Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2005 №3

Дисплейные контроллеры Philips для TFT дисплеев

Самарин Александр


Фирма Philips является одним из лидеров среди производителей TFTпанелей для ЖКмониторов и телевизоров. TFTпанели, производимые Philips, используются десятками фирм, выпускающих как мониторы, так и телевизоры. Сама фирма Philips также производит мониторы и телевизоры. Подразделение Philips Semiconductors производит микросхемы управления для дисплейной электроники. Семейство дисплейных контроллеров Philips Semiconductors предназначено для применения в последнем поколении современных цветных мультиинтерфейсных ЖК мониторов, дисплеях высокого разрешения и в ЖК проекторах.

Дисплейные контроллеры преобразуют сигна лы как цифровых, так и аналоговых интер фейсов, имеющих любые входные форматы (XGA, RGB и YUV), в сигналы управления матрич ным TFT-экраном и обеспечивают поддержку фор матов как XGA, так и SXGA. Семейство дисплейных контроллеров SAA67xx имеет высокий уровень ин теграции и новые функциональные возможности. Использование этой серии микросхем в электрони ке ЖК-дисплеев и телевизоров позволяет значитель но сократить число компонентов и уменьшить раз меры плат управления, также сократить потребляе мую мощность (см. табл.).

Основные характеристики дисплейных контроллеров Philips SAA67xx
Таблица. Основные характеристики дисплейных контроллеров Philips SAA67xx

Контроллеры отличаются структурой и функци ональными характеристиками. Одни предназначе ны для использования в телевизорах, другие — в мониторах.

Структура дисплейного контроллера содержит сле дующие логические блоки:

  • Контроллер развертки TFT-пане ли (TCON-TimingController).
  • Встроенные цифровые и аналоговые дисплейные и интерфейсы.
  • Модуль масштабирования изображения.
  • Встроенный текстовый процессор окна меню настроек.
  • Модуль цифровой фильтрации изображения.
  • Встроенный контроллер интерфейса с буфером изображения.
  • Модуль поддержки функции «картинка в картинке» (PIP — Picture In Picture).

Некоторые функциональные модули присутству ют не во всех дисплейных контроллерах. Все видео контроллеры имеют встроенный OSD-контроллер (On Screen Display) со знакогенератором, а также мо дуль скэйлера, который обеспечивает функцию неза висимого масштабирования изображения по гори зонтали и вертикали. Кроме того, всеми контролле рами поддерживается автоматическая подстройка фазы и смещения рабочего поля по горизонтали и вер тикали, имеется опция подключения внешнего кон троллера OSD. Автоподстройка обеспечивает генера цию заданного числа черных пикселей по сигналу строчной развертки, а также пропуск заданного числа неактивных линий в сигнале изображения. Тем самым программируются границы черной рамки изображе ния на экране. Для всех контроллеров этой серии есть функция компенсации искажений движущего изображения. Все микросхемы имеют интерфейс I2C в качестве канала управления от хост-контроллера. Дисплейные контроллеры также имеют функцию рас ширения передачи цветовой гаммы за счет использо вания модуля контроллера FRC (frame-rate control).

На рис. 1 в качестве примера показана реализация мультиинтерфейсного ЖК-монитора на основе дис плейного контроллера SAA6714.

Структура мультиинтерфейсного ЖК-монитора на основе дисплейного контроллера SAA6714
Рис. 1. Структура мультиинтерфейсного ЖК-монитора на основе дисплейного контроллера SAA6714

Монитор поддерживает три видеоинтерфейса:

  • аналоговый RGB;
  • аналоговый видео (Y/C, YCbCr, CVBS);
  • цифровой DVI-D.

Аналоговый видеоинтерфейс поддерживается микросхемой видеодекодера SAA7118.

Канал управления и идентификации

Для каждого из трех типов интерфейсов поддер живается отдельный DDC-канал управления и иден тификации типа дисплея. Информация для DDC-ка нала (профиль настройки и информация произво дителя) хранится в ЕЕРRОМ типа 24С21.

Управляющий контроллер

Внешний управляющий контроллер типа P89C664 обеспечивает интерфейс с функциональной дисплей ной клавиатурой (4 кнопки): выбор и регулировку дисплейных параметров, управление декодером, уп равление яркостью задней подсветки.

