引言：

作為消費者，我們對於各種形式的視頻系統都已經非常熟悉了。但是從嵌入式開發人員的角度來看，視頻就好像是一張紛繁復雜的網絡，裏面充滿了各種不同的分辨率、格式、標準與顯示等。

視頻顯示：

• • 模擬視頻顯示

視頻編碼器

視頻編碼器可以將數字視頻流轉換為模擬視頻信號。這些視頻編碼器的輸入一般為ITU-RBT.656或BT.601格式的YcbCr或RGB視頻流，然後在將輸入信號根據各種不同的輸出標準(如NTSC、PAL、SECAM)進行轉換。一個主控處理器可以通過串行接口(如SPI或I2C)來對編碼器進行控制，例如可以設置像素時序、輸入/輸出格式以及亮度/色度濾波等參數。如下圖，常見的編碼器結構框圖。視頻編碼器通常采用以下的一種或幾種模擬輸出格式。

視頻編碼器框圖舉例

CVBS——這個縮寫代表Composite Video Baseband Signal(或Composite Video Blanking and Syncs)，即符合視頻基帶信號(或復合視頻消隱與同步)。復合視頻通過下圖(a)中所示的隨處可見的黃色RCA插孔來連接。他將亮度、色度、同步和色彩脈沖信息全都整合到一根電纜內。

常見模擬視頻連接器

S Video——使用上圖中(b)所示的接頭進行連接，可以分別傳送亮度和色度信息化。將亮度信息與色差信號分離開來，可以大幅度改善圖像質量，這也正是S Video連接在當今的家庭影院系統中流行的原因。

ComponentVideo——分量視頻，也稱為YPbPr，這是YcbCr數字視頻的模擬版本。這種視頻格式中，亮度和每個色度通道都是單獨傳輸的，每一個通道都有自己的時序。這樣可以保證模擬傳輸圖像達到最佳的質量。在高端家庭影院系統中，例如DVD播放器和A/V接收機，這樣的分量連接是非常普遍的如上圖(c)。

模擬RGB格式中，紅、綠、藍信號具有各自分離的通道。這可以提供與分量視頻相近的圖像質量，但它通常用於計算機圖形鄰域如上圖(d)，而分量視頻則主要應用於消費類電子鄰域。

陰極射線管(CRT)

在顯示鄰域，RGB是計算機顯示器和LCD顯示器最常用的接口。最古老的計算機顯示器通過3個獨立的引腳接來自PC顯卡的模擬視頻信號，並相應的調節3個獨立的電子槍來產生圖像。根據哪個電子束激活了屏幕上的點，該點就會呈現出紅色、綠色、藍色，或者是這些顏色不同的組合。這一點與模擬電視是不同的，模擬電視中用的是一個復合信號，所有的顏色信息都疊加到了同一個輸入中，只調節一個電子束。更新一點的計算機顯示器使用DVI(Digital Visual Interface，數字視頻接口)，可以接受數字和模擬兩種格式的RGB信號。

CRT顯示器

CRT的顯示器的主要優點是成本非常低廉，而且可以比同等尺寸的LCD顯示器產生更多的顏色。另外，與LCD顯示器不同的是，CRT顯示器可以從任意角度來看。不過，CRT顯示器也有缺點，比如體積龐大、比較笨重、電磁輻射比較大，而且由於屏幕的閃爍還會引起眼睛疲勞。

• 數字視頻顯示

液晶顯示面板 (LCD)

LCD技術主要有兩大類：無源陣列(passive matrix)和有源陣列(active matrix)。無源陣列(常見的類型包括STN，全稱為Super Twisted Nematic，即超級扭曲向列，及其衍生類別)，是在玻璃襯底上印刷出列引線結構，在另一塊玻璃襯底上印刷出列引線結構，然後組成一種”液晶三明治”的結構。這些行列交叉點就是像素點。因此，為了激活某個像素，時序電路需要為該像素所在的列供電，同時將該像素所在的行接地。這樣，在該像素處的電壓差會使得對應位置的液晶發生變化，於是該點將變為不透明，阻止光線通過。

STN顯示屏

無源陣列技術雖然比較簡單，但有一些不足的地方。例如，屏幕刷新時間相對比較長(這可能會造成快速移動圖像出現”拖影”現象)。另外，行列交叉點處的電壓也有可能泄露到臨近的像素點，這會在一點程度上造成附近的像素區域的液晶變得不透明，阻礙光線通過。對於觀看者來說，會看到圖像迷糊不清，對比度有所降低。此外，可視角度也相對較小。

