LCD TV控制芯片與顯示處理技術(shù)深度解釋

1、LCDTV控制芯片與顯示處理技術(shù)深度解釋作者：佚名微機(jī)原理來源：本站原創(chuàng)點(diǎn)擊數(shù)：食354更新時(shí)間：2006-12-7LCDTV的市場現(xiàn)況LCD顯示技術(shù)在近年有著相當(dāng)大的進(jìn)步，雖然LCD基于自主發(fā)光顯示技術(shù)，需要有高成本的背光模塊作為輔助，而傳統(tǒng)被視為缺點(diǎn)的視角、對比、反應(yīng)速度與色飽和度特性，皆透過不同的液晶晶態(tài)技術(shù)、動(dòng)態(tài)背光控制、掃瞄式背光模塊以及黑插入技術(shù)及高色飽和度冷陰極燈管（CCFL）等新技術(shù)的導(dǎo)入與量產(chǎn)，在最終畫面的表現(xiàn)上，已經(jīng)堪稱與電漿電視有了帄起帄坐的地位。且由于電漿電視為自發(fā)光顯示器，其利用半消耗性熒光物質(zhì)的顯示模式，于長時(shí)間觀看后可能出現(xiàn)屏幕燒灼定影現(xiàn)象，雖然目前已經(jīng)有相當(dāng)多的

2、作法可以改善，但是成本過高，在經(jīng)濟(jì)效益方面明顯不及LCD。雖然2005年是LCDTV銷售量大起飛的一年，但是2006年的銷售成績卻未如面板廠所預(yù)估般的成長，在此情況之下，加上各大面板廠新的生產(chǎn)線紛紛開出，使得面板產(chǎn)量增加，但是總體銷售量未有等比例增加的狀況之下，讓面板價(jià)格大幅滑落，連帶使得LCDTV售價(jià)也有相當(dāng)大的跌幅。但是售價(jià)的降低也鼓勵(lì)了消費(fèi)者的采購意愿，由于價(jià)格處于合理階段，年底的銷售量略有增溫的現(xiàn)象。而根據(jù)統(tǒng)計(jì)，2006年的LCDTV出貨量較去年成長約一倍左右。而在控制芯片方面，拜上半年面板生產(chǎn)過剩以及LCDTV銷售與預(yù)期有落差的狀況，2006年的帄均售價(jià)與2005年比較起來，有將近3

3、成左右的跌幅，不過下半年因LCDTV售價(jià)合理化所帶來的銷售熱潮，以及面板廠進(jìn)行產(chǎn)能調(diào)節(jié)，在出貨市場方面有著相當(dāng)出色的成長。專利與授權(quán)造就大者恒大的LCDTV市場LCDTV是屬于非常高度整合性的產(chǎn)品，在一部標(biāo)準(zhǔn)LCDTV中，我們就可以看到包含硬件、軟件、DSP芯片、無線射頻以及諸多可加強(qiáng)畫面表現(xiàn)的算法，雖然就一般而言，許多專利都掌握在國外大廠的手中，如美商SiliconImage、Zoren等，國內(nèi)如聯(lián)發(fā)科、凌陽等生產(chǎn)LCDTV芯片的公司，都必須負(fù)擔(dān)大筆的授權(quán)費(fèi)用，如果稍有不順這些版權(quán)掌握者的意，那么可能就會(huì)發(fā)生如前陣子晨星公司與國外Genesis公司的專利糾紛，而造成產(chǎn)品不能輸出的結(jié)果。由于L

