LCD TV控制芯片与显示处理技术深度解释

1、LCDTV控制芯片与显示处理技术深度解释作者：佚名微机原理来源：本站原创点击数：食354更新时间：2006-12-7LCDTV的市场现况LCD显示技术在近年有着相当大的进步，虽然LCD基于自主发光显示技术，需要有高成本的背光模块作为辅助，而传统被视为缺点的视角、对比、反应速度与色饱和度特性，皆透过不同的液晶晶态技术、动态背光控制、扫瞄式背光模块以及黑插入技术及高色饱和度冷阴极灯管（CCFL）等新技术的导入与量产，在最终画面的表现上，已经堪称与电浆电视有了帄起帄坐的地位。且由于电浆电视为自发光显示器，其利用半消耗性荧光物质的显示模式，于长时间观看后可能出现屏幕烧灼定影现象，虽然目前已经有相当多的

2、作法可以改善，但是成本过高，在经济效益方面明显不及LCD。虽然2005年是LCDTV销售量大起飞的一年，但是2006年的销售成绩却未如面板厂所预估般的成长，在此情况之下，加上各大面板厂新的生产线纷纷开出，使得面板产量增加，但是总体销售量未有等比例增加的状况之下，让面板价格大幅滑落，连带使得LCDTV售价也有相当大的跌幅。但是售价的降低也鼓励了消费者的采购意愿，由于价格处于合理阶段，年底的销售量略有增温的现象。而根据统计，2006年的LCDTV出货量较去年成长约一倍左右。而在控制芯片方面，拜上半年面板生产过剩以及LCDTV销售与预期有落差的状况，2006年的帄均售价与2005年比较起来，有将近3

3、成左右的跌幅，不过下半年因LCDTV售价合理化所带来的销售热潮，以及面板厂进行产能调节，在出货市场方面有着相当出色的成长。专利与授权造就大者恒大的LCDTV市场LCDTV是属于非常高度整合性的产品，在一部标准LCDTV中，我们就可以看到包含硬件、软件、DSP芯片、无线射频以及诸多可加强画面表现的算法，虽然就一般而言，许多专利都掌握在国外大厂的手中，如美商SiliconImage、Zoren等，国内如联发科、凌阳等生产LCDTV芯片的公司，都必须负担大笔的授权费用，如果稍有不顺这些版权掌握者的意，那么可能就会发生如前阵子晨星公司与国外Genesis公司的专利纠纷，而造成产品不能输出的结果。由于L

4、CDTV所牵涉到的智财范围广泛，包含影像处理、MPEG译码、视讯输出入端子等等，不仅处理过程繁杂，所需成本更是惊人，一般说来，想要制造LCDTV,先期的相关授权金与专利费用可能就要达到数十亿台币之谱，因此LCDTV的市场几乎都是大者恒大，中小型公司很难切入。控制芯片的功能与设计趋势图说：lcdtv的零组件配置方式。(资料来源：帆宣科技)般来说，lcdtv的控制芯片肩负者将电视机所所接收的模拟以及数字讯号经转换与处理之后，再发送到前端屏幕作输出的动作。这个控制芯片的主要架构，便包含了视讯译码器(VideoDecoder)、反交错扫瞄器(De-interlacer)以及画面缩放控制器(Scaler

5、)这3大部分。每个部分在LCDTV中都有各自需要担当的角色，以VideoDecoder来说，便是肩负了将所接收到的模拟讯号转换为数字讯号，接着这些讯号将由De-interlacer所接手，将一般电视所使用的交错式扫瞄转换为逐行扫瞄的形式，芯片设计厂大多也会在这阶段加入些影像的后期处理功能，比如说亮度与对比的调整、噪声消除、影像的锐利化等等。而在通过前面2个阶段以后,最后便是到了Scalar阶段，透过特定的算法，把原生的电视影像分辨率扩展到LCDTV的全画面，这个阶段决定了非原生面板分辨率视讯内容的全屏幕画面质量，因此如何在芯片运算能力可负担的范围内采用最佳的算法，决定了LCDTV在画面上的最终

6、表现。至于各大主流厂商的发展趋势方面，主要是以推出整合上述三种核心组件的单芯片(SystemonChip;SoC)为主要的解决方案。此外，LCDTV控制芯片的范围，还包括了诸如模拟/数字转换器(AnalogDigitalConverter；ADC)、锁相回路(PhaseLockLoop；PLL)、屏幕显示调整(OnScreenDisplay；OSD)等组件。由于目前数字化传输与控制方式的日渐普及，为了满足处理数字讯号来源的需求，在一般如数字讯号接收接口(DVIReceiver)、高画质数字多媒体接收器(HDMIReceiver)，以及数字讯号调谐器(DigitalTuner)、解调变器(Dem

