具有線性的傳輸特性，數據帶寬高，不存在gamma特性的光像畸變。由于其頻率響應特性呈現全通特性，不論是畫面的平坦區(qū)域，還是細膩的高頻細節(jié)，都能夠得到真實地再現，畫面細膩、細節(jié)豐富。然而，作為一種特殊的高頻部分——噪聲，也會經光學系統(tǒng)的投射而出現在屏幕上。因此，去噪濾波模塊（如三維去噪濾波，或是針對MPEG視頻源塊效應和量化噪聲的去噪濾波）在DLP TV視頻前端處理中不可或缺，其性能直接影響了圖像質量。

DLP TV視頻前端的系統(tǒng)結構框架

目前，我國尚處于模擬電視向數字電視過渡的時期。DLP TV視頻前端系統(tǒng)需要能夠接收多種制式、多種格式的視頻節(jié)目，并通過視頻格式轉換和圖像增強，將其轉變?yōu)镈LP光學系統(tǒng)能夠接收的固定視頻數據格式。傳統(tǒng)的顯示技術（如CRT）頻響范圍較窄，成像不夠精細，也容易隱藏細微的圖像失真。由于DLP技術在成像上具有高保真的特點，因此，DLP TV視頻前端系統(tǒng)設計的難點之一就是如何進行系統(tǒng)設計與視頻處理，使得模擬視頻輸入獲得與數字視頻相當的圖像質量。

如圖1所示，DLP TV視頻前端系統(tǒng)的輸入接口包括了模擬視頻信號與數字視頻信號兩大部分。模擬電視信號經高頻調諧下變頻為模擬基帶視頻信號，和復合視頻、S端子視頻、分量視頻一同進入Video Decoder。在Video Decoder中經模數變換、亮色分離、色度解調與輸出格式轉換的數字信號以BT.601或BT.656的格式輸入Video Processor。另一類模擬視頻信號來自計算機——以RGB格式輸入的計算機圖形信號在視頻格式轉換和圖像增強之前經模數轉換變?yōu)閿底中盘?。為了兼顧數字電視廣播的應用，數字視頻輸入通道包括了數字高頻調諧、信道解碼、MPEG-2信源解碼等模塊。

Video Processor是DLP TV視頻前端系統(tǒng)的核心所在。在這個模塊中，經過去隔行變換、幀頻轉換、視頻縮放等視頻格式轉換算法，不同來源的各路視頻信號轉變?yōu)镈LP光學系統(tǒng)能夠支持的分辨率和刷新率。同時，圖像增強模塊提供黑/白電平延伸、亮/色邊緣增強、去噪濾波、膚色校正等算法，能夠顯著提升畫質，改善主觀視覺效果。多通道視頻處理結合OSD屏顯模塊，能夠實現PIP、POP、菜單導航等復雜的多窗口顯示，給用戶提供更多樣的觀賞風格。

高性能的實時視頻處理有賴于CPU、ROM、RAM和晶振的協同工作。隨著視頻處理向集成化方向發(fā)展，部分高端視頻處理芯片內嵌CPU核，能夠直接通過I2C總線實現對片外器件的控制。ROM存儲了視頻前端的自舉代碼和參數表，用于系統(tǒng)初始化；RAM大容量存儲空間和高速率讀寫訪問保證了視頻處理的高效實時。
由于DVI和LVDS數據格式采用差分方式傳輸，具有高效率、低功耗、低雜波干擾、帶寬大的特點，Video Processor輸出的RGB信號經TMDS/LVDS編碼，發(fā)送到DLP光學系統(tǒng)中，從而完成整個視頻前端處理過程。

DLP TV視頻前端的系統(tǒng)設計建議

DLP TV視頻前端的系統(tǒng)設計必須和DLP顯示技術的特點，以及DLP TV的應用需求相結合?？紤]到DLP 技術高清晰度、高對比度、線性傳輸特性的特點，以及DLP光學系統(tǒng)的具體構架，本文為DLPTV視頻前端的系統(tǒng)設計提供下列建議。

