在高清晰LCD HDTV中使用Cyclone III FPGA

　　引言

　　當(dāng)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(yīng)用，其挑戰(zhàn)在于如何獲得更高的分辨率，實(shí)現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)速率。提高數(shù)據(jù)速率需要專業(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(xiàn)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(dāng)硬件平臺(tái)和不同尺寸的LCD 顯示屏連接時(shí)，設(shè)計(jì)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(shù)據(jù)速率，因此，難點(diǎn)在于怎樣根據(jù)顯示屏大小來(lái)調(diào)整數(shù)據(jù)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(shè)計(jì)人員可以在Cyclone III FPGA 中應(yīng)用圖像處理算法，轉(zhuǎn)換數(shù)字視頻信號(hào)并映射至顯示屏。而且，設(shè)計(jì)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(duì)面積較大的顯示屏來(lái)提高數(shù)據(jù)速率。所以，設(shè)計(jì)人員能夠?yàn)樗蓄愋偷腖CD 顯示屏開(kāi)發(fā)通用硬件平臺(tái)。

　　Cyclone III FPGA 的優(yōu)點(diǎn)

　　Cyclone III FPGA 在數(shù)字電視和顯示屏應(yīng)用上非常靈活，能夠?qū)崿F(xiàn)最佳成本和性能。LCD 電視生產(chǎn)商可以把Cyclone III FPGA 當(dāng)做協(xié)處理器，運(yùn)行實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)，控制所有的顯示設(shè)備。除了顯示中心控制以外，設(shè)計(jì)人員還可以在數(shù)據(jù)通道上結(jié)合使用Cyclone III FPGA 和ASSP，進(jìn)行特殊視頻和圖像處理。例如，F(xiàn)PGA 適合實(shí)現(xiàn)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(shù)字信號(hào)處理(DSP) 模塊，構(gòu)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(zhí)行DSP 應(yīng)用程序，例如需要較高數(shù)據(jù)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(yīng)(FIR) 濾波器、復(fù)數(shù)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(yīng)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(dǎo)致消費(fèi)者不愿意購(gòu)買大屏幕顯示設(shè)備。顯示設(shè)計(jì)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(xiàn)這類圖像處理邏輯可以采用ASSP、ASIC 或者FPGA。然而，對(duì)于設(shè)計(jì)人員而言，ASSP 無(wú)法突出企業(yè)的產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)，而ASIC 的開(kāi)發(fā)時(shí)間很長(zhǎng)，價(jià)格昂貴。只有FPGA 能夠快速靈活地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)，搶在競(jìng)爭(zhēng)對(duì)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(dāng)今新的HDTV 為人們提供了更好的視覺(jué)體驗(yàn)，但常常要處理已有的標(biāo)準(zhǔn)清晰度(SD) 輸入信號(hào)。顯示設(shè)備公司希望能夠增強(qiáng)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(nèi)核來(lái)輕松實(shí)現(xiàn)。表1 列出了各種MegaCore® 功能。

表1. IP MegaCore 功能

　　視頻輸入格式

　　在典型的數(shù)字LCD 電視結(jié)構(gòu)( 圖1 所示) 中，調(diào)諧器模塊可以是衛(wèi)星、地面或者電纜解調(diào)器，含有MPEG2或者M(jìn)PEG4 解碼器。除了數(shù)字顯示調(diào)諧器信號(hào)以外，典型的LCD 電視還提供外部視頻輸入，例如DVI( 數(shù)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(fù)合視頻信號(hào)等。

　　LCD HDTV 監(jiān)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(shù)字LCD 電視結(jié)構(gòu)圖