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[導(dǎo)讀]本文將向各位讀者分析LCD產(chǎn)業(yè)中,因產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的界定,造成的系統(tǒng)方案格局,以及在此格局下,熱點(diǎn)核心算法相應(yīng)的定位策略。 首先,粗略來(lái)看,LCD產(chǎn)業(yè)可分為液晶模組(俗稱(chēng)面板)和系統(tǒng)集成(OEM)兩個(gè)上下游關(guān)系的產(chǎn)業(yè)

本文將向各位讀者分析LCD產(chǎn)業(yè)中,因產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的界定,造成的系統(tǒng)方案格局,以及在此格局下,熱點(diǎn)核心算法相應(yīng)的定位策略。

首先,粗略來(lái)看,LCD產(chǎn)業(yè)可分為液晶模組(俗稱(chēng)面板)和系統(tǒng)集成(OEM)兩個(gè)上下游關(guān)系的產(chǎn)業(yè)集團(tuán)。液晶模組廠集成panel和TCON等電路組件,生產(chǎn)特定接口規(guī)格(通常是LVDS,小尺寸的用TTL)和功能的液晶模組,提供給OEM;OEM采用各芯片廠商的LCD controller主板方案,通過(guò)LVDS等接口與液晶模組相連,構(gòu)成完整的TV、Monitor、Notebook等液晶產(chǎn)品。

正是因這種產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的界定,造就了TCON與LCD controller兩套視頻ASIC細(xì)分產(chǎn)業(yè)。

目前,TCON主要執(zhí)行LVDS轉(zhuǎn)Mini-LVDS/RSDS(以驅(qū)動(dòng)source driver)、去SSC、gamma校正、dither/frc等功能。具有高附加值的產(chǎn)品還會(huì)增加RTC(Overdrive),甚至DBC(dynamic backlight control)等算法功能。RTC對(duì)液晶的運(yùn)動(dòng)模糊(motion blur)有一定的緩解能力,DBC既可大幅提高液晶的動(dòng)態(tài)對(duì)比度,又可節(jié)能20~30%。有代表性的是,LG display為了尋求panel的差異化,其TCON增加了所謂的OPC(Optimal Power Control)功能,本質(zhì)上就是一種DBC算法。除此之外,Samsung也為其TCON增加了MEMC-120Hz功能(后面還會(huì)講到),能顯著的改善液晶的運(yùn)動(dòng)模糊效應(yīng)。

LCD Controller自然是液晶顯示系統(tǒng)的前端核心,目前已經(jīng)廣泛實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模集成。代表性的公司有ST(收購(gòu)了之前的Genesis)、Trident、NXP、Micronas、Mediatek、Mstar、Realtek、Noveltek等。產(chǎn)品可集成AFE/HDMI/DP/DVI等接口,Video decoder、MPEG2/MPEG4/H.264 decoder等模擬或數(shù)字視頻解碼器,de-interlacer,scaler、3D Noise Reduction、color management、OSD engine、CSC(color space coversion, 3*3 Matrix)、contrast & sharpness enhancer、FRC(frame rate conversion)等功能單元。其中,NXP/trident(2009年4月收購(gòu)了Macronas的FRC等業(yè)務(wù))等公司還推出了支持MEMC-120Hz的高端芯片,在大尺寸高端液晶電視上得到了普及。

從技術(shù)的角度上來(lái)講,近年來(lái)為改善LCD保持型顯示方式固有的運(yùn)動(dòng)模糊和對(duì)比度差等問(wèn)題,熱點(diǎn)技術(shù)有:

1)以MEMC為代表的插幀技術(shù)。

MEMC即運(yùn)動(dòng)估計(jì)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償,是一種依靠檢測(cè)視頻像素的運(yùn)動(dòng)向量,實(shí)現(xiàn)插幀顯示的技術(shù),可顯著改善運(yùn)動(dòng)模糊。

