在高清晰LCD HDTV中使用Cyclone III FPGA

　　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