满足消费类显示产品快速增长的功能需求

引言
消费类显示产品( 例如，高清晰电视(HDTV)、监视器和投影仪等) 开发人员面临巨大的设计挑战。这些产
品以前采用了专用标准产品(ASSP)，定制ASIC 开发周期很长，一般在3 年到5 年之间。而消费类市场对新
产品和功能需求的变化周期仅在一年左右。结果，消费类产品开发人员不能仅仅依靠功能固定不变的ASSP
来满足客户对创新的需求。越来越多的开发人员转向FPGA，大量采用标准芯片组，在很短的时间( 通常在
6 到9 个月) 内为产品增加高级功能和特性。图像增强特性，例如帧速率转换、拉伸和降噪等，都可以在
FPGA 中实现，并应用在消费类显示产品中。
本文介绍设计人员怎样利用Altera® Cyclone® III FPGA，发挥其优势，满足这一应用领域对性能、I/O、信
号处理、存储器和性价比的需求。
HDTV 相对于HD 内容的迅速发展
HDTV 的数量在迅猛增长，今后几年中，预计其增长百分比将达到两位数。相应的，世界上HD 广播网络的增
长也推动了HD 节目内容的发展。尽管如此，电视上的大部分节目内容仍然大大低于HD 分辨率，包括通过
标准清晰度(SD) 电缆、广播和卫星传输的内容，以及DVD 等存储介质存放的内容等。
这已经成为广播行业存在的一个主要问题。业内必须能够对SD 内容进行去隔行处理，从480 线拉伸至1080
线，而不会产生边纹、噪声或者假影等。广播行业在设备上大量投入，将SD 内容转换为适合HD 传输的内
容。同样，随着HD 服务在世界上的推广，需要转换美国、日本和韩国等国家采用的60Hz 刷新率，以及世
界上其他国家采用的50Hz 刷新率。这在SD 上已经很难转换，在HD 上也不容易实现，大屏幕会把假影显示
得非常清楚。60Hz SD 到50Hz HD 的转换更加困难，广播行业不得不再次大量投入来转换帧速率，以解决这
些问题。
从消费者的角度看，消费类显示和家庭影院外设生产商有机会利用拉伸和帧速率转换技术来突出产品图像
质量。通过提高大部分内容的显示质量，这些特性能够发挥高清晰HDTV 的潜在优势。然而，这些改进措施
不仅效果要显著，而且成本要低，这样才能得到消费者的青睐。
过去10 多年中，存在的问题是拉伸和帧速率转换等算法开发一直落后于HDTV 的发展。HD 采用双线性和双
三次插值以及象素滤波算法有一定的难度，而下一代移动自适应插值算法需要很强的处理能力以及大量昂
贵的定制芯片。图1 中，目前基于移动自适应算法的移动自适应拉伸算法会产生锯齿边缘，如左图所示，
而采用视频全3D 分析高级算法( 右侧) 的图像质量要好得多。

图1. 目前的拉伸技术( 左侧) 和高级拉伸技术( 右侧) 结果对比

测量和预测空间移动技术的效果也只能做到这一步。这种方法难以解决的一个问题是两个封闭块向不同方
向移动的情况。在这种情况下，计算平均移动就会产生假影。对结果进行模糊处理等替代方案并不理想，
需要更强的处理能力进行探测才能实现。
在解决这一问题上已经进行了大量投入，部分用于提高显示内容的质量——特别是图像和视频覆盖等，在
这方面，很难处理好移动补偿，当然还有文字显示的问题。采用这些方法后，屏幕上移动的文字看起来非
常模糊，在HD 屏幕上不断跳动。图2 显示了这种现象，左图是传统的拉伸算法产生质量较差的图像结果，
而右图则是对同一幅图像拉伸采用高级算法的结果。
图2. 传统拉伸算法( 左侧) 以及高级拉伸算法( 右侧) 在移动文字上产生不同的视觉质量结果