4、CDTV所牽涉到的智財(cái)范圍廣泛，包含影像處理、MPEG譯碼、視訊輸出入端子等等，不僅處理過程繁雜，所需成本更是驚人，一般說來，想要制造LCDTV,先期的相關(guān)授權(quán)金與專利費(fèi)用可能就要達(dá)到數(shù)十億臺幣之譜，因此LCDTV的市場幾乎都是大者恒大，中小型公司很難切入?？刂菩酒墓δ芘c設(shè)計(jì)趨勢圖說：lcdtv的零組件配置方式。(資料來源：帆宣科技)般來說，lcdtv的控制芯片肩負(fù)者將電視機(jī)所所接收的模擬以及數(shù)字訊號經(jīng)轉(zhuǎn)換與處理之后，再發(fā)送到前端屏幕作輸出的動(dòng)作。這個(gè)控制芯片的主要架構(gòu)，便包含了視訊譯碼器(VideoDecoder)、反交錯(cuò)掃瞄器(De-interlacer)以及畫面縮放控制器(Scaler

5、)這3大部分。每個(gè)部分在LCDTV中都有各自需要擔(dān)當(dāng)?shù)慕巧?，以VideoDecoder來說，便是肩負(fù)了將所接收到的模擬訊號轉(zhuǎn)換為數(shù)字訊號，接著這些訊號將由De-interlacer所接手，將一般電視所使用的交錯(cuò)式掃瞄轉(zhuǎn)換為逐行掃瞄的形式，芯片設(shè)計(jì)廠大多也會(huì)在這階段加入些影像的后期處理功能，比如說亮度與對比的調(diào)整、噪聲消除、影像的銳利化等等。而在通過前面2個(gè)階段以后,最后便是到了Scalar階段，透過特定的算法，把原生的電視影像分辨率擴(kuò)展到LCDTV的全畫面，這個(gè)階段決定了非原生面板分辨率視訊內(nèi)容的全屏幕畫面質(zhì)量，因此如何在芯片運(yùn)算能力可負(fù)擔(dān)的范圍內(nèi)采用最佳的算法，決定了LCDTV在畫面上的最終

6、表現(xiàn)。至于各大主流廠商的發(fā)展趨勢方面，主要是以推出整合上述三種核心組件的單芯片(SystemonChip;SoC)為主要的解決方案。此外，LCDTV控制芯片的范圍，還包括了諸如模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(AnalogDigitalConverter；ADC)、鎖相回路(PhaseLockLoop；PLL)、屏幕顯示調(diào)整(OnScreenDisplay；OSD)等組件。由于目前數(shù)字化傳輸與控制方式的日漸普及，為了滿足處理數(shù)字訊號來源的需求，在一般如數(shù)字訊號接收接口(DVIReceiver)、高畫質(zhì)數(shù)字多媒體接收器(HDMIReceiver)，以及數(shù)字訊號調(diào)諧器(DigitalTuner)、解調(diào)變器(Dem

7、odulator)、MPEG-2譯碼器(MPEG-2Decoder)等基本功能組件，也漸納入為LCDTV控制IC的功能發(fā)展范圍。LCDTV控制芯片整合化的趨勢，除了包含三大基本功能的控制芯片基本設(shè)計(jì)以外，一些原本屬于周邊電路零件的部分，也開始被控制芯片研發(fā)廠商規(guī)劃整合進(jìn)控制芯片內(nèi)，這些部分包含了PLL、OSD、MCU以及內(nèi)存等等，而目前影像編碼規(guī)格除了主流的MPEG2以外，次世代藍(lán)光媒體所采用的H.264，以及大陸方面極力推行的AVS，也逐漸被納入SOC控制芯片支持的范圍之內(nèi)，因此在可預(yù)見的未來，LCDTV將會(huì)變的更為模塊化，制造流程也將更為精簡。控制芯片的高度整合不但是基于成本的考慮，由于其