其本質(zhì)是減小了液晶保持時(shí)間。這一技術(shù)首先由Philips(NXP)的技術(shù)專(zhuān)家提出成熟的解決方案,近年才得到普及。由于需要大量的幀緩存和復(fù)雜的算法運(yùn)算,實(shí)現(xiàn)成本相當(dāng)高昂。當(dāng)然,MEMC技術(shù)并非完美,主要的反駁者是小波理論的重要貢獻(xiàn)者M(jìn)allat博士,目前受聘于Zoran的附屬公司Let it wave,他倡導(dǎo)的Bandlet算法,以小波結(jié)合數(shù)值分析技術(shù),號(hào)稱(chēng)性能較之MEMC更佳,且更簡(jiǎn)單易行??傊?,利用時(shí)空相關(guān)性的創(chuàng)新技術(shù),已經(jīng)開(kāi)始逐步取代相對(duì)簡(jiǎn)單而陳舊的motion adatptive de-interlace、H/V separate scaler、Adaptive 3D Noise Reduction、LTI/CTI等技術(shù)。從研究人員的知識(shí)水平角度來(lái)看,視頻ASIC算法的開(kāi)發(fā)人員,已經(jīng)更多了融入了像Mallat博士這樣具有高深信號(hào)與圖像處理涵養(yǎng)和應(yīng)用數(shù)學(xué)背景的高級(jí)人才,這非常有利于促進(jìn)技術(shù)升級(jí)。但問(wèn)題是,復(fù)雜算法與ASIC實(shí)現(xiàn)勢(shì)必存在學(xué)科領(lǐng)域的跨域,且ASIC設(shè)計(jì)對(duì)速度、功耗與面積的要求,必然追求算法的簡(jiǎn)單易行性。因此,視頻ASIC的設(shè)計(jì),是在性能、成本與功耗三者間追求權(quán)衡的藝術(shù),這是算法與架構(gòu)工程師必須始終考量的問(wèn)題。

MEMC-120Hz等插幀技術(shù)由于加倍了帶寬,因此從節(jié)約系統(tǒng)成本,降低EMI等角度考量,適合集成于TCON。同時(shí),這樣做可保持原有LCD Controller系統(tǒng)方案,避免再次開(kāi)發(fā)。Samsung的McFi(motion-compensated frame interpolation)技術(shù)就是這種方案的典型案例。當(dāng)然,MEMC集成于TCON也有其弊端。譬如,對(duì)于由24Hz的movie轉(zhuǎn)換成的隔行視頻,在送入集成MEMC的TCON之前,必然經(jīng)過(guò)了原普通的LCD Controller的3:2下拉去隔行處理,從而無(wú)法復(fù)現(xiàn)順暢的movie。而將MEMC置于LCD Controller,則可以利用MEMC實(shí)現(xiàn)去隔行,而不需要3:2下拉,從而獲得流暢的movie。但綜合來(lái)看,MEMC集成于TCON更具成本優(yōu)勢(shì)。

2)掃描背光技術(shù)。

除了以插幀方式減少液晶保持時(shí)間來(lái)緩解運(yùn)動(dòng)模糊之外,還有其它方式改善液晶動(dòng)態(tài)性能。掃描背光的基本思想是將液晶的保持型顯示方式,通過(guò)背光的開(kāi)關(guān),變更為類(lèi)似于CRT的脈沖顯示方式。這種技術(shù)可以和下面的動(dòng)態(tài)背光技術(shù)相結(jié)合,同時(shí)達(dá)到改善運(yùn)動(dòng)模糊、提高對(duì)比度和節(jié)能的目的。

