（微電子學(xué)與固體電子學(xué)專業(yè)論文）qvga場(chǎng)發(fā)射視頻顯示驅(qū)動(dòng)器的研制.pdf

o v g a 場(chǎng)發(fā)射視頻顯示驅(qū)動(dòng)器的研制 專業(yè) 微電子學(xué)與固體電子學(xué) 學(xué)位申請(qǐng)人 彭洪偉 導(dǎo)師 鄧少芝教授 摘要 平板顯示技術(shù)是目前的主流顯示技術(shù) 是顯示領(lǐng)域國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)熱點(diǎn)課題 顯 示驅(qū)動(dòng)電路技術(shù)是平板顯示技術(shù)的核心技術(shù)之一 在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上各研究機(jī)構(gòu)都采 取知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)措施 本論文以在研的場(chǎng)發(fā)射平板顯示器件為對(duì)象 研究場(chǎng)發(fā)射 平板顯示器周邊驅(qū)動(dòng)電路的相關(guān)技術(shù) 采用現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件 f i e l d p r o 鏟a m m a b l eg a t ea r r a y 簡(jiǎn)稱f p g a 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)基于q v g a 3 2 0 2 4 0 分辨 率的場(chǎng)發(fā)射平板視頻顯示驅(qū)動(dòng)器電路 并在1 6 0 x 1 2 0 像素的場(chǎng)發(fā)射平板顯示器件 上獲得了功能驗(yàn)證 所設(shè)計(jì)的視頻顯示驅(qū)動(dòng)器電路由兩部分組成 即時(shí)序控制電路和行列驅(qū)動(dòng) 電路 時(shí)序控制電路采用最近鄰域內(nèi)插算法對(duì)視頻信號(hào)分辨率進(jìn)行裁減 并采用 抖動(dòng)灰度擴(kuò)展方式 在列數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電路使用的脈沖寬度調(diào)節(jié)方式的基礎(chǔ)上擴(kuò)展了 2 比特的灰度顯示 使整個(gè)系統(tǒng)可以支持r g b 6 6 6 的視頻數(shù)據(jù)格式 列數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng) 電路完成顯示屏的灰度調(diào)節(jié)功能及行列掃描功能 根據(jù)不同架構(gòu)的功率匹配放大 電路 列數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電路采用兩種不同的輸出接口方式 并行輸出和準(zhǔn)并行輸出 另外 為了使顯示驅(qū)動(dòng)器具備參數(shù)可調(diào)節(jié)功能 在系統(tǒng)方案中增加1 2 c 接口自定 義目標(biāo)顯示屏的分辨率和對(duì)f e d 顯示屏進(jìn)行p w m 灰度校正 關(guān)鍵詞 f e d q v g a 視頻顯示驅(qū)動(dòng)器 功率匹配放大電路 脈沖寬度調(diào)節(jié) 抖動(dòng)灰 度擴(kuò)展 f p g a t i t l e t h ei m p l e m e n t a t i o no f v i d e od i s p l a yd r i v e r f o rq v g af i e l de m i s s i o nd i s p l a y s m a j o r m i c r o e l e c t r o n i c s a p p l i c a n t h o n g w e ip e n g s u p e r v i s o r p r o f e s s o rs h a o z h id e n g a b s t r a c t t h et e c h n o l o g yo ff l a tp a n e ld i s p l a yh a sb e e no n eo ft h eh o ts u b j e c t so f i n t e r n a t i o n a la d v a n c e dr e s e a r c hi nd i s p l a yf i e l d t h ed r i v i n gc i r c u i tt e c h n o l o g yi so n e o ft h em o s ts u p p o r t i n gt e c h n o l o g i e sf o rf e d a n dt h er e s e a r c ho r g a n i z a t i o nr e g a r d si t a sa ni n t e l l e c t u a lp r o p e r t y i nt h ed i s s e r t a t i o n t h er e l a t e dt e c h n o l o g yo f t h ep e r i p h e r a l d r i v e ra n dc o n t r o lc i r c u i t sf o rf i e l de m i s s i o nd i s p l a y s f e d s i sm a i n l ys t u d i e d a n d as o l u t i o no fv i d e od i s p l a yd r i v e rf o rf e d so fq v g ar e s o l u t i o n 3 2 0 2 4 0 i s p r o p o s e db a s e do nf i e l dp r o g r a m m a b l eg a t ea r r a y f p g a t e c h n o l o g y t h es y s t e m f u n c t i o nv e r i f i c a t i o no f t h ev i d e od i s p l a yd r i v e rf o r1 6 0 x 1 2 0r e s o l u t i o nf e dh a sb e e n c a r r i e do u t t h ev i d e od i s p l a yd r i v e rc o n s i s t so ft w om o d u l e s w h i c ha r et i m i n gc o n t r o l l e r a n dc o l u m n r o wd r i v e r i nt h et i m i n gc o n t r o l l e r l i n e a ri n t e r p o l a t i o nm e t h o di sa d o p t e d t oc u td o w nt h ev i d e or e s o l u t i o n d i t h e r i n gt e c h n o l o g yi sa l s ou s e di nt i m i n g c o n t r o l l e rt oe x t e n dt h eg r a y s c a l eo fc o l u m nd a t ad r i v e r i nw h i c hp u l s ew i d t h m o d u l a t i o n p