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一种超高清激光电视系统的设计方案

作者:李坚 徐遥令 张曼华时间:2018-06-27来源:电子产品世界收藏
编者按:提出一种超高清激光电视系统的设计方案,详细阐述了方案的设计原理。系统TV SoC模块将电视信号处理成像素为4M*2N@f的超高清图像信号,图像处理模块对超高清图像信号进行采样、分割和倍频处理后得到2路M*N@2f的高清图像信号,DMD驱动模块对2路高清图像信号进行合并处理得到M*N@2f图像信号来驱动DMD芯片,DMD芯片投射出分辨率为M*N的图像光;采用振镜使DMD投射的相邻帧图像光位置微移,从而显示出4M*2N@f的合成画面。该方案可以快速应用于超高清激光电视产品,具有广泛应用价值。

作者 李坚 徐遥令 张曼华

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201806/382297.htm

  深圳创维-RGB电子有限公司全球研发中心(广东 深圳 518108)

摘要:提出一种系统的设计方案,详细阐述了方案的设计原理。系统TV SoC模块将电视信号处理成像素为4M*2N@f的图像信号,图像处理模块对图像信号进行采样、分割和倍频处理后得到2路M*N@2f的高清图像信号,驱动模块对2路高清图像信号进行合并处理得到M*N@2f图像信号来驱动芯片,芯片投射出分辨率为M*N的图像光;采用振镜使DMD投射的相邻帧图像光位置微移,从而显示出4M*2N@f的。该方案可以快速应用于超高清产品,具有广泛应用价值。

  *基金项目:深圳市技术攻关项目,4K超高清关键技术研发(编号:JSGG20160229103804363)

  李坚,硕士,高级工程师,创维集团全球研发中心国内产品院院长,研究方向:电视的研究开发及项目管理;徐遥令,硕士,高级工程师,研究方向:电视的研究开发及项目管理工作;张曼华,主任工程师,研究方向:电视技术研究及项目策划组织。

0 引言

  激光显示具有色域覆盖率大、颜色饱和度高、功耗低、显示画面尺寸可变等特点,被认为是最具有发展前景的显示技术之一[1-2];与液晶、OLED等技术相比,激光电视还能以更低的成本实现超大尺寸画面;目前激光显示包括DLP、LCOS和LCD,而DLP(数字光处理)显示能更好地保持颜色不失真、环保,应用广泛[3-4]。超高清激光电视具有更大屏幕、超高分辨率、逼真色彩等,能为消费者提供更健康良好的家庭视听体验,吸引了创维和海信等传统电视厂商、小米等新兴互联网公司、极米创业型公司的参与。目前采用DLP技术的超高清激光电视处于前期研究阶段,包括超高清成像芯片、DMD(数字微镜装置)、光学引擎等并未成熟,方案非常少。

  本文设计出一种超高清激光电视系统方案:系统首先将电视信号处理成像素为4M*2N@f的超高清图像信号,并进行采样、分割和倍频处理后得到2路M*N@2f的高清图像信号;然后利用2个高清驱动器对2路高清图像信号处理后合并为M*N@2f图像信号驱动DMD芯片,DMD芯片投射出分辨率为M*N的图像光;最后采用振镜使DMD投射的相邻帧图像光位置微移、从而显示出4M*2N@f的

1 系统原理

  超高清激光电视系统原理框图如图1所示,包括超高清图像帧生成、超高清图像帧转换、激光超高清显示三个部分组成。

  超高清激光电视系统工作原理为:

  1)超高清图像帧生成部分(即TV SoC模块),包括信号接口和解码及图像处理模块,将电视信号处理成像素为4M*2N@f的超高清图像信号。具体为:

  信号接口模块接收射频、HDMI、USB、网络等电视信号。信号解码及图像处理模块对电视信号进行解码及色域转换、伽玛校正、降噪等图像处理,然后进行像素分辨率转换及帧频转换,将接收到的电视信号转换成超高清帧图像Xi,形成超高清图像帧序列X{X1、X2、...、Xi、...、Xf},帧频为f,如图2所示。帧图像Xi的像素矩阵为4M*2N、像素为Xi(u*v);其中i为1、2、...、f,u为1、2、...、4M,v为1、、2、...、2N。

  2)超高清图像帧转换部分(即图像处理模块)包括第一子图像帧和第二子图像帧生成模块,对超高清图像信号进行采样、分割和倍频处理后,得到2路M* N@2f的高清图像信号。具体为:

  第一子图像帧生成模块接收到超高清帧图像Xi后,对其进行水平和垂直采样,得到第一子帧图像XFi,XFi像素矩阵为M*N,像素为XFi(e*g),其中e为1、2、...、M,g为1、、2、...、N。移除超高清帧图像Xi的上述像素Xi(u*v),将剩余像素进行重新排列组合,形成第一子帧图像XBi,XFi的像素矩阵也为M*N,像素为XBi(p*q)。其中,p为1、2、...、M,q为1、、2、...、N。将XFi和XBi按顺序排列组成序列帧,形成第一子图像帧序列XFB{XF1、XB1、XF2、XB2、...、XFi、XBi、...、XFf、XBf},帧频为2f,如图2所示。

