電子發燒友App
作為FPGA的發明者——賽靈思，手握極具靈活性、高性能的FPGA技術，似乎看別的芯片都有一種嫌棄不夠暢快的感覺。當瞄上顯示領域時，就會發出來自心底的一問：“一個FPGA就能解決的事，為什么要那么多ASIC/ASSP？” ? 這個問題的始末需要從HDR說起。 ? 何為HDR？HDR是”High Dynamic Range”的縮寫，意思是圖像的“高動態范圍”，在計算機圖形學與電影攝影術中，是用來實現比普通數位圖像技術更大曝光動態范圍（即更大的明暗對比度）的一組技術。 ? 最近幾年，HDR已經從一種專業術語變成消費宣傳商用詞匯，如移動電話、相機、游戲機等廠商都在說自己設備支持HDR，簡而言之，HDR因為可以非常清晰的還原更多圖像的細節，從而受到從面板企業到電視行業甚至消費者的廣泛關注。 ?
在之前的一場“賽靈思電視與顯示技術媒體交流會”上，來自美國硅谷的賽靈思公司大中華區核心市場事業部市場及業務開發總監酆毅（Bob Feng）從HDR聊起，一直解刨到顯示行業控制芯片技術和現狀。 ? ?
HDR 內容和顯示實際上包括三個考慮因素：動態范圍、光電/電光傳遞函數(OETF/EOTF) 和寬色域。 ? HDR 提供了從黑色到白色的更大范圍，或通常所稱的更白的白色或更黑的黑色?？梢詼y量到的白色亮度高達10,000 cd/m2 或尼特，而黑色亮度則低至零。在確定亮度范圍時，還應考慮色調漸變或亮度形狀與像素值的關系。OETF/EOTF 或伽馬曲線描述了像素值和相應的發光之間的關系。此外，還包含了更寬廣的色彩范圍，用來實現更逼真的色彩飽和度級別，從而實現更逼真的色彩表現。 ?
如下圖所示，左邊是制作出來的內容，類似調色桶，需要盡可能的映射到顯示器中。為了最好地將具有較大色彩容量的HDR 內容呈現給具有較小色彩容量的給定顯示器，必須完成適當的轉換或映射過程。左邊需要OEM廠做主芯片的設計，而右邊對于面板廠，需要用TCON（時序控制器）芯片來解決色調映射和色量轉換。 ?
在屏幕技術方面，從下圖可以看出，能夠真正表征出HDR的屏幕，只有紅色框里的部分。 ?
據酆毅以及相關資料解釋，這些新面板中的每一個都需要在其TCON中使用特定的色彩容量映射算法，以正確地定制各種色域和對比度輸入，例如混合對數伽馬(HLG)、HDR10 和杜比視界。 ? 該算法的目的是提供轉換功能，以正確匹配各個面板自身的伽瑪曲線特征，并可根據每個供應商的需求進行多次轉換。盡管如此，HDR 內容通常伴隨著高分辨率和快速刷新率需求，這就極大地增加了TCON輸入和輸出接口的種類和帶寬需求。 ? 以往的方法都是通過專用集成電路(ASIC)或專用半導體產品(ASSP)等專用器件來設計TCON，“這就意味著當你設計TCON時，就需要根據LCD屏、OLED屏、Dual Cell疊屏、Micro LED屏本身技術的不同，都設計一個ASIC?！?酆毅表示：“相應的，不同清晰度，FULL HD （FHD）、UHD、8K都需要設計一套系統，這對屏廠來說是非常大的負擔?！?? 酆毅舉例道，目前除了LG之外，其他面板廠還不能完整解決OLED良率問題，如此時去開發ASIC，不僅困難重重，且沒有意義。此外，比如新出來的疊屏電視，雖然是基于較為成熟LCD技術來解決背光密度和有效度問題，但也需要新的TCON，來兼顧內外屏幕。
? 對于賽靈思的FPGA來說，可以根據FHD、UHD、8K的性能需求，來選擇對應的FPGA產品系列。 ? 產品這部分，據介紹，對于FULL HD，主頻為150兆赫，賽靈思Spartan-6是非常適合的芯片；當演進到4K，主頻從150兆赫變到600兆赫，需要使用Kintex-7來實現。同理對于8K，則KintexUltrascale更合適。對此，酆毅還表示，Kintex-7和KintexUltrascale擁有更快的主頻， 如Kintex-7普遍可以跑在300MHz，內部實現4K處理只需要雙像素并行總線。相較其它FPGA的四像素總線選擇，賽靈思的方案可以在邏輯規模成本和功耗上占優。 ?
放眼內容產生到面板這一條線，如下圖所示，常規方案中的智能電視，是在主流的TV SoC之外，再加上Mobile SoC，隨后通過 ASIC/ASSP設計的TCON。此時對于面板廠來說，要面對各種接口與SoC。如果采用FPGA TCON方案，可以從四級選擇變成三級，V-by-One接口還能被剔除。 ?
“三芯片架構與雙芯片架構方案對比，最大的不同就是節省了一個主芯片——4K TV SoC。設計變得相對容易，節約設計時間的成本。而有Mobile SoC 替代電視主芯片可以更好的融合Internet的海量內容，無論是專業的流媒體服務還是新興的社交媒體和自媒體?！?酆毅如此說道。 ? 從市場層面來看，酆毅表示FPGA方案并不會完全替代TCON ASIC/ASSP方案，而是共存狀態，ASIC是市場非常成熟的方案。但隨著新興面板和技術的出現，廠商可以不用受ASIC設計的局限，通過FPGA TCON方案快速打入市場。 ?
在客戶案例中，酆毅舉了視顯光電的例子，其8K Media Player是一款集存儲、輸出分辨率為8K片源的播放器，支持現有主流8K面板。支持現有主流的電視機（夏普、索尼、創維、三星等60Hz和120Hz刷新率電視機），該播放器支持視頻片源通過USB3.0寫入，并存儲于播放器內的SSD固態硬盤，通過獨有的高性能視頻編碼處理器，以HDMI2.0/HDMI2.1/DP1.4接口與8K電視互聯輸出4K@60Hz、8K@30Hz、8K@60Hz等規格無損的高清視頻。
? 視顯光電總經理李興龍提到：“FPGA的靈活可編程性，為我們快速開發新產品，新技術帶來極大的助力。比如我們用FPGA開發了針對視頻領域的各種專用傳輸接口，針對8K應用的HDMI2.1，DP1.4等，我們利用FPGA可編程快速迭代的特點，最早給出解決方案，可以比競爭對手，或者ASIC方案，更快的推出新產品?！?? 當然，在未來，酆毅稱，賽靈思將在大規模使用TCON中，優化成本方面做功夫。 ?
審核編輯：黃飛
?
工商網監
評論