利用FPGA和新技术，使LCD进入HDTV市场

　　高清晰TV（HDTV）是液晶显示（LCD）技术的最新应用领域，它比标准LCD技术需要更高的分辨率，而数据速率和功耗也增加了。由于提高了数据速率，因此高速运动视频需要专门的图像处理算法。这些算法可以在现场可编程门阵列（FPGA）中实现，将数字视频信号正确的转换、映射在显示面板上。

　　LCD设计人员采用FPGA，可以灵活的重新配置图像处理算法，在相同硬件平台上，使所有产品中不同尺寸的LCD能够适应不断增加的数据速率。特别是在数字消费类市场上，FPGA能够为数字电视和显示提供最有效的成本、性能和灵活性均衡方案。LCD TV制造商可以充分利用FPGA技术，实现产品及时面市，使产品迅速进入零售渠道，在竞争中占据最有利地位。

　　一个LCD系统可以围绕FPGA展开设计，其中运行实时嵌入式操作系统的FPGA协处理器控制整个显示设备。设计人员不仅可以在显示的中心控制部分采用FPGA，在专用处理数据通道上也可以采用FPGA。例如，FPGA非常适合实现一些可选显示功能，对视频流进行实时图像缩放处理。

　　最新一代FPGA含有经过优化的硬件编码数字信号处理（DSP）模块，组成视频和图像处理的基本单元。DSP模块的高速并行处理能力适用于图像处理等需要较大数据吞吐量的DSP应用。

　　最常用的DSP函数包括有限冲击响应（FIR）滤波、复杂FIR滤波、快速傅立叶变换（FFT）、离散余弦变换（DCT）以及相关算法等。这些函数是HDTV和其他复杂LCD应用的基本构建模块。

　　在LCD系统中使用FPGA技术还具有另一个优势——系统设计人员可以在产品整个生命周期中进行多次编程设计，这一关键特性使设计人员不必重新设计整个系统，就可以在产品更新换代中不断增加产品新功能。

克服HDTV障碍的新技术

　　HDTV正在成为商用电视的主流，业内主要厂商引入了专门的技术推动LCD进入HDTV应用领域。

　　国家半导体（National Semiconductor）引入了低电压差分信号（LVDS）来降低高速LCD接口功耗和电磁干扰（EMI）。平面显示器（FPD）是国家半导体定义的LCD HDTV和监视器平台中，主机面板和显示面板之间基于LVDS的链接。

　　国家半导体还定义了低摆幅差分信号（RSDS）标准，主要用于分辨率在VGA和UXGA（急速扩展图形阵列）之间的显示应用。
　　德州仪器（Texas Instruments）也引入了相似的接口标准——mini-LVDS，其目的同样是降低功耗和EMI。平面链接（Flat Link）是TI定义的LCD HDTV和监视器平台中，主机面板和显示面板之间基于LVDS的链接。mini-LVDS接口标准与RSDS基本一致，只是mini-LVDS为符合AC定时要求而采用了中心对准的输出时钟。
该接口与FPD链接相似，主要由LG、Philips和Thomson采用，应用于他们的LCD HDTV产品中。由于消费者越来越青睐于更大的TV显示器，设计人员进行电路板和布线设计，实现信号完整性时，目前的接口技术仍会有一定的局限性。国家半导体开发了一种叫做PPDS的最新接口技术，目的在于实现更大的LCD显示。表1总结了各种不同的显示面板技术。
图1是一个典型的数字LCD TV模块框图。调谐器模块可以是卫星、地面无线或者电缆解调器，其后是MPEG2解调器。除了来自数字TV调谐器的信号以外，一个典型的LCD TV还能够提供DVI（数字视觉接口）、HDMI（高清晰多媒体接口）、模拟RGB、CVBS、S-video以及电视信号分量等外部视频输入接口。

　　LCD HDTV监视器必须能够处理各种视频输入信号格式。一些格式可以直接映射到显示器上，而其他的则必须重新调节才能正确的显示。

　　LCD HDTV的核心是其图像处理和定时控制模块。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、运动探测、换算器和解隔行扫描等功能。图2是一个典型的LCD TV接口模块框图。

　　LCD彩色响应主要取决于色彩容量，其响应时间较慢，是图像处理算法（可去处视觉非自然信号）设计中的难点。FPGA的设计灵活性提供了产品及时面市的优势，使设计人员能够在器件中重新设计算法，而不必重新进行编程规划。

　　显示器制造商在产品中加入自己的专用算法实现真彩色、提高运动显示性能，从而能够领先于竞争对手。有两种专用视频增强方法来产生LCD真彩色视频性能。

　　第一种方法是时间抖动，在一定的时间周期内，快速切换象素的开关状态，生成不同颜色的真灰度等级。第二种方法是空间抖动，生成一定数量的颜色强度等级。空间抖动会产生空间噪声或者误差扩散；需要进一步的滤波和精确调谐来消除此类噪声。

结论

　　LCD以前主要用于比较稳定的计算机数据文本和图形显示，而现在则用于在更大的显示面板上显示快速运动视频信号，这需要能够在FPGA中实现的专用图像处理算法。LCD设计人员采用FPGA技术可以在标准硬件平台上，根据面板尺寸重新配置这些算法，从而降低制造成本，加速产品面市。

　　主要制造商引入多种技术，如国家半导体的低电压差分信号和低摆幅差分信号以及德州仪器的mini-LVDS，克服功耗和电磁障碍，使LCD能够应用于HDTV商用领域。

　　利用灵活的FPGA进行动态图像处理，采用新技术克服HDTV功耗和EMI障碍，设计人员能够将LCD进一步带入前沿的商用TV和显示应用领域。