使用低成本FPGA硬件和IP方案加速顯示器設計

不久以前，高清平板電視對普通消費者來說還是一個奢侈品。而現(xiàn)在，大多數(shù)一般收入家庭去購買一臺高清平板電視已非難事。應對這一變化，面板廠家正在擴大產能去迎合市場需求并且鼓勵更多的人去購買這一顯示設備。

市場研究公司iSuppli預計，在世界范圍內，液晶和等離子(PDP)電視的出貨量將從2,000萬臺(2004年)增長到接近9,000萬臺(2009年)。隨著技術和顯示尺寸的擴展，這些平板顯示設備正在替代傳統(tǒng)的陰極射線管(CRT)顯示設備，甚至即使在同樣的顯示尺寸上，前者的價格還要稍高于后者。

較高的清晰度、優(yōu)秀的色彩還原能力、最小的數(shù)字運動失真，這些都是消費者追求的性能。這些指標讓消費者將不同的平板顯示模式區(qū)分開來，在特定的屏幕尺寸上，具有這些特性的產品的售價可以高于那些最低的入門級產品。

一些公司將自己在圖像增強技術方面的獨門絕技標明在產品上，因此就可以將自己的產品賣得稍貴一些。如果你不想投入大量的資本和資源就想為你們公司的產品劃算的開發(fā)、測試、制造這樣的性能，從而也獲得更高的利潤。世界上有這樣的好事嗎?回答是肯定的，賽靈思與其合作伙伴已經開發(fā)了完整的解決方案套件幫你實現(xiàn)這樣的目標。

該解決方案可以讓顯示設備的開發(fā)者加快產品的面市時間。其包括了一個基于FPGA的低成本顯示設備解決方案板，以及幾個先進的視頻/圖像處理IP內核，以加速你的功能豐富的平板顯示設備的設計。顯示設備解決方案板中包括一個低成本的最佳邏輯的90nm FPGA器件和存儲器，并且提供了全面的連通性，支持和顯示面板以及視頻調諧板的連結。

為什么需要在顯示設備的應用中使用FPGA?

集成更多的功能、需求更多的服務、支持更多的標準、要求越來越快的面市時間，數(shù)字顯示產品的設計者不斷地被置于這樣的壓力之下。ASIC供應商能提供定制芯片滿足你所需的功能，但是他們也許會花費超過一年的時間去開發(fā)日益復雜的視頻/圖像處理器，由此你將在制作過程中承受巨大的NRE費用。

盡管有許多由Pixelworks、Genesis、Trident、Philips和ST這樣的半導體供應商提供的專用標準部分(ASSP)解決方案可供使用，但它們卻不允許顯示設備制造商生產自身專有的用來獲取額外利潤的功能。而可編程的解決方案既可以彌補ASIC解決方案的不足，因為它可以更頻繁的對整個系統(tǒng)做出改善;而通過生產差異化的產品，它也可以彌補ASSP解決方案的不足。這樣的差異來自所采用的圖像增強技術的形式，來自外圍設備接口、存儲接口或者連通性，甚至來自例如GPIO擴展這樣的簡化工具。

FPGA因此成為貫徹這些功能的卓越平臺，因為它是可編程的并且使用非常靈活。另外因為它的并行處理能力和集成的許多專門針對消費類顯示市場的特殊功能，F(xiàn)PGA尤其適用于許多數(shù)字視頻應用場合。舉例來說這些特殊功能包括：支持視頻和顯示面板方面的多種接口標準、DSP功能、數(shù)字時鐘管理、電壓等級裝換、高速I/O包選擇。

具有這些功能的邏輯最佳FPGA是低價的，因為它們采用了較小的90nm工藝技術，而且在保持高晶圓良率的同時采用了較大的300mm晶圓。而互聯(lián)性是可變成邏輯的傳統(tǒng)強項。今天，隨著標準和接口技術的改變，在顯示設備的解決方案中，更加需要FPGA的參與。

低成本的基于FPGA的顯示設本解決方案板

Xilinx現(xiàn)在提供了一款開發(fā)平臺，其可以有效的設計和確認那些平板電視、背投電視以及數(shù)字投影儀領域內的前沿顯示技術以加快設計面市的速度。應用這個平臺，你可以創(chuàng)造和更改復雜的算法去增強顯示設備的圖像質量和色彩設置。

這個低成本的基于FPGA的顯示設備解決方案板集成了邏輯最佳的90nm、一百六十萬門采用484針的BGA封裝的XC3S1600E FPGA芯片，結合了可配置的PROM、和在對FPGA進行任意編程時需要用到的SPI。另外，其還包括四個512 Mb x16 DDR SDRAM存儲器，對于支持幀緩存來說這是非常完美的。

隨同這個顯示設備的解決方案板，你可以獲得一個266 Mbps的SDRAM控制器和圖像處理算法參考設計。還有一些可供選擇的板和這個板一塊提供，它們包括GPIO、USB、CameraLink 和 DVI 選擇板。這些可供選擇的板允許方便實現(xiàn)標準的顯示面板和視頻板之間的連接，并且允許你校驗連通性解決方案和視頻/圖像處理算法。

圖1展示了這個顯示設備解決方案板的架構。作為一個顯示設備的開發(fā)者，你可以運用這個板開發(fā)更高的圖像質量、多樣的存儲接口和對于一個靈活的、低成本的、高性能的解決方案所應該具備的各種特性。你還可以合并一些重要的顯示特性，比如集成微控制器，內嵌軟內核的32位RISC處理器以及LVDS、RSDS和迷你LVDS接口，還包括并行數(shù)字信號處理、片上存儲和在單個的邏輯最佳的90nm XC3S1600E FPGA設備上的高速外部存儲訪問特性。

圖1：Spartan-3E顯示設備解決方案板

參考設計和IP

和低成本的基于FPGA的顯示設備解決方案板一起，賽靈思同時提供相關的參考設計以增強圖像質量。這些針對顯示解決方案的參考設計包括精確的灰度校正、圖像抖動引擎、色溫修正、虛假的等高線縮小等。運用這些參考設計，你可以迅速的配置一個面向市場的基本平臺，然后開發(fā)其它進一步的功能，比如銳度增強、動態(tài)灰度校正或者噪音減少等。

Xilinx還有三個開發(fā)團隊提供其它的顯示解決方案。比如，Digital Design公司提供包括OpenGL、Symbology Overlay和Scaling/Decimation在內的經過充分測試的先進的軟內核。表1展示了各種參考設計，其由Xilinx和其伙伴提供，這些伙伴都是業(yè)內致力于顯示面板和視頻開發(fā)板應用的公司。

圖2：數(shù)字顯示面板和視頻板參考設計

結論

平板顯示器的圖像質量是高度主觀化的指標，而圖像增強算法的規(guī)格也在不斷的發(fā)展過程當中。作為這個發(fā)展的一個結果，低成本的FPGA和其參考設計可以令你快速簡易的更新你的圖像增強算法。設計工程師們應該非常期待低成本的FPGA，這些FPGA已經被用于例如DVD播放器、等離子電視、以及高清電視這樣的大規(guī)模消費電子應用領域，以往的成功經歷可以確保這些FPGA能為設計師們的消費類應用提供高度可靠、易于應用的組件支持。當然這個低成本的FPGA在伴隨著成本下降的同時，也必須不斷增加新的特殊市場功能以和新的標準和參考設計保持同步。