Дисплейный контроллер SAA6714

Рассмотрим структуру дисплейного контрол лера SAA6714 как базовой модификации для серии SAA67xx. На рис. 2 показана структур ная схема дисплейного контроллера SAA6714.

Структура дисплейного контроллера SAA6714
Рис. 2. Структура дисплейного контроллера SAA6714

Структура видеопроцессора SAA6714 содержит следующие основные функциональные модули:

  • Triple ADC— трехканальный аналого-цифровой преобразователь RGB сигналов.
  • Sync Decoder — селектор синхроимпульсов развертки RGB интерфейса.
  • TMDS receiver — приемник сигналов цифрового интерфейса DVI (DVI 1.0).
  • Panel I\F(Interface) — модуль интерфейса с внутренней шиной TFT-панели.
  • Memory I\F-интерфейс с буферной видеоОЗУ.
  • HDCP — модуль декодера (high bandwidth digital content protection — HDCP).
  • Scaler — процессор, масштабирующий изображение.
  • YUV Demux — декодер видеосигналов формата YUV.
  • Ref. Decoder — селектор синхросигналов развертки.
  • Pvi_clk— модуль выделения сигналов тактирования пикселей.
  • I2C— модуль интерфейса I2C для связи с микроконтроллером P89C664 и EEPROM.
  • PWM — ШИМ-модуль управления яркостью ламп подсветки.

Контроллер SAA6714 включает все необхо димые функции для функциональных преоб разований данных входного интерфейса в ин терфейс SXGA ЖК-монитора или проектора. Полностью программируемый цифровой фильтр (Polyphase Filter) позволяет поддержи вать различные функции сглаживания или контрастирования краев объектов изображения при масштабировании. Для достижения высокого контраста текста при увеличении используется специальный алгоритм, который обеспечивает выделение текста из фона. После масштабиро вания оба источника данных объединяются вме сте. В результате получается четкий текст на фо не. Для видеоприложений контроллер SAA6714 имеет входы YUV и усовершенствованный ал горитм для стыковки полукадров чересстроч ной развертки. Пользователь может выбирать один из нескольких режимов деинтерлэйсин га — pure temporal, pure spatial или motion adaptive filtering. Фильтр динамической филь трации (Dynamic Noise Reduction — DNR) до полнительно улучшает качество изображения. Дисплейный контроллер SAA6714 имеет встроенную функцию PIP, которая обеспечи вает отображение вторичного видеоизобра жения в масштабируемом окне на экране ос новного канала видео. Эта функция может применяться в телевизионных приложениях, например для отображения текста текущих новостей на фоне основного изображения.

Усовершенствованный алгоритм управления цветовой гаммой включает 10-разрядную гам ма-коррекцию, временной дизеринг (temporal dithering) для 10-разрядного расширения дис плеев с 8- и 6-разрядным кодированием, поз воляет значительно улучшать качество изоб ражения.

Встроенный OSD с расширенными функци ями обеспечивает дополнительные возможно сти при оформлении экранных окон настро ечных меню как для телевизионных, так и для мониторных приложений. Процессор экран ного меню (OSD) на основе символьного гене ратора на 256 символов, программируемых фонтов (поле 4 кбайт), а также графического генератора (4 кбайт) обеспечивает реализацию изящных и дружественных пользовательских экранных меню и заставок.

В серии SAA6714 характеристики масштаби рования изображения — полностью програм мируемые. Для того чтобы определить кривую преобразования, каждая схема имеет набор из 64 регистров для горизонтального и вертикального масштабирования. Это обеспечи вает повторение пикселей, линейную интерпо ляцию или функцию S-кривой. Для быстрого программирования регистров предназначена шина I2C. Контроллер поддерживает также функции автоматической регулировки следу ющих параметров: синхронизации, фазы, сме шения по горизонтали и вертикали, увеличе ние и уменьшение размера изображения по го ризонтали и вертикали, а также цветовую коррекцию. Внешний микроконтроллер под держивает распознавание формата разрешения и выбор параметров синхронизации дисплея.