事實(shí)上,掃描背光技術(shù)面臨的主要問(wèn)題是背光亮度。由于背光在部分時(shí)間內(nèi)關(guān)閉,必然造成感知亮度的降低,因此需要具有更高發(fā)光強(qiáng)度的背光源支持,這需要材料領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新。從某種意義上講,如果解決了背光源強(qiáng)度的問(wèn)題,掃描背光技術(shù)較MEMC等插幀技術(shù)更有成本優(yōu)勢(shì)。因?yàn)镸EMC插幀使得帶寬加倍,由此引發(fā)接口復(fù)雜、芯片面積與功耗增大等一系列問(wèn)題;且掃描類(lèi)型的顯示技術(shù)(如等離子)根本不需要MEMC等倍頻技術(shù),故MEMC等技術(shù)增加了LCD的成本,降低了LCD的優(yōu)勢(shì)。

掃描背光技術(shù)的具體實(shí)現(xiàn)與panel關(guān)系密切,因此,最佳的方案是將其控制算法集成于TCON內(nèi),組裝在液晶模組中。

3)動(dòng)態(tài)對(duì)比度與動(dòng)態(tài)背光技術(shù)。

傳統(tǒng)的液晶顯示,背光恒定,即使顯示的是全黑的畫(huà)面,背光依然開(kāi)啟,不僅浪費(fèi)了能源,也降低了對(duì)比度(黑的不黑),暗圖像有一種蒙紗的感覺(jué)。為提高對(duì)比度并節(jié)能,業(yè)界開(kāi)發(fā)出了各種DBC算法。其基本原理是,通過(guò)直方圖histogram統(tǒng)計(jì),一方面調(diào)控背光亮度,另一方面同時(shí)調(diào)整圖像的對(duì)比度。對(duì)背光調(diào)整(dimming)而言,大體分為0D,1D,2D三種類(lèi)型。0D即背光系統(tǒng)僅由一個(gè)控制信號(hào)統(tǒng)一調(diào)控,成本低廉,是中低端顯示產(chǎn)品的主要方案。1D即背光燈分成若干個(gè)水平分組,每組由各自的控制信號(hào)調(diào)控,相對(duì)0D復(fù)雜些,可獲得更高的對(duì)比度增強(qiáng)效果和節(jié)能比例。2D調(diào)光多用于LED背光系統(tǒng),LED背光將panel分成MxN個(gè)區(qū)域,相對(duì)獨(dú)立的根據(jù)局部圖像數(shù)據(jù)調(diào)整每個(gè)局部區(qū)域的背光亮度,因此能獲得比1D調(diào)光更佳的對(duì)比度和節(jié)能效果,但付出的成本也越高,主要用于大尺寸高端產(chǎn)品。[!--empirenews.page--]

背光的亮度調(diào)整通常有兩種方法:一種是以直流電平控制背光電壓,這種方式背光始終開(kāi)啟,缺點(diǎn)是對(duì)于1D和2D調(diào)光由于燈管或LED的性能一致性難以保證,容易造成亮度不均;另一種是以PWM方式,使背光交替開(kāi)關(guān),PWM的頻率通常是幀頻的數(shù)倍,超過(guò)了人眼的辨識(shí)范圍,故感受不到背光的閃爍,同時(shí)人眼對(duì)不同的占空比感知到不同的亮度。這種亮度調(diào)整方式,可克服電平調(diào)壓方式的弊端。目前各廠商的panel多同時(shí)支持兩種調(diào)光方式。

由于動(dòng)態(tài)背光的具體實(shí)現(xiàn)與panel關(guān)系密切,因此,最佳的方案是將DBC做在TCON內(nèi),組裝在液晶模組中。LGD正式采用了這種結(jié)構(gòu),推出了獨(dú)具特色的OPC方案。

綜上可見(jiàn),上述熱點(diǎn)技術(shù),大都適合于TCON集成。

LCD顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的未來(lái)展望:

a)一方面,由于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的發(fā)展慣性,LCD Controller和TCON作為兩個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)將繼續(xù)存在并發(fā)展。