w m i sa d o p t e d b y2b i t a tl a s t t h ev i d e od i s p l a yd r i v e ri sa b l et o s u p p o r t r g b 6 6 6v i d e o d i s p l a yf o r m a t a c c o r d i n gt o t h et w od i f f e r e n tp o w e r m a t c h i n ga m p l i f i e r s w ed e v e l o pt w ok i n d so fc o l u m nd a t ad r i v e r p a r a l l e lo u t p u ta n d q u a s i p a r a l l e lo u t p u t b e s i d e s i no r d e rt om a k et h ev i d e od i s p l a yd r i v e rc a nb ee a s i l y a d j u s t e d t h ei n t e r i c 1 2 c b u si n t e r f a c ei sa d o p t e ri nt h ev i d e od i s p l a yd r i v e r t h e u s e r sc a ne a s i l yd e f i n et h er e s o l u t i o no ft h ef i a tp a n e ld i s p l a ya n da d j u s tt h ep u l s e w i d t hm o d u l a t i o no f f e d st h r o u g h1 2 ci n t e r f a c e k e yw o r d s f e d q v g a v i d e od i s p l a yd r i v e r p o w e rm a t c h i n ga m p l i f i e r p u l s ew i d t h m o d u l a t i o n d i t h e r i n gt e c h n o l o g y f p g a 中山大學(xué)頑士研究生學(xué)位論文 1 1引言 第一章緒論 平板顯示器件 f l a t p a n e ld e v i c e 簡(jiǎn)稱f p d 具有薄型 輕質(zhì) 微功耗等 優(yōu)點(diǎn) 因此近年來受到廣泛關(guān)注 發(fā)展異常迅速 已可與陰極射線管顯示器 c a t h o d e r a yt u b e 簡(jiǎn)稱c r t 相抗衡 成為2 l 世紀(jì)的主流顯示技術(shù) 場(chǎng)致發(fā)射顯示器件 f i e l de m i s s i o nd i s p l a y 簡(jiǎn)稱f e d 是新一代真空平板 顯示器件 它由陰極板 熒光屏和驅(qū)動(dòng)電路等組成 當(dāng)在陰極板上的陰極和柵極 之間加上驅(qū)動(dòng)電壓時(shí) 產(chǎn)生強(qiáng)電場(chǎng) 此時(shí)陰極發(fā)射電子并轟擊陽極熒光屏上的熒 光粉而發(fā)光 通過掃描陰極和柵極可以使得陽極熒光屏上的熒光粉按一定的規(guī)律 自上而下逐行發(fā)光 由此顯示出豐富多彩的圖像 這種顯示器件具有彩色 自然 逼真 響應(yīng)速度快 分辨率高 功耗低等優(yōu)點(diǎn) 可以廣泛地應(yīng)用于家電電視枧和 電腦顯示器中 i 在整個(gè)平板顯示系統(tǒng)中 驅(qū)動(dòng)電路無論是在技術(shù)含量還是在價(jià)格比例上 所 占的份額均很大 所以研究和發(fā)展驅(qū)動(dòng)技術(shù)對(duì)于平板顯示器的實(shí)現(xiàn)具有非常重要 的意義 f e d 是在研的新型平扳顯示技術(shù)之一 其顯示驅(qū)動(dòng)技術(shù)及其電路尚處 于研究階段 存在很多技術(shù)難題需要解決 同時(shí)它也是本研究方向發(fā)展自主知識(shí) 產(chǎn)權(quán)和技術(shù)的源頭之一 1 2f e d 顯示屏及其驅(qū)動(dòng)電路的發(fā)展和現(xiàn)狀 1 2 1 場(chǎng)發(fā)射平板顯示器概況 f e d 顯示器件是一種新型平板顯示器件 1 9 9 8 年美國(guó)p i x t e c h 公司有小批 量1 2 7 5i n c h 彩色f e d 顯示器面市 目前國(guó)外各大顯示器件公司又開始掀起 第二代f e d 研發(fā)熱潮 日本伊勢(shì) 佳能 東芝 雙葉 日立 n h k f u c u b a n e c 韓國(guó)s a m s u n g o r i o n 英國(guó)p f e 等投入巨資研發(fā)大尺寸f e d 各大廠商 大多直接開發(fā)大尺寸 7 6e m 以上 f e d 在眾多場(chǎng)致發(fā)射陰極方案中 碳納米 中山人學(xué)徹 卅 生學(xué)k 論止 管場(chǎng)發(fā)射陰極是最吸引人的方案 在碳納米管冷陰極f e d 研究方面 韓國(guó)的三 星公司投入最多人力物力 三星公司的 先進(jìn)技術(shù)研究機(jī)構(gòu) s a m s u n g a d v a n c e d i n s t i t u eo f t e c h n o l o g y 簡(jiǎn)稱s a i t 1 9 9 9 年推出了全世界第一個(gè)2 3c m 的彩色碳 納米管f e d 樣屏并發(fā)表了其規(guī)格 在最近義報(bào)道了采用碳納米管陰極的8 1c m u n d e r g a t e f e d 屏 而s o n y 公司2 0 0 7 年公丌發(fā)布1 2 8 0 9 6 0 分辨率的f e d 樣 機(jī) 如圖卜l 所示 這些樣機(jī)還有許多町以改進(jìn)的地方 例如 碳納米管場(chǎng)致發(fā) 射陰極存在均勻性和穩(wěn)定性問題 使顯示屏相鄰像素亮度的不均勻性 3 目 前f e d 顯示器尚未進(jìn)入量產(chǎn)階段i 引 圖i 1 日本s o n y 公司研制的 1 9 2 i n c hf e d 樣機(jī)塒 圖1 2 福州大學(xué)2 5 英寸彩色 f e d 的視頻顯示照片 4 l 在中國(guó) 從事f e d 研發(fā)隊(duì)伍中比較有代表性的研究單位主要有 中山大學(xué) 西安交通大學(xué) 清華大學(xué) 長(zhǎng)春光機(jī)所 東南大學(xué) 華東師范大學(xué) 鄭州大學(xué)和 福州大學(xué)等 其中福州大學(xué)f e d 研究組公布了其最新研制的2 5 英寸3 2 0 x 2 4 0 彩色f e d 場(chǎng)致發(fā)射顯示器樣機(jī) 如圖1 2 所示 中山大學(xué)從1 9 9 6 年在場(chǎng)致發(fā)射 材料研制 相關(guān)物理理論和實(shí)驗(yàn)研究 場(chǎng)發(fā)射顯示器件研制等方面都取得了很大 的進(jìn)展 研制成功冷陰極像素管和3 2 x 3 2 6 4 x 6 4 1 6 0 1 2 0 像素的平板顯示 結(jié)構(gòu) 1 2 2 場(chǎng)發(fā)射平板顯示器驅(qū)動(dòng)電路概況 目前 l c d 顯示器 等離f 顯示器 有機(jī)電致發(fā)光顯示器 o r g a n i cl i g h t e m i t t i n gd i s p l a y 簡(jiǎn)稱o l e d 