Основные характеристики дисплейного кон троллера SAA6714:

    аналоговый интерфейс RGB; цифровой 24- или 48-разрядный интерфейс DVI; макс. пиксельная частота синхронизации 110 MГц;
  • макс. разрешение 1024]768 пикселей для чересстрочной или прогрессивной развертки;
  • обнаружение отсутствия сигналов развертки и типа полярности синхросигналов;
  • программирование импульсов для управления видео-АЦП и управление коэффициентом усиления по каждому входу;
  • автоматическая подстройка синхронизации и фазы, горизонтального и вертикального смещения поля изображения, цветовая коррекция видеосигналов;
  • измерение входных частот кадровой и строчной развертки;
  • табличная цветовая коррекция цветовых сигналов;
  • полностью программируемые параметры масштабирования изображения с адаптивными параметрами;
  • встроенный интерфейс управления буфером видео-ОЗУ;
  • встроенный текстовый процессор (On-screen display OSD);
  • символьный внутренний OSD;
  • программируемый знакогенератор с форматами 24]24 или 12]16 пикселей;
  • программируемая ширина и высота окна для поля изображения OSD-контроллера;
  • порт для оверлея (накладки) изображения от внешнего OSD-контроллера. Интерфейс TFT-панели:
  • 24-разрядная цифровая шина RGB с синхронизацией от одного фронта сигнала тактирования или 48-разрядная шина RGB при тактировании от обоих фронтов сигнала тактирования;
  • поддержка дисплейного интерфейса Panel Link и LVDS-сигналов;
  • синтез сигналов синхронизации для схемы управления TFT-панелью;
  • поддержка синтеза шкалы серого посредством модуляции FRC (Frame-rate control) для расширения гаммы отображаемых цветов.

Рассмотрим более подробно реализацию ба зовых функциональных модулей дисплейных контроллеров.

Контроллер развертки TFT панели

Контроллеры SAA6713/14 имеют встроенный интегрированный TCON (Timing CONtrol) для непосредственного управления драйверами строк и столбцов матрицы ЖК-панели. Выход ной интерфейс имеет 10 программируемых сигналов (CGS0, CGS1... CGS9). Сигналы уп равления синтезируются генератором CSG (Configurable Signal Generators). Программиро вание параметров сигналов генератора CSG обеспечивает необходимые временные диаграм мы управления любой TFT-панелью.

Мультинтерфейс

Дисплейные контроллеры могут поддержи вать три вида видеоинтерфейсов: цифровой ти па DVI, аналоговый RGB, и аналоговый видео трех форматов: Y/C, RCA (YcbCr), RCA(CVBS). Декодирование сигналов аналогового видео про изводится микросхемой SAA7118.

Интерфейс с буферной видео ОЗУ

В микросхеме SAA6714 присутствует встро енный модуль интерфейса смодулем видео-ОЗУ (DDR SGRAM) объемом до 64 Мбит. Память ис пользуется для масштабирования изображения и поддержки спецэффектов типа PIP.

Модуль масштабирования изображения

Задача изменения формата изображения свя зана с тем, что в большинстве случаев входной формат изображения не соответствует реально му формату ЖК-экрана. Например, во входном аналоговом интерфейсе число строк изображе ния может быть больше или меньше числа строк ЖК-экрана. При отображении телевизионного изображения задача усложняется тем, что кро ме масштабирования требуется совмещение двух полукадровых полей чересстрочной раз вертки в экранное поле прогрессивной разверт ки. Для формата SECAM каждое полукадровое поле содержит 288 видимых строк изображе ния. Экран для прогрессивной развертки, та ким образом, будет содержать 586 строк. Экра ны современных ЖК-дисплеев имеют типовые форматы 768]1024 и 1024]1280. Пропорции те левизионного изображения — 4:3. Для сохране ния пропорций телевизионного изображения при 586 строках прогрессивной развертки тре буется разрешение по строке 586]4/3=781 пик сель. Пропорции экрана 768]1024 соответ ствуют формату телевизионного экрана, а вот экран 1280]1024 имеет пропорции 5:4.При пропорциональной «растяжке» формата 586]781 до уровня 1024]1280 возможны два ва рианта. В режиме Letterbox (почтовый конверт) будут оставаться черные полоски сверху и сни зу экрана, в режиме же Pan&Scan будет отреза на часть поля изображения по вертикали. Воз можна и непропорциональная растяжка изо бражения по вертикали и горизонтали (режим Anamorphic) с небольшим искажением изоб ражения по краям. Формат DVD изображения 16:9 также требует масштабирования при вос произведении на экране ЖК-дисплеев с фор матами 1024]768 и 1280]1024.