相比於無源陣列而言，有源陣列LCD技術在這些方面有了大幅度的進步。在有源陣列LCD技術中，每一個像素點由一個電容和一個晶體管開關構成。這種結構使之獲得了一個更加流行的名稱，即“薄膜晶體管液晶顯示器”(TFT-LCD)。為了對某個像素進行定位。首先要使能該像素所在的行，然後在所在的列施加一個電壓。這樣就會產生一個僅僅隔離感興趣像素點的效果，而周圍的其他像素不會受到影響。另外，由於控制一個特定像素所需的電流降低了，因而該像素開關的速度也會更快，從而使得TFT-LCD的刷新速率比無源陣列更高。更重要的是，通過調節施加在像素上的電壓水平可以產生許多離散的亮度等級。現在，相應於8位的強度信息，可以達到256個亮度等級。

TFT顯示屏

要連接到TFT-LCD面板可不簡單，因為 涉及多種不同的組件。首先，是LCD面板本身，它裏面包含了一個像素陣列，可以用行和列來選通，參考像素的時鐘頻率。

TFT-LCD的背光常常是CCFL(即冷陰極熒光燈)，它激發氣體發出亮光，而產生的熱量卻非常少。CCFL的優點有：經久耐用，壽命超長以及驅動要求非常簡單直接。LED也是一種流行的產生背光的方法，主要用於中小尺寸的液晶面板，其優點包括成本低廉，工作電壓低，壽命長，良好的亮度控制特性。但是，對於更大的面板尺寸，LED背光的功耗要比CCFL更大。

CCFL

LCD控制器中包含了將輸入視頻信號轉為LCD顯示所需格式的絕大多數電路。通常，這部分電路中包含一個時序發生器，用來控制液晶面板上各個獨立像素的同步信號和時鐘信號時序。但是，為了滿足LCD面板尺寸和成本方面的要求，有時候這些時序產生電路需要有外部提供。除了標準的同步和數據線之外，為了驅動LCD面板各個獨立的行和列，也需要一些時序信號。有時候，媒體處理器中的通用PWM定時器也可以代替這些獨立的芯片，以降低系統成本。

LCD驅動器FPGA實現

LCD控制芯片還有一些其他的特性，例如OSD(on-screen display)支持，圖像重疊混合、顏色查找表、混色以及圖像旋轉等。一些比較復雜的LCD控制芯片，其價格也會非常昂貴，往往超過了和他們相連接的處理器價格。

為了給LCD面板提供合適的電壓，需要用到一個LCD驅動芯片。這個驅動芯片在LCD控制器輸出和LCD面板之間扮演著“轉換器”的角色。行和列一般是獨立驅動的，時序信號由時序發生器來控制。液晶必須用周期性的極性翻轉信號來驅動，因為主流電流會給晶體結構帶來壓力，並最終使晶體退化。所以，施加在每個像素上的電壓極性必須在每一幀、每一行或者每一個像素上發生變化，具體變化周期因實現的方式而有所不同。

OSD顯示

媒體設備正朝著更小型、更便宜的方向發展，這一趨勢促使人們將上述LCD系統組件集成到了一起。現在，包含時序發生器和驅動電路的集成TFT-LCD模塊已經出現，僅僅徐亞一條數據總線、時鐘/同步信號線和電源供應即可。另外，還有些液晶面板沒有采用並行數字輸入，而是用了復合模擬視頻輸入方式。

OLED(有機發光二極管)顯示 有機發光二極管中的“有機”是針對夾在兩個電極之間的材料而言的。當電荷穿過這一有機材料時，該有機材料就會發光。這種顯示技術目前還是很新的，它有望改善LCD顯示存在的一些問題。例如，它是一種自發光技術，不需要背光。這就是說，這種技術可以大大降低顯示面板的功耗、成本以及重量—OLED面板可以做的非常輕薄。此外，OLED顯示比LCD顯示支持更多的顏色，其運動圖像顯示效果也要優於LCD。更重要的是，OLED支持很寬的視角，具有很高的對比度。OLED的電子信號和數據接口與TFT-LCD類似。

OLED有機屏

盡管有上述諸多優點，但是到目前為止，OLED最大的問題是使用壽命較短OLED中的有機材料再使用幾千小時之後就會損壞，雖說在某些顯示器中這個數字現在已經提高到了超過10000小時——非常適合於許多便攜式多媒體應用。在有些方面，OLED具有美好的市場前景，例如手機、數碼相機以及類似的產品。不過也非常有可能看到基於OLED技術的電視或者計算機顯示器。

OLED TV

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作者：卿萃科技ALIFPGA

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