等的驅(qū)動(dòng)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟 市場(chǎng)上有相應(yīng)的驅(qū) 動(dòng)芯片和完整的解決方案 然而由于f e d 的電特性和顯示掃描特性與上述的幾 中山大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 種顯示器不同 其驅(qū)動(dòng)電路技術(shù)需要解決 雖然f e d 有樣機(jī)展示 但是關(guān)于這 些新型器件的驅(qū)動(dòng)技術(shù)的報(bào)道較少 同時(shí)它也是各研究機(jī)構(gòu)自主技術(shù)的內(nèi)容 在研的f e d 顯示器的電性能差異很大 根據(jù)不同工作電壓的f e d 通常可 以采用兩種方式構(gòu)建驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng) 對(duì)于較低工作電壓 2 0 0v 的f e d 可 以利用驅(qū)動(dòng)芯片或者專用高壓驅(qū)動(dòng)芯片開發(fā)f e d 驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng) 例如國(guó)內(nèi)福州 大學(xué)f e d 研究組成功應(yīng)用s u p e r t e x 公司提供的h v 6 3 2 p g 2 5 6 級(jí)p w m 灰度調(diào) 制 和s t 公司的s t 7 6 9 7 芯片 4 實(shí)現(xiàn)了彩色動(dòng)態(tài)視頻顯示 對(duì)于較高工作電壓 高 于3 0 0 v 的f e d 由于現(xiàn)有的高壓驅(qū)動(dòng)芯片不能提供那么高的電壓 因此需要 發(fā)展相關(guān)的高壓驅(qū)動(dòng)技術(shù)和電路 1 3本論文的研究?jī)?nèi)容及意義 如上所述 f e d 現(xiàn)在還處于研究階段 沒有現(xiàn)成的驅(qū)動(dòng)電路可以直接提供 使用 雖然在開展f e d 驅(qū)動(dòng)技術(shù)和電路研究過程中 有一些成熟的平板顯示器 驅(qū)動(dòng)技術(shù)可供借鑒 但由于在研階段的f e d 器件的電特性存在很大差異 同時(shí) 具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù) 因此需要自主根據(jù)具體的f e d 器件研究驅(qū)動(dòng)電路方案 事實(shí)上 任何一種新型平板顯示器件的出現(xiàn) 都會(huì)同時(shí)推出相關(guān)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)和電 路 本課題以在研的f e d 顯示屏為對(duì)象 開展 3 2 0 x 3 x 2 4 0 q u a r t e rv i d e o g r a p h i c sa r r a y 簡(jiǎn)稱q v g a 分辨率的場(chǎng)發(fā)射視頻顯示驅(qū)動(dòng)器的研制 由于現(xiàn)階段實(shí)驗(yàn)室的f e d 顯示屏的工作電壓還比較高 后級(jí)功率匹配放大 電路采用分立器件技術(shù)路線方案 隨著工作電壓的降低 3 0 0v 以下 功率匹 配放大電路可以采用高壓驅(qū)動(dòng)芯片的技術(shù)路線方案 這樣可以大大地縮小電路面 積并降低功耗 因此 本論文視頻顯示驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì) 需要考慮兼容上述兩種功 率匹配放大電路的驅(qū)動(dòng) 本課題還需要解決視頻數(shù)據(jù)源與像素點(diǎn)驅(qū)動(dòng)功率放大級(jí) 之 自j 的數(shù)據(jù)信號(hào) 顯示控制時(shí)序的匹配問題 同時(shí)探索灰度顯示和亮度調(diào)節(jié)的數(shù) 據(jù)處理技術(shù) 實(shí)現(xiàn)每個(gè)基色的通道支持6 4 級(jí)灰度顯示的數(shù)據(jù)處理能力 中山夫?qū)W碩i 研究生學(xué)位論文 第二章場(chǎng)發(fā)射視頻驅(qū)動(dòng)器的工作原理 2 1 場(chǎng)致發(fā)射原理及器件 目前 f e d 主要有兩種 s p i n d t f e d 微針尖 f e d 和c n t f e d 碳 納米管 f e d 本文提出的驅(qū)動(dòng)電路主要是針對(duì)于c n t f e d 因此下面只就 c n t f e d 的顯示原理進(jìn)行介紹 碳納米管 c a b o nn a n o t u b e 簡(jiǎn)稱c n t 是目前被認(rèn)為能夠在場(chǎng)發(fā)射平板 顯示器實(shí)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用的納米材料 也是被認(rèn)為是具有良好性能的場(chǎng)發(fā)射材料 因 此國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)在c n t f e d 研究中競(jìng)爭(zhēng)激烈 在研的c n t f e d 按結(jié)構(gòu)有二 極結(jié)構(gòu)和三極結(jié)構(gòu)兩種形式 與二極結(jié)構(gòu)相比 三極結(jié)構(gòu)由于二柵極與陰極之間距 離很小 因此所需調(diào)制電壓很低 在進(jìn)行矩陣尋址時(shí) 可以用常規(guī)的驅(qū)動(dòng)電路 而不必定制專用的驅(qū)動(dòng)電路 從而大大降低了總體制作成本 圖2 1 示出三極結(jié) 構(gòu)的c n t f e d 的示意圖 圖2 1 三級(jí)結(jié)構(gòu)的c n t f e d j 以圖2 1 的f e d 器件結(jié)構(gòu)為例 f e d 顯示原理是通過在柵極和陰極 玻璃 基板上的c n t 加上驅(qū)動(dòng)電壓 產(chǎn)生電場(chǎng)并作用fc n t 使c n t 表面一部分電 子通過隧道效應(yīng)進(jìn)入真空 c n t 發(fā)射的電子在熒光屏高壓的加速作用下 以高 能轟擊熒光粉 便實(shí)現(xiàn)顯示功能 中山大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 2 2 平板顯示器的顯示驅(qū)動(dòng)方式 陣列結(jié)構(gòu)是平板顯示器最基本的一個(gè)特點(diǎn) 平板顯示器最典型的模型如圖 2 2 所示 它是由矩陣排列的顯示單元組成 在c r t 顯示中 電子束按照行順序逐點(diǎn)掃描 平板顯示器的顯示也有采用 這樣的逐點(diǎn)掃描方式 但是大多數(shù)采用逐行掃描方式 即進(jìn)行 一次一行 方式 的尋址 這種尋址方式是首先對(duì)y j 行上的所有顯示像素點(diǎn) 即 x l y i x 2 v j x i y i x m y j 單元 同時(shí)進(jìn)行尋址 然后移動(dòng)到y(tǒng) i 行的 顯示單元點(diǎn)進(jìn)行尋址 本文所研究的基于q v g a 的視頻顯示驅(qū)動(dòng)器采用逐行掃 描方式 p中哥哥p爭(zhēng) p9 一 pp爭(zhēng)爭(zhēng)爭(zhēng)p爭(zhēng)鏟 l 一 一 l 瞄 一 一 一 pp p 鏟 p9 p pp p9pp 爭(zhēng)p 一 一 中9爭(zhēng)中 