7、odulator)、MPEG-2译码器(MPEG-2Decoder)等基本功能组件，也渐纳入为LCDTV控制IC的功能发展范围。LCDTV控制芯片整合化的趋势，除了包含三大基本功能的控制芯片基本设计以外，一些原本属于周边电路零件的部分，也开始被控制芯片研发厂商规划整合进控制芯片内，这些部分包含了PLL、OSD、MCU以及内存等等，而目前影像编码规格除了主流的MPEG2以外，次世代蓝光媒体所采用的H.264，以及大陆方面极力推行的AVS，也逐渐被纳入SOC控制芯片支持的范围之内，因此在可预见的未来，LCDTV将会变的更为模块化，制造流程也将更为精简。控制芯片的高度整合不但是基于成本的考虑，由于其

8、统一了标准规格的组件，更是能够有效降低LCDTV的设计难度，缩短厂商的开发时程，且单芯片设计在性能的提升上会有较大的空间，不过由于单芯片化，对于某些特定地区或在设计上有着不同取向的LCDTV产品，可能会有无法兼顾的情形，因此针对不同的应用或者是不同地区规范来推出对应的SOC控制芯片，必然是这些控制芯片设计制造厂商所必须审慎考虑的走向。大型LCDTV的相关设计方案PixelWorks:针对37吋以上的市场，PixelWorks公司推出了Pearl系列芯片该芯片其主要特点是内建高速的10-bitADC、3D视讯译码器、整合的微处理器核心，并采用双重缩放控制器(Scaler)和自动侦测动态的反交错扫

9、描仪(De-interlacer)，整合度再次提高。此外，该系列芯片支持双点LVDS、UV5影像最佳化、噪声过滤等等附加功能。Genesis:我们针对其高阶应用的Cortez-Advance芯片组来做介绍这些产品包含了FLI863&FLI8668和FLI8662等芯片。其中FLI8668内置双路3D视讯译码器、双路动态补偿的缩放引擎、支持图文显示的VBI处理器等。该芯片的双路PiP处理能力支持对2个画面的单独操作，比普通PiP功能更为强大。此外，FLI8668采用了DCDi(方向性关联的交错扫描)技术，该技术可以去除标准的交错扫描视讯在转换成循序扫描显示设备兼容画面格式时图形边缘产生的变形。C

10、ortez-Advance三款芯片均采用416pin-BGA封装。兆宏电子：兆宏电子的MagicPixelMP285芯片组，除了支持标准的480i/576i以及1080i视讯来源以外，其高频宽架构设计，足以撑起WUXGA以及UXGA等分辨率的处理需求。内建了3D反交错扫描仪，可以快速的进行交错转循序扫瞄的处理，而专用的颜色处理器也能提供LCDTV更好的颜色表现。瑞昱公司：该公司的RTD2620芯片，芯片处理能力包含了3D反交错功能，并且内建了具备有VividColor技术的视讯处理器，可选择内建HDCP，并且具有PiP/PoP/MP的多种屏幕切割功能，不过其最高分辨率只支持到1366*768，

11、并不具备FullHD的显示能力。利用两大技术LCDTV画质也可与传统CRT帄起帄坐传统CRT映像管的显示方式，是透过阴极射线管发射电子束来撞击屏幕上涂布的荧光物质，电子束的发射是采用脉冲方式(Impulse-Type)，屏幕上的个别像素在收到电子束的撞击之后会被点亮，不过在脉冲波形达到需求点之后，马上就会回到初始值，由于电子束的撞击是在非常短的时间内达成，因此人眼完全无法感觉到像素被点亮或熄灭的过程。不过LCD面板本身没有发光的能力，而是必须透过背光模块才能让面板发光，而透过液晶的角度旋转来将光线曲射或遮蔽，使人眼感觉到画面的点亮与变暗。由于绝大部分背光模块都是采用稳态(Hold-Type)的

12、驱动方式，因此除非关闭供电，不然背光模块随时都是处在发光的状态，并不会随着画面的明暗而变化。光線液晶玻璃悬握下镐娠月上偽光片玻疇基战图说：光通过液晶面板示意图。(资料来源：高雄应用科技大学)稳态驱动形式的LCD在反应速度上，是以ms(毫秒)为基本计算单位，在此基准的反应速度基本上还是可以被人眼所辨识出来，因此也会造成了物体边缘的模糊及动态影像常见的残留鬼影现象，对于视觉效果上明显大打折扣。而由于这样的特性，目前一些液晶显示厂商主打的低毫秒显示器，虽然大多利用了OverDrive技术来加强液晶的扭转速度，藉以降低反应时间，但基本上只是治标不治本的方式，由于液晶的显示特定，会出现残影的地方照样还是