從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)角度來(lái)講,ST(Genesis)、Trident、NXP、Micronas等公司在LCD controller高端領(lǐng)域的領(lǐng)先地位,以及MTK、Mstar等公司在中低端領(lǐng)域的強(qiáng)勢(shì),都是初創(chuàng)公司短期內(nèi)無(wú)法撼動(dòng)的。值得欣慰的是,由于上述特定的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),TCON作為相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)尚存一定的發(fā)展空間,TCON的算法集成度有待進(jìn)一步提升。另一個(gè)值得慶幸的是DissplayPort作為VESA標(biāo)準(zhǔn),已經(jīng)明確成為L(zhǎng)VDS和DVI等內(nèi)外接口的替代者。DP作為新鮮血液也將給TCON注入新的活力。

未來(lái)TCON的發(fā)展必然具有如下方向:

1)以DP_Rx取代管腳繁多的LVDS;

2)融合ODC/DBC/MEMC/Scan backlight等復(fù)雜算法功能,提升液晶動(dòng)態(tài)性能。

3)在大尺寸應(yīng)用中,以point to point接口取代目前的RSDS/Mini-LVDS等source driver接口,增加帶寬,降低成本。

b)另一方面,超?。⊿lim)機(jī)型的時(shí)尚追求促使“機(jī)頂盒”式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的發(fā)展。

近年來(lái),超薄LCD顯示系統(tǒng)層出不窮,已經(jīng)成為LCD時(shí)尚的最新代表。

超薄對(duì)芯片集成度和功耗提出了更高要求。為解決此問(wèn)題,除了追求更大規(guī)模的集成(如將Controller和TCON集成的imodule方案)外,還有另一種思路。這就是機(jī)頂盒+Monitor方案。

這里所謂的“機(jī)頂盒”并非DTV領(lǐng)域的含義,而是將前端的AFE/HDMI/VGA/CVBS/S-Video等接口、OSD、以及Video decoder、DTV decoder等解碼部件集成在一起的盒子,它以DP輸出解碼或采樣到的視頻,送給Monitor。

這里所謂的Monitor,也并非傳統(tǒng)意義上的PC顯示器。而是一個(gè)集成了Scaler、de-interlacer、ODC/DBC/MEMC/Scan backlight,以及TCON、source/gate dirver,和panel的完整顯示系統(tǒng)。由于DP可以承載隔行/逐行各種格式和分辨率的視頻(及音頻),Monitor中又具有de-interlacer和Scaler,因此,這樣的Monitor可以接收任何格式和分辨率的視頻,并正確顯示。成為通用的顯示終端。

也就是說(shuō),將視頻的采集(ADC)和解碼(模擬的或數(shù)字的)子系統(tǒng)與視頻顯示系統(tǒng)完全分離,并通過(guò)高速且可遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膯我籇P線纜連接。從而構(gòu)成靈活的液晶系統(tǒng)。Monitor可超薄壁掛,“機(jī)頂盒”則可“隱藏”于室內(nèi)的任意角落。該顯示系統(tǒng)的控制,可通過(guò)射頻遙控“機(jī)頂盒”或Monitor實(shí)現(xiàn),“機(jī)頂盒”與Monitor之間可以通過(guò)DP的aux通道互傳控制信息。用戶可選配不同型號(hào)的“機(jī)頂盒”(價(jià)格相對(duì)Monitor便宜的多)與Monitor搭配,即使發(fā)生DTV制式的升級(jí)或更改(如MPEG2改成H.264),也不用更換價(jià)值相對(duì)巨大的Monitor(顯示終端)。進(jìn)而,這樣的"機(jī)頂盒"可具有多路分配功能,可以一拖多個(gè)Monior,實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)的多顯示終端同時(shí)觀看。

如果,這樣一種顯示系統(tǒng)可以推廣普及,相應(yīng)的視頻ASIC的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也必然發(fā)生調(diào)整。TCON與Controller將集成,AFE和HDMI等接口以及Video decoder、DTV decoder等解碼部件將呈現(xiàn)獨(dú)立產(chǎn)品狀態(tài)。

 

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