  第二子图像帧生成模块接收到第一子帧图像XFi和XBi后,对其进行垂直图像分割,得到第二子帧图像(XFLi,XFRi)和(XBLi,XBRi),XFLi和XFRi分别为第一子帧图像XFi的左半像素和右半像素,XBLi和XBRi分别为第一子帧图像XBi的左半像素和右半像素,XFLi和XFRi、XBLi和XBRi的像素矩阵为M*N; 将第二子帧图像(XFLi,XFRi)和(XBLi,XBRi)按顺序排列成序列帧,形成第二子图像帧序列XFBLR{(XFL1,XFR1)、(XBL1,XBR1)、(XFL2,XFR2)、(XBL2,XBR2)、...、(XFLi,XFRi)、(XBLi,XBRi)、...、(XFLf,XFRf)、(XBLf,XBRf)},帧频为2f,如图2所示。将第二子帧图像(XFLi,XFRi)和(XBLi,XBRi)依次送至DMD驱动器,其中,XFLi(或XBLi)送至DMD驱动器A,XFRi(或XBRi)送至DMD驱动器B。

  3)激光超高清显示部分包括DMD驱动模块、激光及光学处理模块、DMD芯片、菱镜、振镜、镜头及显示屏幕。利用2个高清DMD驱动器A和B分别对第二子帧图像的2路高清图像信号处理后合并为M*N@2f图像信号驱动DMD芯片,DMD芯片投射出分辨率为M*N的图像光;最后采用振镜使DMD投射的相邻帧图像光位置微移,从而显示出4M*2N@f的。具体为:

  DMD驱动器A和驱动器B先分别对XFLi和XFRi同时进行处理,输出合并图像信号COL_S为COL_S_F以及振镜同步信号SF_SYN为高电平;然后DMD驱动器A和驱动器B分别对XBLi和XBRi同时进行处理,输出合并图像信号COL_S和COL_S_B以及振镜同步信号SF_SYN为低电平;如图2所示。在输出COL_S信号的同时输出色轮控制信号CW_CTR。

  CW_CTR信号控制激光及光学处理模块将颜色光依次照射至DMD芯片上的微镜阵列;DMD芯片依据图像信号COL_S_F来打开或关闭微镜阵列上图像信号像素对应的微镜、将图像信号转换为图像光,SF_SYN为高电平,振镜为第一位置,图像光经过分光/合光棱镜、振镜、镜头后,将图像光投射至显示屏幕呈现第一图像,如图2所示。呈现的第一图像对应的是第二子帧图像(XFLi,XFRi)或第一子帧图像XFi,显示了超高清帧图像Xi的一半像素内容,分辨率为M*N。紧接着DMD芯片依据图像信号COL_S_B来打开或关闭微镜阵列上图像信号像素对应的微镜,将图像信号转换为图像光,SF_SYN为低电平,振镜为第二位置,图像光经过分光/合光棱镜、振镜、镜头后,将图像光投射至显示屏幕呈现第二图像,如图2所示。同样,呈现的第二图像对应的是第二子帧图像(XBLi,XBRi)或第一子帧图像XBi,显示了超高清帧图像Xi的另一半像素内容,分辨率也为M*N。

  呈现的第一图像和第二图像在屏幕上处于对角交错的位置,如图2所示。屏幕形成的第一和第二图像依次进入人眼,由于人眼视觉暂留、呈现为分辨率为4M*2N、频率为f的合成画面。

2 系统实现

  实现的超高清激光电视系统框图如图3所示,由4K SoC、图像/格式转换、4K DMD驱动、DMD芯片、色轮激光光学处理、激光模组等组成;系统中M*N为3840*2160(即4K*2K)。

  4K SoC模块对音视频电视信号进行解码、音视频分离等处理,输出4K*2K@60Hz VBO图像信号,以无线的方式将音频信号送至无线音箱;及发出控制信号或接收检测信号控制电源及激光驱动模组等。图像/格式转换模块对VBO图像信号进行采样、分割和倍频等处理,输出2路1358*1528@120Hz LVDS信号给DMD驱动模块。4K DMD驱动模块由2个高清驱动器组成,接收2路LVDS信号后、将其合并转换成2716*1528@120Hz的TTL电平图像信号驱动DMD芯片;及发出控制信号或接收检测信号,控制DMD芯片、色轮、激光驱动模块等。色轮快速旋转、及蓝色光激发色轮产生红绿等多色光,各种颜色光依次投射至DMD,DMD在TTL图像信号控制下快速偏转、形成图像光通过镜头投射出后呈现为分辨率为2716*1528的图像。振镜以120 Hz振动、控制图像光微移,使得2个2716*1528的呈现在交错的位置,呈现分辨率为3840*2160的合成画面。

  系统中电源模块将交流电转换成12 V、24 V直流电,为整个系统供电;驱动模块驱动激光模组发出蓝色激光、经扩散、聚焦等光学处理后将蓝色激光投射至色轮,激发色轮彩色各色光。

3 结论

  本文提出一种超高清激光电视系统的设计方案,通过对超高清信号进行采样、分割、倍频等处理后得到高清信号,利用高清DMD驱动器、DMD器件等将高清信号转化为图像光;及利用振镜控制2个图像光的投射位置,使其交错呈现出合成的超高清显示画面。该方案已应用于创维超高清激光电视,效果良好;能够快速应用于超高清激光显示产品,具有广泛应用价值。

  参考文献:

  [1]柴燕,毕勇,颜博霞,等.全球激光显示技术专利分布格局与态势分析[J].液晶与显示,2011,26(3):329-333.

  [2]康玉思,田志辉,刘伟奇,等.激光显示广角球幕投影镜头设计[J].液晶与显示,2014,29(3):333-338.

  [3]徐遥令;侯志龙;梁金魁.一种激光电视的图像处理方法、系统及激光电视:中国,201510514565.6[P].2015-12-02.

  [4]王延伟,毕勇,王斌,等.大屏幕激光投影与激光电视[J].液晶与显示,2010,39(4):232-037.

  本文来源于《电子产品世界》2018年第7期第26页,欢迎您写论文时引用,并注明出处。



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