pppp p中 p p中pp中 圖2 2 典型的平板顯示器組織結(jié)構(gòu)m 2 3 場(chǎng)發(fā)射視頻顯示器的灰度實(shí)現(xiàn)原理 f e d 單個(gè)像素點(diǎn)的發(fā)光亮度可以通過控制柵極 陰極間的電位差大小實(shí)現(xiàn) 也可以通過加載一個(gè)占空比可控的高壓脈沖信號(hào)以改變像素點(diǎn)的總體發(fā)光時(shí)間 來控制其亮度 通過改變施加于柵極或陰極的電位大小柬控制發(fā)光亮度稱為脈沖 幅度調(diào)制方式 p u l s ea m p l i t u d em o d u l a t i o n 簡(jiǎn)稱p a m 通過改變驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O或 陰極的脈沖電壓寬度來控制發(fā)光亮度稱為脈沖寬度調(diào)制方式 p u l s ew i d t h m o d u l a t i o n 簡(jiǎn)稱p w m 通過改變驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O或陰極的脈沖電壓在幾個(gè)圖像幀中 中山人學(xué)碩 研究生學(xué)位論支 所占比例來控制發(fā)光亮度稱為幀刷新率控制方式 f r a m er a t ec o n t r o l 簡(jiǎn)稱 f r c 通過組合多像素為一個(gè)顯示單元 并控制每個(gè)像素的灰度級(jí)來增加灰度 級(jí)別稱為空間灰度調(diào)制方式 較常用的空 白j 灰度調(diào)制方式是抖動(dòng)灰度控制法 在研階段的f e d 顯示屏需要較高的電壓驅(qū)動(dòng) 如果采用p a m 方式 灰度 顯示控制電路實(shí)現(xiàn)上存在難度 截至目前 尚未見采用p a m 方式對(duì)f e d 顯示屏 進(jìn)行厭度調(diào)節(jié)的報(bào)道 而采用p w m 方式控制灰度顯示顯得更加合理 而且也比 較容易實(shí)現(xiàn) 但因?yàn)閒 e d 器件和功率匹配放大電路不能響應(yīng)過窄的脈沖寬度 單純采用p w m 調(diào)制方式難以得到高級(jí)別灰度顯示 需要結(jié)合其他的從度控制方 式 因此 本文所研究的基于q v g a 視頻顯示驅(qū)動(dòng)器結(jié)合p w m 調(diào)制和抖動(dòng)灰 度擴(kuò)展兩種灰度控制方式實(shí)現(xiàn)6 4 級(jí)狄度顯示 下面詳細(xì)介紹p w m 歡度調(diào)試方 式和抖動(dòng)灰度控制方式 2 3 1 脈沖寬度調(diào)試方式 p w m 方法是在掃描脈沖對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)脈寬中劃出一個(gè)狄度調(diào)制脈沖 這個(gè)脈 沖的寬度可以劃分為多個(gè)級(jí)別 不同寬度級(jí)別代表不同灰度信息 從而可以使被 選通的像素實(shí)現(xiàn)不同的灰度級(jí)別 實(shí)驗(yàn)表明數(shù)據(jù)詠沖寬度與其對(duì)應(yīng)的平均亮度成 正比 脈沖寬度的等比例減小將實(shí)現(xiàn)亮度的等比例降低 7 j 下面以逐行掃描方式說明p w m 調(diào)制方式的原理 如圖2 3 所示 脈沖1 是 選通行的掃描脈沖 與脈沖1 寬度相同的數(shù)據(jù)脈寬 圖中詠沖2 將對(duì)應(yīng)最高的 亮度 一般定義為最高灰度級(jí)數(shù)掘脈寬 把最高灰度級(jí)數(shù)據(jù)脈寬4 等分 脈沖3 和脈沖4 將分別對(duì)應(yīng)厭度2 級(jí)和灰度l 級(jí) 脈沖4 廠 脈沖3 廠 l 脈沖 一 i 脈沖2 廠 t 丁 脈沖 一 l 脈沖1 廠 圖2 3 脈沖寬度調(diào)制方式的灰度實(shí)現(xiàn)原理 l 級(jí)灰度 2 級(jí)灰度 4 級(jí)灰度 最高 灰度級(jí)脈寬 行 描詠沖 這種調(diào)制方法不僅町以在一個(gè)像素七實(shí)現(xiàn)灰度調(diào)制 而且町以很容易地通 6 中山大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 過數(shù)字電路控制將灰度信息攜帶在列顯示數(shù)據(jù)信號(hào)脈沖上 電路實(shí)現(xiàn)非常方便 2 3 2 抖動(dòng)灰度控制方式 抖動(dòng)算法 d i t h e r i n g a r i t h m e t i c 是利用顯示系統(tǒng)所支持的較少的顏色的特 殊組合來模擬圖像中的更多顏色顯示 當(dāng)顯示器的分辨率足夠高 人眼離顯示器 有一段距離 顯示器上鄰近像素的顏色會(huì)被人眼混合成一種顯示器本身并不支持 的顏色 因此人眼可以感覺到顯示器上實(shí)際上并沒有顯示的顏色i s 抖動(dòng)算法是圖像處理中比較流行而有效的方法和技術(shù) 產(chǎn)生抖動(dòng)矩陣的標(biāo) 準(zhǔn)圖案算法最先由l i m b 于1 9 6 9 年提出1 9 l 1 9 7 6 年r w f l o y d 運(yùn)用抖動(dòng)矩陣推導(dǎo) 了一種自適應(yīng)算法來增加空間灰度 抖動(dòng)灰度控制法已經(jīng)在l c d 顯示上取得 實(shí)用化 并能明顯改善l c d 面板圖像的顯示效果 大大增加了圖像顯示的灰 度 并實(shí)現(xiàn)了人眼幾乎不能察覺的平滑的顯示效果 抖動(dòng)算法是一種通過組合多像素為一個(gè)單元 并控制每個(gè)像素的灰度絨來 增加歡度的方法 它的原理如圖2 4 所示 假如驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中只有兩個(gè)灰度級(jí)別 黑 自 通過圖2 4 的組合 便可得到5 個(gè)灰度級(jí) 所咀 用這種算法可增加2 比特狄度級(jí) 組合方式 產(chǎn)生的灰度 圈2 4 抖動(dòng)算法產(chǎn)生的灰度級(jí) 這種抖動(dòng)算法能在一幀中增加灰度級(jí) 但卻減少了圖像的分辨率 因?yàn)槎?個(gè)像素代表一個(gè)像素點(diǎn)的信息 這樣 使用基本抖動(dòng)灰度擴(kuò)展方法會(huì)使分辨率減 少一半 中山大學(xué)碩 i 研究生學(xué)位論文 v i d e o 第三章場(chǎng)發(fā)射視頻顯示控制系統(tǒng)方案 顯示器完成信息圖像的顯示 首先要有圖像信息的輸入 圖像信號(hào)的來源 稱為信號(hào)源 視頻信號(hào)的信號(hào)源稱為視頻源 能直接得到的視頻源有多種形式 計(jì)算機(jī)顯示卡輸出的模擬視頻圖像信號(hào) 激光視盤機(jī) v c d 電視機(jī) t v 數(shù)碼帽機(jī)等視頻設(shè)備所輸出的全電視復(fù)合信號(hào) c o m p o s i t ev i d e ob r o a d c a s t i n g s i g n a l s 簡(jiǎn)稱c v b s 以及通過各種網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)木幋a數(shù)字視頻信號(hào) 這些信號(hào) 源的來源和傳輸途徑千變力 化 最終都要連接到顯示設(shè)備 d 能完成顯示過程1 1 2 1 3 1 場(chǎng)發(fā)射視頻顯示控制系統(tǒng)方案 一般情況下 場(chǎng)發(fā)射視頻顯示控制系統(tǒng)由視頻解碼板 