8、統(tǒng)一了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的組件，更是能夠有效降低LCDTV的設(shè)計(jì)難度，縮短廠商的開發(fā)時(shí)程，且單芯片設(shè)計(jì)在性能的提升上會(huì)有較大的空間，不過由于單芯片化，對于某些特定地區(qū)或在設(shè)計(jì)上有著不同取向的LCDTV產(chǎn)品，可能會(huì)有無法兼顧的情形，因此針對不同的應(yīng)用或者是不同地區(qū)規(guī)范來推出對應(yīng)的SOC控制芯片，必然是這些控制芯片設(shè)計(jì)制造廠商所必須審慎考慮的走向。大型LCDTV的相關(guān)設(shè)計(jì)方案PixelWorks:針對37吋以上的市場，PixelWorks公司推出了Pearl系列芯片該芯片其主要特點(diǎn)是內(nèi)建高速的10-bitADC、3D視訊譯碼器、整合的微處理器核心，并采用雙重縮放控制器(Scaler)和自動(dòng)偵測動(dòng)態(tài)的反交錯(cuò)掃

9、描儀(De-interlacer)，整合度再次提高。此外，該系列芯片支持雙點(diǎn)LVDS、UV5影像最佳化、噪聲過濾等等附加功能。Genesis:我們針對其高階應(yīng)用的Cortez-Advance芯片組來做介紹這些產(chǎn)品包含了FLI863&FLI8668和FLI8662等芯片。其中FLI8668內(nèi)置雙路3D視訊譯碼器、雙路動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)目s放引擎、支持圖文顯示的VBI處理器等。該芯片的雙路PiP處理能力支持對2個(gè)畫面的單獨(dú)操作，比普通PiP功能更為強(qiáng)大。此外，F(xiàn)LI8668采用了DCDi(方向性關(guān)聯(lián)的交錯(cuò)掃描)技術(shù)，該技術(shù)可以去除標(biāo)準(zhǔn)的交錯(cuò)掃描視訊在轉(zhuǎn)換成循序掃描顯示設(shè)備兼容畫面格式時(shí)圖形邊緣產(chǎn)生的變形。C

10、ortez-Advance三款芯片均采用416pin-BGA封裝。兆宏電子：兆宏電子的MagicPixelMP285芯片組，除了支持標(biāo)準(zhǔn)的480i/576i以及1080i視訊來源以外，其高頻寬架構(gòu)設(shè)計(jì)，足以撐起WUXGA以及UXGA等分辨率的處理需求。內(nèi)建了3D反交錯(cuò)掃描儀，可以快速的進(jìn)行交錯(cuò)轉(zhuǎn)循序掃瞄的處理，而專用的顏色處理器也能提供LCDTV更好的顏色表現(xiàn)。瑞昱公司：該公司的RTD2620芯片，芯片處理能力包含了3D反交錯(cuò)功能，并且內(nèi)建了具備有VividColor技術(shù)的視訊處理器，可選擇內(nèi)建HDCP，并且具有PiP/PoP/MP的多種屏幕切割功能，不過其最高分辨率只支持到1366*768，

11、并不具備FullHD的顯示能力。利用兩大技術(shù)LCDTV畫質(zhì)也可與傳統(tǒng)CRT帄起帄坐傳統(tǒng)CRT映像管的顯示方式，是透過陰極射線管發(fā)射電子束來撞擊屏幕上涂布的熒光物質(zhì)，電子束的發(fā)射是采用脈沖方式(Impulse-Type)，屏幕上的個(gè)別像素在收到電子束的撞擊之后會(huì)被點(diǎn)亮，不過在脈沖波形達(dá)到需求點(diǎn)之后，馬上就會(huì)回到初始值，由于電子束的撞擊是在非常短的時(shí)間內(nèi)達(dá)成，因此人眼完全無法感覺到像素被點(diǎn)亮或熄滅的過程。不過LCD面板本身沒有發(fā)光的能力，而是必須透過背光模塊才能讓面板發(fā)光，而透過液晶的角度旋轉(zhuǎn)來將光線曲射或遮蔽，使人眼感覺到畫面的點(diǎn)亮與變暗。由于絕大部分背光模塊都是采用穩(wěn)態(tài)(Hold-Type)的

