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DLP TV视频前端系统构架及其设计理念
2005年4月11日 10:21  来源:InfoAV China
   Texas Instruments Digital Light Processing技术是一项先进的数字显示技术,具有高清晰度、高对比度、丰富色彩再现和高可靠性的特点,被广泛应用于投影仪、电视和数字影院。基于DLP技术的数字光显电视画面清晰亮丽,色彩逼真,外观体积紧凑,呈现出强大的市场潜力与迅猛的发展势头。 

  目前,全球已有超过20家公司研制和生产大尺寸、高清显示的DLP光显电视。他们不仅包含了国内主要的电视生产厂商,如长虹、创维、TCL、SVA、康佳、厦新、熊猫,而且还囊括了全球九大电视制造商中的六家,即LG、Mitsubishi、Panasonic、Samsung、Thomson和Toshiba。其中,LG和Samsung的DLP TV已进入中国市场。 

  视频前端是DLP TV的重要组成部分,它涵盖了广播电视接收、视频格式转换、图像质量增强的各个方面。视频前端的处理性能、系统构架、以及与光学系统的匹配程度,对DLP TV的图像质量有着很大影响。本文从DLP显示技术的特点和DLP TV的应用需求出发,讨论了视频前端的系统构架,并为系统设计提出了建议。 

DLP显示技术的特点 

  DLP光学系统的核心是Digital Micromirror Device(数字微镜芯片),该器件基于CMOS标准半导体工艺,并具有调节反射面的旋转机构。DMD表面上每片被寻址的微镜对应着一个显示像素。随着视频数据电信号的变化,微镜以每秒五千次的速度在两个状态间倾斜,实现光开关的作用,从而产生精确的数字灰阶。配合色轮机构的高速旋转,就可以获得丰富的色彩再现。 

  由于成像机理的差别,不同显示技术在光学机构、亮度/对比度表现能力、分辨率、输入/输出响应特征等方面有着巨大的差别。因此,在设计DLP TV视频前端系统的过程中,必须注意DLP技术的以下特点。只有当视频前端处理良好匹配这些显示特性时,才能够实现DLP技术最佳的图像质量。 

高清晰度 

  DMD表面微镜阵列的规模决定了DLP光学系统可以达到的显示分辨率。目前在大屏幕光显电视应用中,最新一代DMD芯片可以实现1920x1080的高清显示。高清视频实时处理的要求,以及大尺寸电视的显示特性,对DLP TV视频前端系统的处理性能提出了很高的要求--除了视频处理芯片的带宽、实时性、算法性能之外,还需要考虑存储空间的大小和读写访问速度。 

高对比度 

  基于Dynamic Black(动态黑色补偿)技术的DLP光学系统能够达到>5000:1的全开/全关对比度,远远高于其他平面或微显技术的同类指标。高对比度显示能够生动再现丰富的灰度层次,画面锐利、具有立体感。但同时,高对比度的显示特点要求视频前端系统具有更高的数据精度。传统8 bit的数据宽度已无法满足高对比度DLP系统的应用需要,容易在画面上产生轮廓和等高线失真。由于数据精度不足,视频前端处理过程中量化误差和截断误差产生的噪声问题也会进一步恶化。 

线性传输特性 

  DLP光学系统具有线性的传输特性,数据带宽高,不存在gamma特性的光像畸变。由于其频率响应特性呈现全通特性,不论是画面的平坦区域,还是细腻的高频细节,都能够得到真实地再现,画面细腻、细节丰富。然而,作为一种特殊的高频部分——噪声,也会经光学系统的投射而出现在屏幕上。因此,去噪滤波模块(如三维去噪滤波、或是针对MPEG视频源块效应和量化噪声的去噪滤波)在DLP TV视频前端处理中不可或缺,其性能直接影响了图像质量。 

DLP TV视频前端的系统结构框架 

  目前,我国尚处于模拟电视向数字电视过渡的时期。DLP TV视频前端系统需要能够接收多种制式、多种格式的视频节目,并通过视频格式转换和图像增强,将其转变为DLP光学系统能够接收的固定视频数据格式。传统的显示技术(如CRT),频响范围较窄,成像不够精细,也容易隐藏细微的图像失真。由于DLP技术在成像上具有高保真的特点,因此,DLP TV视频前端系统设计的难点之一就是如何进行系统设计与视频处理,使得模拟视频输入获得与数字视频相当的图像质量。 

DLP TV视频前端系统结构框图 

  如上图所示,DLP TV视频前端系统的输入接口包括了模拟视频信号与数字视频信号两大部分。模拟电视信号经高频调谐下变频为模拟基带视频信号,和复合视频、S端子视频、分量视频一同进入Video Decoder。在Video Decoder中经模数变换、亮色分离、色度解调与输出格式转换的数字信号以BT.601或BT.656的格式输入Video Processor。另一类模拟视频信号来自计算机——以RGB格式输入的计算机图形信号在视频格式转换和图像增强之前经模数变为数字信号。为了兼顾数字电视广播的应用,数字视频输入通道包括了数字高频调谐、信道解码、MPEG-2信源解码等模块。 

  Video Processor是DLP TV视频前端系统的核心所在。在这个模块中,经过去隔行变换、帧频转换、视频缩放等视频格式转换算法,不同来源的各路视频信号转变为DLP光学系统能够支持的分辨率和刷新率。同时,图像增强模块提供黑/白电平延伸、亮/色边缘增强、去噪滤波、肤色校正等算法,能够显著提升画质,改善主观视觉效果。多通道视频处理结合OSD屏显模块,能够实现PIP、POP、菜单导航等复杂的多窗口显示,给予用户更多样的观赏风格。 

  高性能的实时视频处理有赖于CPU、ROM、RAM和晶振的协同工作。随着视频处理向集成化方向发展,部分高端视频处理芯片内嵌CPU核,能够直接通过I2C总线实现对片外器件的控制。ROM存储了视频前端的自举代码和参数表,用于系统初始化;RAM大容量存储空间和高速率读写访问保证了视频处理的高效实时。 

  由于DVI和LVDS数据格式采用差分方式传输,具有高效率、低功耗、低杂波干扰、带宽大的特点,Video Processor输出的RGB信号经TMDS/LVDS编码,发送到DLP光学系统中,从而完成整个视频前端处理过程。 


 
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