視頻顯示驅(qū)動(dòng)器 功率匹配放大電路三部分構(gòu)成 如圖3 1 所示 視頻解碼板負(fù)責(zé)模擬視頻信號(hào)解 碼 產(chǎn)生行 場(chǎng)同步信號(hào) 視頻顯示驅(qū)動(dòng)器包含時(shí)序控制電路 t i m i n gc o n t r o l l e r 列數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電路 c o l u m n d a t a d r i v e r 行掃描驅(qū)動(dòng)電路 r o ws c a n n i n g d r i v e r 其中時(shí)序控制電路完成圖像尺寸縮小 控制時(shí)序轉(zhuǎn)換功能 狄度擴(kuò)展功能 列數(shù) 據(jù)驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)p w m 調(diào)制和列驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制 行掃描驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)行掃描功 能 功率匹配放大電路提高驅(qū)動(dòng)電壓和驅(qū)動(dòng)能力 以適合于場(chǎng)發(fā)射顯示陣列 f i e l d e m i s s i o n a r r a y 簡(jiǎn)稱f e a 的驅(qū)動(dòng)顯示 視頻解碼板視頻顯示驅(qū)動(dòng)器 視視 薯 列數(shù)據(jù) u 功 時(shí)序控制電路l 驅(qū)動(dòng)電路 一 窒 匹 jq v g a 一 灰度擴(kuò)展 配 控制時(shí)序轉(zhuǎn) 放 彩色陣列 頻 理磊 換 l 行尋址 u大 數(shù) i p 1 路 據(jù) 懈 碼 驅(qū)動(dòng)電路 一 曩 圖3 1 場(chǎng)發(fā)射視頻顯示控制系統(tǒng)框圖 中山大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 本文研究的內(nèi)容集中于視頻顯示驅(qū)動(dòng)器的研制 即圖3 1 中灰色部分電路實(shí) 現(xiàn) 包括時(shí)序控制電路和行列驅(qū)動(dòng)電路的實(shí)現(xiàn) 3 2 視頻解碼板簡(jiǎn)介 3 2 1 視頻解碼板 1 3 1 4 i 視頻解碼板直接采用市場(chǎng)上商用的液晶電視驅(qū)動(dòng)板 圖3 2 為該視頻解碼板 的結(jié)構(gòu)框圖 該視頻解碼板接收模擬視頻信號(hào) 經(jīng)過1 1 公司的t v p 5 1 4 6 視頻解 碼后輸出隔行掃描的視頻信號(hào) 再經(jīng)r 1 d 2 0 1 l 的去隔行處理和視頻縮放處理后 輸出適合于v g a 6 4 0 x 4 8 0 分辨率標(biāo)準(zhǔn)的f r r l 數(shù)字視頻信號(hào) 而用戶可以通 過微控制器s m 5 9 6 4 控制r t d 2 0 1 1 的屏幕菜單顯示 o ns c r e e nd i s p l a y 簡(jiǎn)稱 o s d 對(duì)顯示屏的亮度 對(duì)比度 顯示制式等進(jìn)行控制 其中r t d 2 0 1 1 為臺(tái)灣r e a l t e k 公司研制的液晶驅(qū)動(dòng)芯片 該芯片兼容性和 穩(wěn)定性及色彩的還原性等都超過了同等液晶驅(qū)動(dòng)芯片的性能 而且該芯片還支持 t t l l v d s r s d s 等信號(hào)接口 圈3 2 視頻解碼板緒構(gòu)框圖 9 中山大學(xué)碩l 研究生學(xué)位論文 參數(shù) 如圖3 3 為視頻解碼板的電路板外形圖 下面列出該視頻解碼板的t 要性能 視頻輸入 c v b s 輸入 a v 端f v g a 模擬信號(hào)輸入 輸出接口 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號(hào) 3 2 p i n f p c 接口 詳細(xì)規(guī)范見3 2 2 節(jié) 顯示顏色 r g b 6 6 6 即2 6 萬色 顯示模式 6 4 0 x 4 8 0 6 0h z 調(diào)節(jié)功能 亮度 對(duì)比度 水平位置 垂直位置 o s d 菜單 顏色調(diào)節(jié) 工作電壓 d c l 2 v 圖3 3 視頻解碼電路板 3 2 2 接口規(guī)范說明 視頻解碼板的輸出接口主要有 i 種形式 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號(hào) 低壓差分信號(hào) l o w v o l t a g ed i f f e r e n t i a ls i g n a l i n g 簡(jiǎn)稱l v d s 接口 小幅度擺動(dòng)差分信號(hào) r e d u c e d s w i n gd i f f e r e n t i a ls i g n a l i n g 簡(jiǎn)稱r s d s 接口 圖3 3 的視頻解碼板采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù) 字信號(hào)接口 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)接口 在q v g a v g a 分辨率的應(yīng)用中 視頻解碼板的輸出接口大多采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù) 字信號(hào)接口 因?yàn)樵摻涌诓捎?v t t l 電平標(biāo)準(zhǔn) 易f 同其他設(shè)備連接 它的輸 o 中山大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 出信號(hào)主要有6 比特?cái)?shù)據(jù)信號(hào) r 0 r 5 g 0 g 5 b 0 b 5 數(shù)據(jù)使能信號(hào)和行場(chǎng) 同步信號(hào) d e h s y n c v s y n e 點(diǎn)時(shí)鐘信號(hào) d c l k 電源 v c c 和地 f i n d 其接口時(shí)序如圖3 4 所示 i l f f n c d e h s y b c d e 廠 h 幾r l h 一廠 廠 廠 l 0m 岡廠 k g b 1 5 0 鵠i i 一9 i j 他 twde i i 鵠 lj i i iii i i i i j t 枷 i i2345 i 一 iiii n n 1 n n n n i 嘰 1 n 1 1 n 1 刪 n 叫n 1 f 1 刪1 哪 1 f l o n n n 1 n 1 圖3 4 視頻解碼板接口時(shí)序 在幀刷新頻率6 0h z 情況下 點(diǎn)時(shí)鐘d c l k 的周期為1 0 6 6 0 6 4 0 4 8 0 5 4 惦 對(duì)于不同廠家的l c dp a n e l 對(duì)應(yīng)的時(shí)間問隔規(guī)范有差異 但相差不大 下 面以v e r t e xl c dc o m p a n y 提供的v g a t f t l c dl v m l 0 4 v dd a t a s h e e t 4 1 為例 給出一個(gè)時(shí) 自j 間隔規(guī)范參考 如表3 1 所示 中山大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 