12、驅(qū)動(dòng)方式，因此除非關(guān)閉供電，不然背光模塊隨時(shí)都是處在發(fā)光的狀態(tài)，并不會(huì)隨著畫面的明暗而變化。光線液晶玻璃懸握下鎬娠月上偽光片玻疇基戰(zhàn)圖說：光通過液晶面板示意圖。(資料來源：高雄應(yīng)用科技大學(xué))穩(wěn)態(tài)驅(qū)動(dòng)形式的LCD在反應(yīng)速度上，是以ms(毫秒)為基本計(jì)算單位，在此基準(zhǔn)的反應(yīng)速度基本上還是可以被人眼所辨識出來，因此也會(huì)造成了物體邊緣的模糊及動(dòng)態(tài)影像常見的殘留鬼影現(xiàn)象，對于視覺效果上明顯大打折扣。而由于這樣的特性，目前一些液晶顯示廠商主打的低毫秒顯示器，雖然大多利用了OverDrive技術(shù)來加強(qiáng)液晶的扭轉(zhuǎn)速度，藉以降低反應(yīng)時(shí)間，但基本上只是治標(biāo)不治本的方式，由于液晶的顯示特定，會(huì)出現(xiàn)殘影的地方照樣還是

13、會(huì)有殘影的現(xiàn)象，因此OverDrive只能稍加改善殘影的現(xiàn)象，而無法有效根絕。下面介紹兩種可以有效改進(jìn)LCDTV顯示效果的技術(shù)，不過目前成本尚高，目前只有少部分高階LCDTV采用。為了在LCDTV上模擬出傳統(tǒng)CRT的脈沖(Impulse-Type)顯示方式，目前有兩大主流技術(shù)：ScanBacklight3DirectbacklightPanelframetimeCCFLirrajr圖說：DynamicScanningBacklight技術(shù)原理。(資料來源：奇美電子)、動(dòng)態(tài)背光掃瞄方式(DynamicScanningBackligh):此技術(shù)是需要增加背光燈管數(shù)量。由于LCD面板的畫面顯示方式是

14、由頂端被一列列寫入至底部，因此藉由LCD的背光同步點(diǎn)亮與熄滅，來達(dá)到與面板顯示的同步運(yùn)行。雖然可以有效降低殘影現(xiàn)象，但是這個(gè)技術(shù)存在有對比不足的缺點(diǎn)，且在屏幕全黑時(shí)，仍然會(huì)有漏光的現(xiàn)象產(chǎn)生。因此動(dòng)態(tài)背光掃瞄就必須搭配數(shù)字亮度調(diào)整(DigitalDimming),才能在改善殘影的同時(shí)，也能維持良好的對比。不過這個(gè)技術(shù)由于必須增加燈管數(shù)量,在背光模塊上的成本會(huì)大幅增加，比較不適用于中低價(jià)位的LCDTV采用。圖說：黑畫面插入技術(shù)原理。(資料來源：BenQ)二、黑插入技術(shù)：此技術(shù)基本上可以在不改變LCD原有架構(gòu)的前提之下，透過在動(dòng)態(tài)畫面間持續(xù)周期性的插入黑畫面，來達(dá)到類似于傳統(tǒng)CRT畫面的顯示效果。由

15、于在2頁畫格之間插入黑色畫面，因此可以有效減少前一頁畫面在人眼視網(wǎng)膜中暫留的時(shí)間。不過黑插入技術(shù)原理就像是持續(xù)的開燈與關(guān)燈，會(huì)使得背光模塊的能量效率降低。由于LCD原本的穿透率就已經(jīng)備受限制，若液晶速度不夠快，采用黑插入技術(shù)將會(huì)使得亮度與對比表現(xiàn)變差。液晶顯示器進(jìn)行灰階顯示的時(shí)候，反應(yīng)時(shí)間較慢，而黑白相應(yīng)時(shí)間反而更快，在較慢的灰階畫面中適當(dāng)插入黑畫面，便能改善視覺感受，并充分利用液晶顯示器的顯示特性，可謂魚與熊掌兼得。不過黑插入技術(shù)的確不錯(cuò)，但它要求液晶顯示器的響應(yīng)時(shí)間必須夠高。實(shí)現(xiàn)黑插入的反應(yīng)時(shí)間底線差不多是灰階8ms，超過這個(gè)時(shí)間的話，黑插入畫面很容易被人眼所察覺。因此，黑插入技術(shù)是在灰階

