在高清晰LCD HDTV中使用Cyclone III FPGA

文章摘要：引言当今的液晶显示(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

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　　引言

　　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。

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