在高清晰LCD HDTV中使用Cyclone III FPGA

文章摘要：对于DTV 应用，Nios II 处理器控制所有的数据流，包括：将视频流送至显示屏远程控制处理常规的管理任务处理条件访问接口，例如智能卡等从视频流中解密控制字FPGA 的优点LCD HDTV 的核心是其图像处理和时序控制模块( 如图2 所示)。图像处理模块通常包括扫描速率转换器、帧速率转换器、色彩解码器、移动探测、scalar 和去隔行等功能。图2. 典型的LCD 电视接口结构图HDTV LCD 显示屏的色彩响应时间取决于色彩内容，要比传统的显示器慢。这对图像处理算法而言是一种挑战，需要进行更多的处理来消除相关的显示瑕疵。Cyclone III FPGA 在设计上的灵活性有很大优势，设计人员可

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　　对于DTV 应用，Nios II 处理器控制所有的数据流，包括：

　　将视频流送至显示屏

　　远程控制处理

　　常规的管理任务

　　处理条件访问接口，例如智能卡等

　　从视频流中解密控制字

　　FPGA 的优点

　　LCD HDTV 的核心是其图像处理和时序控制模块( 如图2 所示)。图像处理模块通常包括扫描速率转换器、帧速率转换器、色彩解码器、移动探测、scalar 和去隔行等功能。

　　图2. 典型的LCD 电视接口结构图

　　HDTV LCD 显示屏的色彩响应时间取决于色彩内容，要比传统的显示器慢。这对图像处理算法而言是一种挑战，需要进行更多的处理来消除相关的显示瑕疵。Cyclone III FPGA 在设计上的灵活性有很大优势，设计人员可以在器件中重新设计算法，而不用重新编程。

　　更重要的是Cyclone III 系列在密度、板上存储器和 I/O 等很方面的处理能力非常强，设计人员可以利用这些资源针对最终产品设计合适的应用程序。

　　例如，上面的设计使用一个时序控制器通道，实现小屏或者低分辨率显示。而利用Cyclone III FPGA，设计人员可以使用两通道时序控制器，支持分辨率更高的显示屏或者尺寸更大的( 大于36 英寸) 显示屏。在这些应用上，Cyclone III 系列的特性要优于任何其他低成本FPGA，这些特性包括：

　　快速I/O 支持外部存储器访问

　　X36 DDR2 高达200 MHz

　　存储器模块容量增大到9Kbits，实现效率更高的视频线缓冲。

　　使用片内匹配( 包括LVDS、mini-LVDS 和RSDS) 的集成差分缓冲轻松实现I/O 设计，不需要外部电阻，简化了PCB 布板设计。

　　灵活的PLL 支持：

　　更多的输出，每个器件全局时钟数量高达20 个。

　　高效动态PLL 相位和频率调整，支持可变刷新率。

　　PLL 级联，不需要片外走线，简化了PCB 布板设计。

　　输入时钟频率最低5MHz，支持低成本时钟。

　　低功耗，在温度要求比较高的消费类应用环境中，这是很明显的优势。

　　I/O 灵活性

　　Cyclone III FPGA 的I/O 非常灵活，在新标准层出不穷的环境下，工程师可以充分利用这一点来开发设计。例如，在上面的设计中( 图2)，视频板通过LVDS 总线和LCD 模块进行接口。市场上目前对DisplayPort 等标准非常关注，这类标准能够同时支持个人计算机和家庭娱乐系统，今后很有可能成为新的接口选择。然而，很多ASSP 并不支持新标准，工程师转而采用FPGA，利用合适的接口实现需要的功能。Cyclone III FPGA 可以和多种标准连通，能够支持这类标准，其PLL 输出实现需要的时序和控制功能。

　　Cyclone III FPGA 的I/O 价值还体现在RSDS 上，以前的Cyclone 器件便具有该功能，现在还包含了片内匹配。现在，设计人员不必再为接口设计大量的电阻，提高了信号完整性，减少了元件数量。

　　视频增强

　　显示设备生产商利用Cyclone III FPGA 以及上面讨论的视频和图像处理包，增加真色彩和移动专用算法，提高性能，快速完成开发，充分挖掘市场机遇，突出其产品优势。有两种专用视频增强方法来实现LCD 显示屏的真视频显示性能。

　　第一种方法是时域抖动，在一定时间周期内，使象素迅速接通和关断，为不同的颜色生成真灰度级。第二种是空间抖动，产生数量合适的颜色强度级。空间抖动会产生空间噪声，出现误码扩散；需要进一步滤波，进行精细调整来消除这类噪声。

　　性能

　　Cyclone III FPGA 具备DSP 处理能力，含有4Mbits 的RAM，288 个硬核DSP 模块以及120K 逻辑单元，性能得以大幅度提高。Cyclone III FPGA 还可以提供多个DSP 处理器支持，帮助设计人员降低了成本，提高了集成度，大大降低了功耗。

　　结论

　　LCD 以前只是用于稳定地显示计算机数据文本和图像，现在可以在大屏幕上显示快速移动的视频内容。这需要采用专门的图像处理算法，而FPGA 能够实现这些算法。LCD 设计人员利用Cyclone III 系列FPGA 的容量和特性，根据显示屏大小，在标准硬件平台上对这些算法重新配置，大大降低了生产成本，缩短了产品面市时间。而且，灵活的Cyclone III FPGA 还可以帮助设计人员进行动态图像处理，使LCD 能够进一步深入到前沿的商用电视和显示应用领域。

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