保持數據動態(tài)范圍

亮度、對比度、色調、色飽和度的設置，以及gamma校正的算法大都基于輸入/輸出響應曲線的調整，容易產生數據截斷，縮小動態(tài)范圍。反映在灰階測試圖中，體現為暗處和亮處的灰階信號丟失。雖然大多數Video Decoder及Video Processor都具有亮色設置，或是gamma校正的圖像增強模塊，但是隨著動態(tài)范圍逐級壓縮，會直接影響到后續(xù)的視頻處理和圖像質量，因此這類操作不宜在視頻前端中進行。

相對于前端，亮色設置與gamma校正更適合在后端中實現。與其他平面顯示技術不同，DLP 光學系統(tǒng)中的DDP ASIC專用于DLP技術相關視頻處理算法的實現，并能夠設置亮度、對比度、色調、色飽和度和gamma查找表。實驗證明，將亮色設置與gamma校正的算法從視頻前端轉移到DLP光學系統(tǒng)中實現，能夠很大程度提高圖像的主觀視覺質量。因此，建議在DDP ASIC中進行上述圖像增強的處理。

主通道與子通道處理能力相當

在傳統(tǒng)電視中，子畫面顯示窗口小，僅起到信源檢索和監(jiān)控的作用，無需保持與主通道相當的處理性能，就能得到不錯的主觀視覺效果。因此，在視頻格式轉換和圖像質量增強方面，子通道往往采用簡單的視頻處理算法，以降低系統(tǒng)成本。 隨著DLP TV分辨率和屏幕尺寸的提升，DLP TV的應用中需要更為強大的多窗口顯示能力——PBP模式下，子畫面與主畫面并排顯示；PIP模式下，子畫面的大小和位置可以隨意改變。在這種情況下，原本在小畫面中不起眼的瑕疵和失真經放大被突顯出來。只有當主通道與子通道具有對等的處理性能（通道帶寬、實時性能、視頻算法）時，在同一畫面中才能呈現出相當的圖像質量。

10 bit數據精度

根據人眼視覺系統(tǒng)特有的對比靈敏度響應特性，在較大的亮度范圍內，人眼可以察覺2%的相對亮度變化。一旦相對亮度變化超過上述閾值，人眼就能明顯感知灰度突變。因此，為了獲得平緩變化的灰度斜坡信號，視頻前端處理的數據精度必須與顯示系統(tǒng)的對比度相適應，否則會在畫面中產生輪廓和等高線失真。 在消費電子應用中，8 bit數據精度適合于ANSI對比度在100:1以內的顯示設備。然而，針對高對比度、線性傳輸特性的DLP TV，建議在視頻處理過程中采用10 bit數據精度。更高的數據精度不僅能夠避免畫面中出現輪廓和等高線失真，而且還有助于降低視頻處理中的量化誤差、截斷誤差，有效提高信噪比，降低噪聲。

3D Video Decoder

模擬電視制式中，亮度信號與色度信號采用公用頻帶的頻譜交錯方式。所以，Video Decoder首先需要對數字化的電視信號進行亮色分離處理。所謂2D Video Decoder和3D Video Decoder指的就是行梳狀濾波和幀/場梳狀濾波這兩種亮色分離的方法。2D Video Decoder在行平均過程中會損失部分垂直方向的空間分解力，因此適合圖像垂直細節(jié)較少的情況。在3D Video Decoder中，由于增加了對幀/場間信號的處理，該類Decoder對靜止或慢速運動場景具有良好的亮色分離特性，能有效避免2D Video Decoder中常見的串色、串亮現象。對于運動場景，視頻解碼模塊可以軟切換到行梳狀濾波器，從而保證最大的時間分解力。

在DLP TV視頻前端設計中，建議選用數據精度高、ADC高速過采樣的3D Video Decoder。這是因為3D Video Decoder具有理想的亮色分離特性，高數據精度能夠降低量化誤差和截斷誤差、高采樣率ADC可以在較差的接收條件下有效降低噪聲電平，獲得更高的信噪比。此外，Video Decoder還應涵蓋Macrovision、圖文等功能，并支持非標信號的接收。