DLP TV视频前端系统构架与设计的分析

3. DLP™ TV视频前端的系统结构框架

　　目前，我国尚处于模拟电视向数字电视过渡的时期。DLP™ TV视频前端系统需要能够接收多种制式、多种格式的视频节目，并通过视频格式转换和图像增强，将其转变为DLP™光学系统能够接收的固定视频数据格式。传统的显示技术（如CRT），频响范围较窄，成像不够精细，也容易隐藏细微的图像失真。由于DLP™技术在成像上具有高保真的特点，因此，DLP™ TV视频前端系统设计的难点之一就是如何进行系统设计与视频处理，使得模拟视频输入获得与数字视频相当的图像质量。

　　如图1所示，DLP™ TV视频前端系统的输入接口包括了模拟视频信号与数字视频信号两大部分。模拟电视信号经高频调谐下变频为模拟基带视频信号，和复合视频、S端子视频、分量视频一同进入Video Decoder。在Video Decoder中经模数变换、亮色分离、色度解调与输出格式转换的数字信号以BT.601或BT.656的格式输入Video Processor。另一类模拟视频信号来自计算机——以RGB格式输入的计算机图形信号在视频格式转换和图像增强之前经模数变为数字信号。为了兼顾数字电视广播的应用，数字视频输入通道包括了数字高频调谐、信道解码、MPEG-2信源解码等模块。

　　Video Processor是DLP™ TV视频前端系统的核心所在。在这个模块中，经过去隔行变换、帧频转换、视频缩放等视频格式转换算法，不同来源的各路视频信号转变为DLP™光学系统能够支持的分辨率和刷新率。同时，图像增强模块提供黑/白电平延伸、亮/色边缘增强、去噪滤波、肤色校正等算法，能够显著提升画质，改善主观视觉效果。多通道视频处理结合OSD屏显模块，能够实现PIP、POP、菜单导航等复杂的多窗口显示，给予用户更多样的观赏风格。

　　高性能的实时视频处理有赖于CPU、ROM、RAM和晶振的协同工作。随着视频处理向集成化方向发展，部分高端视频处理芯片内嵌CPU核，能够直接通过I2C总线实现对片外器件的控制。ROM存储了视频前端的自举代码和参数表，用于系统初始化；RAM大容量存储空间和高速率读写访问保证了视频处理的高效实时。

　　由于DVI和LVDS数据格式采用差分方式传输，具有高效率、低功耗、低杂波干扰、带宽大的特点，Video Processor输出的RGB信号经TMDS/LVDS编码，发送到DLP™光学系统中，从而完成整个视频前端处理过程。

4.DLP TV视频前端的系统设计建议

　　DLP™ TV视频前端的系统设计必须和DLP™显示技术的特点，以及DLP™ TV的应用需求相结合。考虑到DLP™技术高清晰度、高对比度、线性传输特性的特点，和DLP™光学系统的具体构架，本文为DLP™ TV视频前端的系统设计提供以下建议：

　　保持数据动态范围

　　亮度、对比度、色调、色饱和度的设置，以及gamma校正的算法大都基于输入/输出响应曲线的调整，容易产生数据截断，缩小动态范围。反映在灰阶测试图中，体现为暗处和亮处的灰阶信号丢失。虽然大多数Video Decoder及Video Processor都具有亮色设置、或是gamma校正的图像增强模块，但是随着动态范围逐级压缩，会直接影响到后续的视频处理和图像质量，因此这类操作不宜在视频前端中进行。

　　相对于前端，亮色设置与gamma校正更适合在后端中实现。与其他平面显示技术不同，DLP™ 光学系统中的DDP ASIC专用于DLP™ 技术相关视频处理算法的实现，并能够设置亮度、对比度、色调、色饱和度和gamma查找表。实验证明，将亮色设置与gamma校正的算法从视频前端转移到DLP™ 光学系统中实现，能够很大程度提高图像的主观视觉质量。因此，本文建议在DDP ASIC中进行上述图像增强的处理。

　　主通道与子通道处理能力相当

　　在传统电视中，子画面显示窗口小，仅起到信源检索和监控的作用，勿需保持与主通道相当的处理性能，就能得到不错的主观视觉效果。因此，在视频格式转换和图像质量增强方面，子通道往往采用简单的视频处理算法，以降低系统成本。

　　随着DLP™ TV分辨率和屏幕尺寸的提升，DLP™ TV的应用中需要更为强大的多窗口显示能力——PBP模式下，子画面与主画面并排显示；PIP模式下，子画面的大小和位置可以随意改变。在这种情况下，原本在小画面中不起眼的瑕疵和失真经放大被突显出来。只有当主通道与子通道具有对等的处理性能（通道带宽、实时性能、视频算法）时，在同一画面中才能呈现出相当的图像质量。

　　10 bit数据精度

　　根据人眼视觉系统特有的对比灵敏度响应特性，在较大的亮度范围内，人眼可以察觉2%的相对亮度变化。一旦相对亮度变化超过上述阈值，人眼就能明显感知灰度突变。因此，为了获得平缓变化的灰度斜坡信号，视频前端处理的数据精度必须与显示系统的对比度相适应，否则会在画面中产生轮廓和等高线失真。

　　在消费电子应用中，8 bit数据精度适合于ANSI对比度在100:1以内的显示设备。然而，针对高对比度、线性传输特性的DLP™ TV，本文建议在视频处理过程中采用10 bit数据精度。更高的数据精度不仅能够避免画面中出现轮廓和等高线失真，而且还有助于降低视频处理中的量化误差、截断误差，有效提高信噪比，降低噪声。

　　3D Video Decoder

　　模拟电视制式中，亮度信号与色度信号采用公用频带的频谱交错方式。所以，Video Decoder首先需要对数字化的电视信号进行亮色分离处理。所谓2D Video Decoder和3D Video Decoder指的就是行梳状滤波和帧/场梳状滤波这两种亮色分离的方法。2D Video Decoder在行平均过程中会损失部分垂直方向的空间分解力，因此适合图像垂直细节较少的情况。在3D Video Decoder中，由于增加了对帧/场间信号的处理，该类Decoder对静止或慢速运动场景具有良好的亮色分离特性，能有效避免2D Video Decoder中常见的串色、串亮现象。对于运动场景，视频解码模块可以软切换到行梳状滤波器，从而保证最大的时间分解力。
　　在DLP™ TV视频前端设计中，本文建议选用数据精度高、ADC高速过采样的3D Video Decoder。这是因为3D Video Decoder具有理想的亮色分离特性，高数据精度能够降低量化误差和截断误差、高采样率ADC可以在较差的接收条件下有效降低噪声电平，获得更高的信噪比。此外，Video Decoder还应涵盖Macrovision™、图文等功能，并支持非标信号的接收。

　　5. 结论

　　DLP™技术在电视领域的成功应用离不开高质量、高性能的视频前端系统。如何接收和处理模拟视频信号，使其获得细腻真实的再现，更是为视频前端的处理提出了挑战。走进新世纪，数字广播与视频技术的发展日新月异，必将为DLP™ TV的未来锦上添花。