16、必須具備相對應(yīng)時(shí)間的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，這也是以前液晶顯示器不采用這種技術(shù)的原因。既省電又可保護(hù)眼睛日趨重要的自動(dòng)光源調(diào)整功能由于LCD的背光模塊有穩(wěn)態(tài)的特性，若是分處在明亮或者是陰暗的環(huán)境之中，沒有經(jīng)過手動(dòng)調(diào)整的話，在視覺上會(huì)造成很大的落差感。因?yàn)槟壳耙话?2吋上的大型LCDTV中，其亮度大約都超過550cd/m2,在一般明亮的環(huán)境中觀看，那么呈現(xiàn)出來的影像看起來會(huì)讓人覺得對比分明，顏色鮮艷，但是同樣的亮度搬到陰暗的環(huán)境中，就會(huì)產(chǎn)生黑色浮動(dòng)現(xiàn)象，以及畫面上的躁動(dòng)感。加上視覺落差的關(guān)系，雖然在明亮的環(huán)境中不會(huì)有感覺，但是在陰暗的環(huán)境中，久視這樣的亮度會(huì)很容易造成視覺的疲勞，舉例來說，我們從下午看電視

17、看到晚上，本來適中的環(huán)境光度會(huì)變得陰暗，而以消費(fèi)者的習(xí)慣，麻煩的手動(dòng)調(diào)整自然不是選項(xiàng)之一，長久下來，自然會(huì)對視力造成傷害。對于LCDTV來說，隨時(shí)維持在點(diǎn)亮狀態(tài)的背光模塊自然是造成功耗的重要原因之一，若是可以依照環(huán)境的光度來動(dòng)態(tài)調(diào)整背光亮度，那么就好比冷氣機(jī)的直流變頻功能一樣，既能看的舒適，又可以小幅省下電費(fèi)。而一般LCDTV的顯示特性，便是依據(jù)各像素的液晶傳透率，藉以調(diào)整背光模塊的光線強(qiáng)度，來達(dá)到灰階顯示的目的，但是大多數(shù)背光模塊的光度都有預(yù)設(shè)過強(qiáng)的毛病，因此普遍的都有漏光現(xiàn)象的產(chǎn)生。力欲自動(dòng)光源調(diào)整組件，可以依照環(huán)境光度來調(diào)整背光模塊的輝度，可藉此解決影像的黑色浮動(dòng)感。而在相同的灰階之下，

18、也可以縮小亮度的動(dòng)態(tài)范圍，降低因?yàn)楸彻饽K輝度太高使得影像過亮的缺點(diǎn)，加強(qiáng)黑色影像的表現(xiàn)能力。基本上，這類的感測組件都是以硅材料所制成，并且可分為光敏晶體管(PhotoTransistor)、光二極管(PhotoDiode)以及內(nèi)建增幅電路光二極管(PhotoIC)等三大類。光敏晶體管：這是一種具有npn或pnp結(jié)構(gòu)的晶體管，具有能夠取用光的照射能量來控制電流的能力，由于材料是采用硅，因此從可見光到近紅外線區(qū)域均可應(yīng)用。而在特性上，光敏晶體管是在一般的晶體管插入光電2極體所構(gòu)成，與帄常的晶體管相較起來，其具有指向性、感光靈敏度以及波長靈敏度等特性。但是光敏晶體管的感光靈敏度會(huì)隨著溫度的升高而增加，因此維持其溫度的恒定，會(huì)是其感光的回饋準(zhǔn)確度的重點(diǎn)。由于其成本低廉，因此主要是應(yīng)用在低成本產(chǎn)品上，如一般感光臺燈或者消費(fèi)型顯示裝置。圖說：光敏晶體管的基本應(yīng)用電路。（資料來源：）光二極管：光二極管也