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在高清晰LCD HDTV中使用Cyclone III FPGA

作者:Altera公司时间:2008-07-23来源:EDN China收藏

  Nios 嵌入式处理器

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/86124.htm

  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 设计中,没有额外成本。

  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

   的优点

   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 电视接口结构图

   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。 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 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 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。

  致谢

  Tam Do, Altera 公司广播/ 汽车/ 消费类业务部资深技术营销经理。


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关键词: FPGA Cyclone III LCD HDTV

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