13、会有残影的现象，因此OverDrive只能稍加改善残影的现象，而无法有效根绝。下面介绍两种可以有效改进LCDTV显示效果的技术，不过目前成本尚高，目前只有少部分高阶LCDTV采用。为了在LCDTV上模拟出传统CRT的脉冲(Impulse-Type)显示方式，目前有两大主流技术：ScanBacklight3DirectbacklightPanelframetimeCCFLirrajr图说：DynamicScanningBacklight技术原理。(资料来源：奇美电子)、动态背光扫瞄方式(DynamicScanningBackligh):此技术是需要增加背光灯管数量。由于LCD面板的画面显示方式是

14、由顶端被一列列写入至底部，因此藉由LCD的背光同步点亮与熄灭，来达到与面板显示的同步运行。虽然可以有效降低残影现象，但是这个技术存在有对比不足的缺点，且在屏幕全黑时，仍然会有漏光的现象产生。因此动态背光扫瞄就必须搭配数字亮度调整(DigitalDimming),才能在改善残影的同时，也能维持良好的对比。不过这个技术由于必须增加灯管数量,在背光模块上的成本会大幅增加，比较不适用于中低价位的LCDTV采用。图说：黑画面插入技术原理。(资料来源：BenQ)二、黑插入技术：此技术基本上可以在不改变LCD原有架构的前提之下，透过在动态画面间持续周期性的插入黑画面，来达到类似于传统CRT画面的显示效果。由

15、于在2页画格之间插入黑色画面，因此可以有效减少前一页画面在人眼视网膜中暂留的时间。不过黑插入技术原理就像是持续的开灯与关灯，会使得背光模块的能量效率降低。由于LCD原本的穿透率就已经备受限制，若液晶速度不够快，采用黑插入技术将会使得亮度与对比表现变差。液晶显示器进行灰阶显示的时候，反应时间较慢，而黑白相应时间反而更快，在较慢的灰阶画面中适当插入黑画面，便能改善视觉感受，并充分利用液晶显示器的显示特性，可谓鱼与熊掌兼得。不过黑插入技术的确不错，但它要求液晶显示器的响应时间必须够高。实现黑插入的反应时间底线差不多是灰阶8ms，超过这个时间的话，黑插入画面很容易被人眼所察觉。因此，黑插入技术是在灰阶

16、必须具备相对应时间的基础上实现的，这也是以前液晶显示器不采用这种技术的原因。既省电又可保护眼睛日趋重要的自动光源调整功能由于LCD的背光模块有稳态的特性，若是分处在明亮或者是阴暗的环境之中，没有经过手动调整的话，在视觉上会造成很大的落差感。因为目前一般32吋上的大型LCDTV中，其亮度大约都超过550cd/m2,在一般明亮的环境中观看，那么呈现出来的影像看起来会让人觉得对比分明，颜色鲜艳，但是同样的亮度搬到阴暗的环境中，就会产生黑色浮动现象，以及画面上的躁动感。加上视觉落差的关系，虽然在明亮的环境中不会有感觉，但是在阴暗的环境中，久视这样的亮度会很容易造成视觉的疲劳，举例来说，我们从下午看电视

17、看到晚上，本来适中的环境光度会变得阴暗，而以消费者的习惯，麻烦的手动调整自然不是选项之一，长久下来，自然会对视力造成伤害。对于LCDTV来说，随时维持在点亮状态的背光模块自然是造成功耗的重要原因之一，若是可以依照环境的光度来动态调整背光亮度，那么就好比冷气机的直流变频功能一样，既能看的舒适，又可以小幅省下电费。而一般LCDTV的显示特性，便是依据各像素的液晶传透率，藉以调整背光模块的光线强度，来达到灰阶显示的目的，但是大多数背光模块的光度都有预设过强的毛病，因此普遍的都有漏光现象的产生。力欲自动光源调整组件，可以依照环境光度来调整背光模块的辉度，可藉此解决影像的黑色浮动感。而在相同的灰阶之下，

18、也可以缩小亮度的动态范围，降低因为背光模块辉度太高使得影像过亮的缺点，加强黑色影像的表现能力。基本上，这类的感测组件都是以硅材料所制成，并且可分为光敏晶体管(PhotoTransistor)、光二极管(PhotoDiode)以及内建增幅电路光二极管(PhotoIC)等三大类。光敏晶体管：这是一种具有npn或pnp结构的晶体管，具有能够取用光的照射能量来控制电流的能力，由于材料是采用硅，因此从可见光到近红外线区域均可应用。而在特性上，光敏晶体管是在一般的晶体管插入光电2极体所构成，与帄常的晶体管相较起来，其具有指向性、感光灵敏度以及波长灵敏度等特性。但是光敏晶体管的感光灵敏度会随着温度的升高而增加，因此维持其温度的恒定，会是其感光的回馈准确度的重点。由于其成本低廉，因此主要是应用在低成本产品上，如一般感光台灯或者消费型显示装置。图说：光敏晶体管的基本应用电路。（资料来源：）光二极管：光二极管也