表3 1 視頻解碼板接口時(shí)序的時(shí)間間隔規(guī)范1 1 5 1 參數(shù)符號(hào) m i n t y p m u n i t 點(diǎn)時(shí)鐘周期 1 t o2 1 o2 5 1 7 52 9 0m h z 幀周期 t v 5 1 5 t h5 2 5 t h 5 6 0 x t h v s y n c 脈沖寬度 t v w 1 t h 2 t h 可毒直前沿 t v f d l t h1 2 t h 垂直后沿 t v b p 4 x t h 3 1 x t h 水平周期 t h 7 7 0 t c8 0 0 x t c9 0 0 t c h s y n c 脈沖寬度 t h w 1 0 x t c9 6 x t c 水平前沿t h f p 2 x t c1 6 t e 垂直后沿t h b p 4 t c4 8 x t c d e 脈沖寬度 l a v d e 6 4 0 x t c6 4 0 t e 6 4 0 t c 低壓差分信號(hào) l v d s 接口l l 州 隨著顯示屏分辨率的提高 從v g a 到x g a 驅(qū)動(dòng)電路的工作頻率也相應(yīng) 提高 這將增大從驅(qū)動(dòng)電路中滋生的寄 電波 s p u r i o u s 產(chǎn)生較為嚴(yán)重的電磁 干擾 e l e c t r om a g n e t i ci n t e r f e r e n c e 簡(jiǎn)稱e m i 噪聲 為了降低e m i 噪聲的發(fā) 生 現(xiàn)在通常使用l v d s 技術(shù) 該技術(shù)的特點(diǎn)是 工作電壓低 在保證功耗和電 磁干擾最小的同時(shí)又能做到高速數(shù)據(jù)傳遞 并且由于發(fā)送的是差分信號(hào) 比起普 通信號(hào)來 它產(chǎn) 的噪音最小 另外 它也大大減少了接口信號(hào)線 小幅度擺動(dòng)差分信號(hào) r s d s 接 1 1 7 j r s d s 接口是美國(guó)n a t i o n a ls e m i c o n d u c t o r 公司推出的接f 標(biāo)準(zhǔn) 它適合于 分辨率在v g a 與u x g a 之間或者更高分辨率的顯示屏 與l v d s 一樣 r s d s 也是低壓差分信號(hào) 只是r s d s 有更小的信號(hào)擺幅和更低的功耗 3 3 功率匹配放大電路 f e d 顯示器驅(qū)動(dòng)電路的信號(hào)處理部分至要采用數(shù)字集成電路構(gòu)成 而數(shù)字 集成電路的 t 作電壓一般為5v 左右 這樣的電瓜幅值與f e d 顯示屏的工作電 中山大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 壓相距甚遠(yuǎn) 因此在前級(jí)數(shù)字電路與顯示屏之間需要有能起信號(hào)幅值放大和阻抗 匹配的功率匹配放大電路 這與等離子顯示器p d p 和電致發(fā)光顯示器e l d 類似 它們的后級(jí)驅(qū)動(dòng)電壓也需要高達(dá)幾百伏 1 8 1 9 1 目前本課題組在研的二極結(jié)構(gòu)f e d 顯示屏的工作電壓在5 0 0 v 8 0 0 v 之間 而三極結(jié)構(gòu)的顯示屏工作電壓在2 0 0v 3 0 0v 之間 對(duì)于工作電壓在5 0 0v 一8 0 0 v 之間的f e d 顯示屏 需采用分立器件搭建功率匹配放大電路 而工作電壓在 2 0 0 v 3 0 0 v 之間的f e d 顯示屏 采用集成高壓驅(qū)動(dòng)芯片作為功率匹配放大電路 3 3 1 分立器件構(gòu)建的功率匹配放大電路 根據(jù)f e d 顯示屏 工作電壓在5 0 0v 8 0 0v 之間 的電學(xué)參數(shù)和掃描頻率 特性 對(duì)后級(jí)功率匹配放大電路的基本要求如下 l 能提供的電壓范圍為5 0 0v 1 2 0 0v 2 掃描顯示模式下對(duì)功率匹配放大電路的頻率要求 假如以6 0h z 刷新頻率驅(qū)動(dòng)一個(gè)3 2 0 x 2 4 0 像素 q v g a 分辨率 的平板陣 列 則驅(qū)動(dòng)電路的行掃描頻率為2 4 0 6 0 1 4 4k h z 每行的選通時(shí)間為 1 0 6 1 4 4 0 0 6 9l t t s 除去行消隱和場(chǎng)同步時(shí)間 實(shí)際工作時(shí) 每行的選通時(shí) 白j 大概 為6 5 雌 依照這一要求 功率匹配放大電路的工作頻率不得低于1 5k h z 如圖3 5 所示是行功率匹配放大電路的原理圖 行功率匹配放大電路用來驅(qū) 動(dòng)f e d 顯示屏的柵極或者陽極 從圖中可以看出 前級(jí)輸出的行掃描脈沖信號(hào) 經(jīng)過光耦隔離 開關(guān)功率晶體管放大后 并與1 0 0 0v 的直流高壓疊加后輸出 由于n p n 管的耐壓特性較好 故開關(guān)功率晶體管采用n p n 管 圖3 5 電路中 開關(guān)功率晶體管是核心器件 它自身的性能參數(shù)將決定著整 個(gè)功率匹配放大電路的性能和質(zhì)量指標(biāo) 2 0 l 由于功率匹配放大電路對(duì)開關(guān)頻率的 要求相 高 所以需要選擇集電極輸出電容小的開關(guān)功率晶體管 s a n y o 半導(dǎo) 體公司提供的開關(guān)晶體管2 s c 4 6 3 6 適合本電路設(shè)計(jì)要求 6 除了選擇晶體管參數(shù)外 優(yōu)化的開關(guān)電路結(jié)構(gòu)盯獲得更高的工作速度 例 如 1 選擇合適阻值的基極限流電阻r 3 改善開關(guān)晶體管的開通 截止特性 2 增加基極加速電容c l 在基極電阻上并聯(lián)一個(gè)電容 適當(dāng)選取參數(shù)使得發(fā)射 結(jié)等效電路與基極電路時(shí)間參數(shù)相等 可以改善晶體管開關(guān)電路的脈沖響應(yīng)特性 中山人學(xué)碩十研究生學(xué)位論文 z q 3 采用雙管推挽電路 通過兩個(gè)晶體管輪流導(dǎo)通 分別控制丌關(guān)電路的上 升 下降時(shí) 日j 同時(shí)改善丌通 截止特性 鑒f 第 3 點(diǎn)會(huì)大大地增加電路體 積 不利于實(shí)現(xiàn) 故后級(jí)功率匹配放大電路只采用前兩點(diǎn)改善電路開關(guān)性能 列功率匹配放大電路的原理圖如圖3 6 所示 它用于驅(qū)動(dòng)f e d 顯示屏的陰 極 它的結(jié)構(gòu)與行功率匹配放大電路很相似 只是少了高壓疊加電路 5 v t 8 0 0 v 1 0 0 0 v 幾廠 n 廠 i 遵 o c 圖3 5 行功率匹配放大電路 遵 o c 圖3 6 列功率匹配放大電路 3 3 2 高壓驅(qū)動(dòng)集成芯片構(gòu)建的功率匹配放大電路 隨著等離子平板顯示器進(jìn)入市場(chǎng) 一螳芯片廠商經(jīng)過多年的研究丌發(fā) 市 場(chǎng)上已經(jīng)有多種高壓驅(qū)動(dòng)集成芯片出售 典型的有同本n e c 公司的i t p d l 6 3 3 7 和l a p d l 6 3 0 5 美國(guó)德州儀器公司的s n 7 5 5 8 3 1 和s n 7 5 5 8 3 4 s u p e r t e x 公司的 h v 7 6 2 0 和h v 5 3 0 8 s t 公司的s t v 7 6 9 7 b 等 這類芯片的輸出電壓范圍在o 4 中山大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 2 5 0v 之間 輸出源和漏電流在幾十毫安到幾百毫安之間圈 這類高壓驅(qū)動(dòng)集成芯片都有相似的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 如圖3 7 所示 它們的設(shè)計(jì)原 理大致相同 主要由低壓移位寄存器和高壓輸出電路兩部分組成 芯片的輸入端 可以接收t t l 標(biāo)準(zhǔn)的輸入信號(hào) 經(jīng)過低壓電路的快速移位和存儲(chǔ)處理 形成數(shù) 據(jù)信號(hào) 控制芯片輸出端的高壓推挽電路的開關(guān) 最終輸出顯示屏需要的高壓脈 沖1 2 3 j a 仃拉信 瓴存起 a 量囂 出剿 鼻壓電一 班 圖3 7 高壓驅(qū)動(dòng)集成芯片構(gòu)架吲 采用這類高壓驅(qū)動(dòng)集成芯片組建驅(qū)動(dòng)電路 比較易于實(shí)現(xiàn)尋址與顯示分離 的子場(chǎng)驅(qū)動(dòng)顯示 2 5 1 這符合等離子顯示的驅(qū)動(dòng)要求 但要采用這類芯片實(shí)現(xiàn)如 2 3 1 節(jié)描述的脈沖寬度調(diào)制卻有點(diǎn)難度 這需要在前端的控制電路上做一些改 進(jìn) 本課題組在研的三極結(jié)構(gòu)的f e d 顯示屏工作電壓在2 0 0v 3 0 0v 之間 可 以采用這類高壓驅(qū)動(dòng)集成電路組建功率匹配放大電路 美國(guó)s u p e r t e x 公司推出的h v 6 3 2 p g 芯片是專用于場(chǎng)致發(fā)射顯示器 聚合體 液晶 真空熒光管和電致發(fā)光顯示器的圖像數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)芯片 它采用脈沖寬度調(diào)制 方式實(shí)現(xiàn)灰度顯示 具有2 5 6 級(jí)灰度控制功能 2 6 1 但h v 6 3 2 p g 的最高輸出電壓 只能達(dá)到8 0v 尚不能用在本課題組目前在研的f e d 顯示屏 中山大學(xué)碩十研究生學(xué)位論文 3 4 視頻顯示驅(qū)動(dòng)器 視頻顯示驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)是本論文的主體 從圖3 1 中町以看出 視頻顯示驅(qū) 動(dòng)器實(shí)現(xiàn)的功能與t f t l c d 模塊基本相同 它們都可以接收視頻解碼板輸出的 標(biāo)準(zhǔn)行場(chǎng)同步信號(hào)和顯示數(shù)據(jù) 并把串行的顯示數(shù)據(jù)調(diào)制成具有灰度信息的列數(shù) 據(jù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)平板顯示屏工作 圖3 8 示出t f t l c d 顯示模塊的一般結(jié)構(gòu) 根據(jù)不同的模塊 輸入接口可 以接收視頻解碼板輸出的三種形式的接口標(biāo)準(zhǔn) 詳見3 2 2 節(jié) 輸入的圖像顯示 信號(hào)經(jīng)過時(shí)序控制電路 掃描驅(qū)動(dòng)芯片和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)芯片的處理后輸出到t f t l c d 顯示面板上 圖3 8t f t l c d 顯示驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)1 2 7 i 為了與現(xiàn)行接口標(biāo)準(zhǔn)兼容 本文設(shè)計(jì)的視頻顯示驅(qū)動(dòng)器也采用類似于如圖 3 8 的結(jié)構(gòu) 如圖3 9 所示 由時(shí)序控制電路 行列驅(qū)動(dòng)電路組成 時(shí)序控制電 路接收視頻解碼電路板送過來的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字視頻信號(hào) 把6 4 0 4 8 0 分辨率的視頻 圖像縮小到適合于3 2 0 2 4 0 1 6 0 1 2 0 或者更低分辨率的目杯顯示屏 在列數(shù) 據(jù)驅(qū)動(dòng)電路支持4 比特灰度數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上 采用抖動(dòng)方式擴(kuò)展了2 比特狄度顯示 并產(chǎn)q 三行列驅(qū)動(dòng)電路的控制信號(hào) 列驅(qū)動(dòng)電路由叮擴(kuò)展列數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電路陣列和列 功率匹配放大電路組成 可擴(kuò)展列數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)p w m 灰度調(diào)制和列驅(qū)動(dòng)信 號(hào)控制 其輸出的信號(hào)送至列功率匹配放大電路抬升電壓以及電流匹配 最后產(chǎn) 生適合于f e d 顯示陣列的列數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào) 行驅(qū)動(dòng)電路由行掃描驅(qū)動(dòng)電路和行 6 中山大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 功率匹配放大電路組成 行掃描驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)行掃描功能 行功率匹配放大電路 提高驅(qū)動(dòng)電壓和實(shí)現(xiàn)電流匹配 圖3 9 視頻顯示驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)框圖 下面分兩章分別介紹時(shí)序控制電路和行 列驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 中山大學(xué)碩一 二研究生學(xué)位論文 第四章時(shí)序控制電路的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) 平板顯示器屬于數(shù)字顯示設(shè)備 不能像c r t 顯示器那樣支持多個(gè)分辨率的 顯示模式 只有在顯示圃面的分辨率跟平板顯示器的分辨率一致時(shí)才能達(dá)到最佳 視覺效果 當(dāng)顯示小于最佳分辨率的畫面時(shí) 采用兩種方式來顯示 一是居中顯 示 另外則是擴(kuò)大方式顯示 但是這兩種顯示方式都未能使顯示屏達(dá)到最佳的顯 示效果 因此 為了解決信號(hào)輸入和顯示屏分辨率不匹配的問題 并在顯示屏上 得到最佳的視覺效果 需要在平板顯示器中集成縮放引擎1 2 s l 視頻縮放邏輯模塊 就是這樣的圖像縮放引擎 它將輸入的不同分辨率圖像縮放后以固定的分辨率輸 出到平板顯示器上 另外 由于列數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電路采用p w m 方式進(jìn)行狄度調(diào)制 在實(shí)現(xiàn)高級(jí)別 灰度顯示時(shí) 會(huì)出現(xiàn)窄脈沖 這不利于后級(jí)功率匹配放大電路的實(shí)現(xiàn) 也會(huì)對(duì) f e d 顯示屏的頻率響應(yīng)提出苛刻的要求 所以需要在時(shí)序控制電路中增加抖動(dòng) 灰度擴(kuò)展方法 配合p w m 調(diào)制方式以實(shí)現(xiàn)高級(jí)別灰度顯示 4 1 模塊結(jié)構(gòu) 時(shí)序控制電路的輸入接口與視頻解碼板的輸出接口兼容 都為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字 信號(hào)接口 其詳細(xì)的時(shí)序規(guī)范請(qǐng)參看3 2 2 節(jié) 時(shí)序控制電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4 1 所示 微控制器根據(jù)目標(biāo)顯示屏的分辨 率 通過1 2 c 接口配置好行 列縮放寄存器 可配置視頻縮放邏輯模塊町以根據(jù) 用戶要求把6 4 0 4 8 0 分辨率的視頻圖像縮小到適合于3 2 0 2 4 0 1 6 0 x1 2 0 或者 更低分辨率的目標(biāo)顯示屏 而抖動(dòng)灰度擴(kuò)展邏輯模塊在列數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電路支持4 比 特狄度數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上 擴(kuò)展了2 比特厭度數(shù)據(jù) 使整個(gè)視頻顯示驅(qū)動(dòng)器町以支持 6 比特的狄度數(shù)據(jù) 即可支持6 4 級(jí)灰度顯示 行擴(kuò)展電路板控制信號(hào)發(fā)生器產(chǎn) 生行掃描啟動(dòng)脈沖s t p o u t 和移位時(shí)鐘信號(hào)r o w r c k 行掃描啟動(dòng)詠沖s t p o u t 作 為一幀圖像行掃描的丌始脈沖 啟動(dòng)行擴(kuò)展電路板工作 移位時(shí)鐘信號(hào)r o w r c k 為行擴(kuò)展電路板的移位寄存器陣列的移位時(shí)鐘 詳見6 1 3 節(jié) 中山大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 圖4 1 時(shí)序控制電路內(nèi)部結(jié)構(gòu) 4 2 可配置的視頻縮放邏輯模塊 視頻解碼板提供標(biāo)準(zhǔn)的v g a 分辨率的視頻信號(hào) 而目前暫時(shí)不能提供如此 商分辨率的f e d 顯示屏 故需要對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的尺寸縮放處理 以適合 f e d 顯示屏應(yīng)用 為了使時(shí)序控制電路能兼容3 2 0 x 2 4 0 分辨率 1 6 0 x1 2 0 分辨 率或者分辨率更低的應(yīng)用領(lǐng)域 需要設(shè)計(jì)可配置的視頻縮放邏輯模塊 4 2 1 幾種視頻尺寸縮放處理算法 視頻縮放的算法有很多種口9 1 復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和算法雖然可以帶來良好的顯示 效果 但也使得設(shè)計(jì)周期增長(zhǎng) 硬件實(shí)現(xiàn)難度增大 占用更多的電路邏輯資源 增加成本 且系統(tǒng)內(nèi)在不穩(wěn)定因素增多 雖然簡(jiǎn)單的算法容易實(shí)現(xiàn) 但處理后的 視頻顯示質(zhì)量會(huì)大打折扣 所以 在選擇視頻縮放處理算法時(shí) 需要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng) 合和現(xiàn)行硬件條件等因素綜合考慮 選擇合適的算法 下面對(duì)常用的幾種視頻縮放算法進(jìn)行介紹 4 2 1 1 最近鄰域內(nèi)插算法1 3 0 把圖像縮小最直接的方式是每隔一行 或一列 刪除一行 或一列 這種 縮放算法稱為最近鄰域內(nèi)插算法 這種算法無論用軟件還是硬件實(shí)現(xiàn) 都比較簡(jiǎn) 1 9 中山夫?qū)W碩i 一研究生學(xué)位論支 單 而且在縮放比例較小 行列等比例縮放的情況f 是完全町以接受的 但對(duì)于 高清數(shù)字電視和一些對(duì)顯示質(zhì)量要求很高或者不是等比例縮放的應(yīng)用領(lǐng)域 不大 合適采用最近鄰域內(nèi)插算法 軟件上實(shí)現(xiàn)最近鄰內(nèi)插算法很簡(jiǎn)單 對(duì)于一個(gè)目的圖像像素g i j 根據(jù)縮 放的比例u 和v u 為列縮放比例 v 為行縮放比例 如行列都縮小一倍 則u v 都取值為0 5 通過計(jì)算得到源圖像的浮點(diǎn)座標(biāo)i i u j7 j v 對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單 的取整 得到一個(gè)整數(shù)型坐標(biāo) 這個(gè)整數(shù)型坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的像素值就是目的圖像的像 素值 即取如式4 1 所示 g i j f i7 j7 4 1 可見 最鄰近插值簡(jiǎn)單且直觀 但得到的圖像質(zhì)量不高 4 2 1 2 雙線性插值算法 3 1 1 最近鄰域內(nèi)插算法是在源圖像七尋找最靠近的像素并把它的灰度值賦給目 的圖像的新像素 由于沒有考慮源圖像對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)近鄰像素的影響 得到的圖像 質(zhì)量不高 而雙線性插值算法考慮了源圖像對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)近鄰像素的影響 可以有 效地 平滑掉目的圖像輸出像素問的鋸齒 2 8 軟件上實(shí)現(xiàn)雙線性插值算法與最近鄰內(nèi)插算法相似 都是通過計(jì)算后得到 目的像素對(duì)應(yīng)的源圖像的浮點(diǎn)座標(biāo) 再進(jìn)行取整 只是在對(duì)目的圖像賦像索值時(shí) 考慮了源圖像近鄰像素的影響 目的圖像的像素值豇i j 出源圖像中坐標(biāo)為 i 7 j7 i 1 j i j7 1 i 1 j 1 所對(duì)應(yīng)的周圍四個(gè)像素的值決定 如式 4 2 所示 g i j 1 u 1 v f i j 1 u v f i j7 1 u 1 v f i 1 j u v f i 1 j 1 4 2 其中f i j 表示源圖像 i j 處的像素值 以此類推 雙線性內(nèi)插值法計(jì)算量大 但縮放后圖像質(zhì)量高 不會(huì)出現(xiàn)像素值不連續(xù) 的的情況 由于雙線性插值具有低通濾波器的性質(zhì) 使高頻分量受損 所以町能 會(huì)使圖像輪廓在一定程度上變得模糊 中山大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 4 2 1 3 邊緣自適應(yīng)圖像縮放算法 3 2 1 經(jīng)典的插值方法 如最近鄰域內(nèi)插 雙線性插值 三次樣條插值等插值后 的圖像在物體的邊沿會(huì)出現(xiàn)模糊或鋸齒等現(xiàn)象 這是因?yàn)檫@些傳統(tǒng)的圖像縮放方 法的縮放過程使用了統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型 對(duì)于圖像中物體的邊緣部分高頻信息有所 損失 研究表明 人眼對(duì)圖像的邊緣部分特別敏感 縮放后圖像邊緣的視覺效果 對(duì)一幅圖像的質(zhì)量有十分重要的影響 為使插值后圖像的邊緣保持良好的特性