兩種4K/60Hz的顯示實(shí)現(xiàn)方案

隨著人們對(duì)顯示質(zhì)量要求的日益提高，室外大屏和會(huì)議電視墻分辨率也逐漸從主流的1080P60轉(zhuǎn)向了4K60。顯示質(zhì)量提升的同時(shí)，技術(shù)的挑戰(zhàn)也如約而至。要實(shí)現(xiàn)4K60的顯示，那就意味著使用HDMI 2.0需要傳輸高達(dá)18Gbps的圖像數(shù)據(jù)，現(xiàn)在流行的無(wú)論那種方案，都有其明顯的優(yōu)缺點(diǎn)，業(yè)界亟需一種能夠滿足穩(wěn)定性、高性?xún)r(jià)比和靈活性等需求的解決方案。

4K60顯示提出新的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

如上圖所示，4K60給前端的視頻處理器和后面的顯示視頻處理器提出了新需求： 使用這種方案的時(shí)候，LED視頻處理板多采用并行接口作為輸入端，這就意味著視頻發(fā)送板在傳輸視頻的同時(shí)，需要將HDMI2.0輸出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成RGB并口輸出，這就對(duì)現(xiàn)有的傳輸芯片和格式轉(zhuǎn)換芯片都提出了新的挑戰(zhàn)。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，目前市面上常見(jiàn)的方案有兩種：

一種方案采用高端的FPGA實(shí)現(xiàn)HDMI 2.0輸入并行接口輸出，并支持HDCP。這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是單芯片方案，但缺點(diǎn)是成本很高，且HDCP調(diào)試非常復(fù)雜，系統(tǒng)穩(wěn)定性不好。

另一種方案是采用Lattice專(zhuān)用圖像轉(zhuǎn)換芯片SiI9777將一路的HDMI2.0拆為兩路的HDMI 1.4，然后采用其他的兩顆專(zhuān)用芯片將HDMI1.4的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行接口輸出。同時(shí)能夠支持左/右等分或奇偶像素拆分和音頻提取，且內(nèi)建模式生成器，提供可選的空白屏幕。重要的是這顆Lattice專(zhuān)用芯片還能支持HDCP，系統(tǒng)穩(wěn)定性較好。但缺點(diǎn)是成本較高，且采用不同廠商的方案，系統(tǒng)復(fù)雜度和調(diào)試難度都較高。

顯然，現(xiàn)有的兩種方案都不夠理想。為此，領(lǐng)先的半導(dǎo)體供應(yīng)商Lattice結(jié)合在FPGA和HDMI技術(shù)方面的經(jīng)驗(yàn)，在SiI9777和LatticeECP3 FPGA的基礎(chǔ)上構(gòu)建了一個(gè)完整的解決方案，滿足開(kāi)發(fā)者的需求。

除了支持4K @ 50/60Hz 超高清分辨率外，SiI9777還符合HDCP 2.2優(yōu)質(zhì)內(nèi)容保護(hù)協(xié)議，更重要的是，作為全球首款全面支持HDCP 2.2協(xié)議的全帶寬HDMI? 2.0/MHL? 3.0雙模集成電路，這個(gè)方案自2014年發(fā)布以來(lái)，已經(jīng)積累了足夠多的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)。這讓它成為L(zhǎng)attice方案的不二之選。

在實(shí)際應(yīng)用中，同樣地，SiI9777先將一路HDMI2.0轉(zhuǎn)換成兩路HDMI1.4，然后采用低成本的LatticeECP3-17 FPGA將HDMI1.4轉(zhuǎn)換成并行接口輸出。

LatticeECP3系列

LatticeECP3系列器件提供高了性能的SERDES模塊、可級(jí)聯(lián)的高性能sysDSP?、超大邏輯和sysMEM?嵌入式RAM、分布式存儲(chǔ)器、sysCLOCK PLL、DDR3存儲(chǔ)器接口以及sysIO緩沖器。為廣泛的無(wú)線和有線應(yīng)用提供了低成本、低功耗的可編程解決方案。LatticeECP3-17是其中一個(gè)極具性?xún)r(jià)比的產(chǎn)品。這一方案在成本和穩(wěn)定性上都有較大優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，因?yàn)檎仔酒M都是Lattice的產(chǎn)品，系統(tǒng)復(fù)雜度和調(diào)試難度都有很好的保障。

不帶視頻處理的輸出方案

前面介紹的是不帶視頻處理的輸出方案，但如果有需求，Lattice也有相應(yīng)的應(yīng)對(duì)之法。開(kāi)發(fā)者可以選擇將兩顆ECP3-17換成單顆ECP3-70或者ECP3-150，從而獲得更強(qiáng)大的視頻處理能力。這時(shí)候還可以節(jié)省板子的面積，滿足小型化設(shè)計(jì)需求。

為了滿足更多樣化的需求，Lattice甚至推出了集成了9777+ ECP3-150 + 9777的專(zhuān)用DEMO平臺(tái)，能夠支持HDMI2.0 --》 2 HDMI1.4 --》 HDMI2.0的方案。該平臺(tái)也支持HSMC接插口，用戶可以采用這個(gè)接口與其他的轉(zhuǎn)接電路板連接。

對(duì)現(xiàn)在嵌入式工程師來(lái)說(shuō)，他們?cè)贗/O接口的設(shè)計(jì)方面面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。系統(tǒng)復(fù)雜性的增加，還有更多高帶寬傳輸要求應(yīng)用的出現(xiàn)，對(duì)他們提出了更高的需求，這時(shí)候擁有并行計(jì)算和可編程優(yōu)勢(shì)的FPGA在當(dāng)中產(chǎn)生的作用越來(lái)越重要。Lattice作為一個(gè)身兼FPGA和接口芯片優(yōu)勢(shì)的廠商，能將這兩個(gè)產(chǎn)品完美結(jié)合，為未來(lái)的顯示帶來(lái)更多的方案。