В модуле масштабирования изображения (скэйлера) выполняется еще одна полезная функция — перемещение экранного поля вверх для того, чтобы освободить нижнюю по лосу для размещения титров. На рис. 3 пока зан принцип масштабирования форматов изо бражения.

Масштабирование входного изображения под формат ЖК экрана
Рис. 3. Масштабирование входного изображения под формат ЖК экрана

Модуль масштабирования производит в за висимости от сжатия или расширения фор мата пропорциональное исключение каждой M-й точки изображения по горизонтали и со ответственно пропуск каждой n-й строки по вертикали. И наоборот, вставку дополни тельных пикселей по горизонтали и вставку через n строк дополнительной строки. Инфор мация для дополнительной строки синтези руется на основе корреляции между соседни ми строками или между соседними пикселя ми, чтобы обеспечить среднюю яркость и цветность. Для борьбы с эффектами пропа дания мелких деталей и появления «ступенча тости» производится аппроксимация изобра жения полиномом в окрестности каждой его точки. На рис. 4 показана интерполяция по лей пикселей при масштабировании.

Интерполяция при масштабировании изображения
Рис. 4. Интерполяция
при масштабировании изображения
S кривая — коэффициенты формы S программируются через регистры

Деинтерлейсинг

Телевизионные видеосигналы рассчитаны на применение чересстрочной развертки. ВЖК-телевизорах, как и в мониторах, приме няется прогрессивная развертка. Для того что бы обеспечить эффективное преобразование сигналов чересстрочной развертки в сигналы прогрессивной развертки применяется специ альное преобразование — деинтерлейсинг (deinterlacing). Синтез единого изображения из обеих половинок кадра производится через буферную память. Нужно обеспечить точное совмещение по строкам и исключить различ ного рода статические и динамические искажения, а также искажения по цветам. Простое совмещение полей может давать искажения в виде «зазубрин» или размытости на грани цах объектов, или же паразитную цветовую окантовку. Поддерживаются три различных алгоритма деинтерлейсинга: статический, с пространственным компенсированием и с динамическим компенсированием. Преоб разование выполняется специальным моду лем цифровой обработки сигналов.

Встроенный OSD контроллер

Встроенный текстовый контроллер OSD позволяет формировать на основном экране встроенное поле дисплея для настройки, на вигации по меню со своей системой команд, управлением через интерфейс I2C, со встро енным знакогенератором на 256 символов. Форматы символов 8]8 и 32]32. Контроллер SAA6714 имеет внутренний знакогенератор OSD с кодировкой символов в форматах 24]24 (42 символа) и 12]16 (128 символов).

На рис. 5 показана структура OSD-кон троллера.

Структура OSD контроллера
Рис. 5. Структура OSDконтроллера

Имеется возможность загрузки пользовате лем (производителем конкретного дисплей ного устройства) своей таблицы знакогенера тора (4 кбайт), включая специальные значки и даже фирменные логотипы. Для технологи ческого экрана поддерживаются функции фор мирования нескольких типов курсоров, блин кование, инверсия символов, теневые маски, контурные изображения символов, управле ние цветом фона и фона символов. Оверлей (наложение) окна экранного меню на основ ное изображение осуществляется через буфер ную память. Для синтеза изображения в поле экранного меню применяются три модуля— встроенный символьный знакогенератор, графический (bitmap-OSD) и генератор иконок. Можно программировать цвета и стили ико нок. Для режима bitmap может быть исполь зовано цветовое кодирование пикселей от 2 до 16 цветов на пикселей. Режим иконок или аппаратный курсор поддерживает мультипли кацию. Знакогенератор содержит 256 проши тых символов, еще 144 символа могут быть за гружены в оперативную память пользователем.

Алгоритм ClearFont

Для того чтобы сохранить четкость текстовых компонентов при масштабировании исходного изображения, применяется раздельная обработ ка фонового изображения и текста. Текстовые компоненты выделяются из фонового изобра жения. Их масштабирование производится че рез отдельную ветку аппаратной обработки сиг нала. Остальное (фоновое) изображение масшта бируется посредством применения различных интерполяционных алгоритмов. Функции мас штабирования полностью программируют ся. После независимой обработки двух изобра жений производится их объединение. Данный алгоритм ClearFont позволяет при любых моди фикациях размеров изображения сохранить чет кие очертания для символов текстовых компо нентов изображения, устранить появление зазу брин и размытости контуров (рис. 6).

Иллюстрация метода ClearFont
Рис. 6. Иллюстрация метода ClearFont

Адаптивная фильтрация для движущихся изображений (только в SAA6714)

Чтобы устранить появление нежелательных артефактов в изображении, связанных с осо бенностями чересстрочной развертки и быст родействием ЖК-панели, видеопроцессор име ет встроенный модуль с программируемыми характеристиками для цифровой фильтрации изображения. Ключевые моменты техноло гии — обнаружение события и реакция на не го. Информация об изображении фиксирует ся в буферной памяти. В детектирующем мо дуле производятся сравнение и корреляция соседних полей изображения чересстрочной развертки. Реакция заключается во временном отказе от использования информации (полной или частичной) текущего кадра чересстрочной развертки при обнаружении сильных отличий в соседних полях и подмена в одном или не скольких следующих подряд кадрах фрагмен тов изображения на фиксированное, «заморо женное» в памяти. Такой прием позволяет из бежать размытости и зазубрин в контурах изображения. Для модификации изображения применяется буферная память изображения на два или несколько кадров и специальный ци фровой модуль обработки, входящий в состав дисплейного контроллера.

Применяются несколько алгоритмов филь трации:

  • пространственная;
  • временная;
  • адаптивная по отношению к движущимся объектам изображения фильтрация.

Модификации микросхем серии SAA67xx

Дисплейный контроллер SAA6712 (рис. 7), в отличие от SAA6714, не имеет встроенного цифрового интерфейса DVI.

Структура дисплейного контроллера SAA6712
Рис. 7. Структура дисплейного контроллера SAA6712

Контроллер SAA6713 (рис. 8) имеет в своей структуре модуль интерфейса DVI, однако не имеет контроллера буферной памяти.

Структурная схема дисплейного контроллера SAA6713
Рис. 8. Структурная схема дисплейного контроллера SAA6713

На рис. 9 показана структура еще одного пред ставителя семейства — микросхемы SAA6721.

Структурная схема дисплейного контроллера SAA6721
Рис. 9. Структурная схема дисплейного контроллера SAA6721

По сравнению с микросхемой SAA6712 данный контроллер имеет дополнительный интерфейс на основе цветоразностных сигналов. Данный тип рассчитан на использование в телевизорах.

SAA6740 Дисплейный контроллер с интерфейсом DVI

Контроллер SAA6740 является последней мо дификацией серии контроллеров SAA67xx с улучшением качества изображения и увели чением контраста. Программируемый цифро вой фильтр обеспечивает получение лучших характеристик при масштабировании. Был мо дифицирован модуль цветовой коррекции. Введена функция расширения шкалы серого от 6 или 8 до 10 разрядов за счет временного дизеринга и 10-разрядной гамма-коррекции.

Структура дисплейного контроллера SAA6740
Рис. 10. Структура дисплейного контроллера SAA6740

В новой модификации расширены функци ональные возможности контроллера OSD. В частности, добавлены функции поворота и пе релистывания текстовых страниц. В частности, добавлены функции поворота и перелистыва ния текстовых страниц. В итоге улучшились возможности для создания дружественных графических пользовательских интерфейсов. Полоса пропускания управляющего канала ин терфейса I2C расширена до 3,4 Мбит/с.

Контроллер имеет аналоговые VGA-входы и цифровой интерфейс DVI 1.0 с TMDSсиг налами. DVI-приемник имеет декодер HDCP. Контроллер SAA6740 имеет интерфейс со столб цовыми драйверами на основе RSDS-сигналов с пониженным уровнем ЭМИ и потребляемой мощности при передаче сигналов шины дан ных. Данный контроллер предназначен для применения в TFT-мониторах высокого раз решения.

Литература

  1. Semiconductor for Liquid Crystal Displays. Philips Semiconductor.
  2. SAA6714 SXGA Triple-Input TFT Display Controller. Philips Semiconductor.
  3. SAA6740 Dual-input XGA TFT-LCD controller with RSDS output. Philips Semiconductor.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке