随着时脉速度超越600MHz的低耗电定点处理器在能力与普遍性的增加，这类产品能够应付越来越多的多媒体应用需求，但由于多媒体应用多半须具备可携特性，使得体积小且低耗电的LCD面板及低视讯解析度的方案，较TV监视器上所提供的完整NTSCPAL视讯输出更合适。由于，大尺寸显示器所须要处理的高资料速率，对于许多的可携式应用的处理器来说是一相当沉重而难以接受的负担，因此处理器本身如果能够提供一种直接的方式来连接常用的LCD显示器，以便将系统整体成本及复杂度降低，会是一大助益。本文中将介绍如何使用美商亚德诺公司ADSP BF561BLACDFIN处理器的PPI平行周边介面，来将LCD显示能力整合到高性能媒体处理世界中。

被动式 VS  主动式

目前的LCD技术可分为两大种类：被动矩阵与主动矩阵，前者是将印有列（ROW）阵列的玻璃基板结合成一“液晶三明治”，并由行与列的交叉点开成像素。当要启动某一像素时，必须由时脉电路供应电能给该像素的行，并将该像素的列接电，两者所产生的电压差会松开该像素位置上的液晶，以产生不透明的效果来挡住光线的通过。

虽然动作原理简单，被动式阵列技术存有一些缺点，其中之一是萤幕的更新时间相当长（造成在显示快速移动画面时会出现鬼影）。此外，行与列的交叉点很容易会发生电压渗透到周遭其它像素，异致液晶的松脱并阻档部份光线通过周围的像素区域。对观看者而言，此结果会造成影像模糊并让对比降低。

主动式阵列LCD技术对这些缺点有很大的改进，基本上，每一个像素都有一电容与电晶体开关，此安排有一大家更熟悉的称呼“TFT（ Thin Film Transistor）Display” （薄膜电晶体显示器）。当要定址于某一像素时，该列会先被致能，然后电压才加诸于该行上，此作法能够将所欲选择的像素隔离，以避免周围的像素被起动。另外，由于控制该像素的电流减少，像素的开关速度得以加快，因此其更新速率能够比被动显示更快。更甚者，还可藉由调变加诸于像素上的电压位准来得到许多等级的亮度。就现今的发展而言，用8位元来取得256阶亮度的产品已是相当的普遍。

在彩色显示器中，每一个像素事实上是由三个分别搭配红、绿、蓝滤光片的次像素所组成，再透过人眼解析为一个像素。举例来说，一个320x240 像素的显示器实际上有960*240个次像素，以供应R，G，B之色元素，而每一个次像素的有8位元的亮度阶，如此便可组成目前普遍使用中的24位元彩色LCD显示器。

虽然我们已了解LCD技术是由调整每一个像素上所通过的光线量来实现，但问题是，“光线来自何处？”，许多的低价与小尺寸LCD采用反射式的作法，也就是由LCD的基板来反射外部所射入的光线，并由LC节的充电与否来决定该区域之反射光线是否要阻档住。

由于TFT显示器有数百万的电晶体访妨碍入射光线，因此反射式显示并不适用于主动式矩阵技术，取而代之的是采用所谓的背光板（或发射式）作法，亦即将萤光灯（或白光LED阵列）整合到显示器中以做为光源，并在其发出的光线通过LCD“三明治”的不同层时于以调变。但棘手的是，这些电晶体所占用掉的表面面积让背光板须要提供更高的光线输出，再加上TFT显示器的每一个电晶体所消耗的电力，很明显的，主动式矩阵显示器比起被动式产品就是须要耗掉更多的电力。

TFT-LCD系统的元件

由于牵涉到各种不同的元件，TFT-LCD的连接会是一件非常困扰人的工作。首先就是面板本身，面板内装设了像素矩阵，其安排方式必须配合行与列的闪控，并以像素时脉频率为参考基准。

常见的背光元件为CCFL（Cold Cathode Fluorescent Lamp），该元件利用激发气体分子来发光，同时只产生很少的热。CCFL另一个适用于LCD面板应用的原因，为其耐用性、长寿命，以及单纯的驱动需求。另外，LED也是一种普遍使用的背光方式，主要是用在中小尺寸的面板，其优点为低成本、低动作电压、长寿命、及良好的亮度控制，但对于较大尺寸面板而言，LED背光板所消耗的电力比起同级的CCFL要高出不少。

LCD控制器内含有将输入视讯信号转换到能够显示于LCD面板上的格式所须的大部分电路，通常包括了一时脉产生器以控制面板上每一个像素的同步及像素时脉时序。此外，LCD控制器也提供各类的额外功能，如OSD，图形重叠混合，色彩查表，及影像旋转等。功能更多的晶片则会相当昂贵，通常甚至于会超过其所连接的处理器的价位。因此，某些媒体处理器如ADI的BLACKFIN系列，会提供连接埠以便在不须外部晶片的情况下同时扮演简单的LCD控制器角色。

另外，还须要有LCD驱动晶片用来产生LCD面板所须的各种电压，这类晶片扮演LCD控制器的输出与LCD面板间的“翻泽”角色。行与列通常是分开来驱动的，其时序是由时脉产生器所控制。由于DC电流会压迫液晶的驱动必须要有周期性的极性反转，视产品的不同，加诸于每一个像素的电压极性会以每个图框，或是每条扫描线，或是每个像素为单位做改变。

电力需求

TFTLCD面板一般而言须要两组独立电源的供应，其中之一为面板本身的电源供应线，而不同的LCD面板可能有不同的电压需求，但通常不是3.3V就是5V。其次，CCFL背光板须要高电压来激励管中的气体分子以达到发光的效果，此电压一般是由TFT-LCD模组内建的另一块DC-AC转换器电路板所产生。至于LED背光板则不须要高压AC电源，而可以直接使用5V或12V的DC电源。

时脉与同步

由于你素时脉周期与像素取样速率相同，因此速度是根据面板解析度及更新期间而定，举例而言，VGA面板可在25MHZ的时脉下动作，面QVGA面板则可在4到6MHZ间的范围内动作。

同步信号线负责控制每一条扫描线及影像图框，扫描并显示于LCD上的时序，扫描的方式可分为两种：交错式与渐进式。交错式影像之图框的奇数扫描线会先被显示于画面上，接着再由偶数扫描线来负责填补，在渐进式扫描中，影像扫描线则是依序被显示出来。

许多较新的TFT-LCD面板为渐进式，并使用同步信号线来控制每一条扫描线及图框何处开始与结束。水平同步指示每一条新扫描线的起头，而真同步则指示每一个新图框的起头。这两个信号确保能得到一对齐且可观看的影像，至于其极性及脉波宽度的区间长度则依面板而有所不同。

为了能在HSYNC与VSYNC信号上提供最在弹性，ADSP-BF561使用可设定式的PWM输出来产生此信号，以便能根据TFT面板所个别要求的极性，脉宽，与期间来进行调整。

在某些情形下，LCD时间控制需求会指定一无效资料期间，以定义同步信号的起始到影像实际显示在营幕上所须的时间。ADSP-BF561的PPI可处理此时序控制，其方式是在每一个HSYNC信号接收到后，籍由控制外送资料延迟时间来达到。

资料信号线

虽然模组的资料介面非常直接，但在选择适当的RGB资料格式上是有许多的考量的。最常见的三种设定，分别为RGB每一通道8位元，每通道6位元，以及RB每一通道为5位元而G通道为6位元。

8-8-8RGB资料格式能提供最佳的色彩清晰度，透过24位无的解析度，此格式能提供超过16百万的色阶。8-8-8能够符合像是LCD TV之类的高性能应用所须的高解析度与精准度。

6-6-6格式为携带式产品中所普遍使用的规格，该规格具有超过262，000的色阶，并提供18位元的解析度。然而，由于18脚的资料汇流排无法与16位元的微处理器资料通道顺利的接上，因此业界常用的折衰作法是使用R与B各5位元，再搭配G的6位元。基于绿色是三原色中人眼最为敏感的事实，此作法可以发挥相当好的效果。T与B的LSB位元则是被接到其个别的MSB，以确保每个色彩通道的完整动态范围。

系统演绎流程

为了要了解在媒体处理器上模拟LCD控制器时的考量，让我们来看一下将输入列视讯串流显示到整合式TFT-LCD模组所用到的系统流程。在图2的例子中，NTSC摄像机将影像串流送到ADSP-BF561微理器的视讯埠，接下来我们就来看其中的各处理步骤。

解交错处理

在本例中所引用的NTSC摄像机产生的交错视讯中，奇数与偶数图场为分别传送，也就是说每一个图框中的所有的奇数扫描线会在任何偶数扫描线出现之前被传送出来。因此一旦由摄像机输出的视讯串流进入视讯埠，就须要加以解交错处理。视所须的输出影像品质，最简单的方式是“重复扫描线”，也就是将每一条奇数扫描线拷贝到接下来的偶数扫描线中，以便有效的消除偶数图场并支援一移位版的奇数图场。不过，由于此方式会产生显著的不自然效果，通常会采用处理方式较复杂的其它作法，包括像线性插间，动作补偿，和中间滤波等。此后者方式利用每一个像素的临接周围像素的中间灰阶值来取代该像素的亮度值，以消除影像中的高频杂讯。

扫描速率转换

一旦影像经过解交错后，就必须进行扫描速率转换。此动作可确保输入的图框速率能够符合显示器的更新速率。为了让两者相同化，有时需要丢弃或复制图场。当然，正如同解交错处理，最好能加入某些滤处理，以便对非平顺图框转变所造成的高频不自然现象。

色度重取样  及色彩转换

某些摄像机的输出为原始格式的像素资料，就如同影像感测器所提供的输出，这可能是每一个像素中的R、B、及G数值，或是每一个像素中的Y、CR、与CB值。其中Y、CR、与CB值是由RGB经过数学运算得到的结果，但却具有比RGB资料低的相互关连性，因此能容许较佳的压缩率。不过，较大部分的摄像机输出的是浓缩的资料串流，这些资料是利用人眼的生理特性，提供较多的权重给绿色G或亮度Y。在图二的范例中，视讯串流是以4：2：2YCBCR的格式进入PPI其含意为每两组色彩信号值会搭配4个亮度信号，而每个或16位元对代表一像素。

为了要显示于LCD面板上，资料串流组后还是必须转换RGB色空间。更正确的说法，则是转换到由RGB空间经过Gamma修正后的R、G、B色空间，这是由于在LCD面板上，像素的亮度并非加诸于该像素的电压呈线性关系，而Gamma修正能调整LCD面板的非线性特性。Gamma修正会改变影象中RGB间的比例关系及影象亮度，图3所示为YCrCb空间与R、G、B坐标之间转换的一范例公式。

在R、G、B转换之前，Cb与Cr通道必须被重新取样以成为4：4：4格式，如图4所示，其中的每一个像素是由Y、Cb与Cr各一个byte所组成。重新取样的最直接了当的作法之一，是利用最临近的周围影像素的平均值来插间缺少的色值度，在某些应用中，可能会须要更高阶的滤波处理，但此简化型的作法一般已足够。事实上，由于每一个个别步骤都必须运用到线性像素操作，因此色度重取样及色彩空间转换步骤可当作单一动作来执行。

缩放处理

接着下来所要进行的影像缩放非常的重要，因为此动作可产生出与输入格式之解析度不同的输出串流。理想上，我们会预先算出一既定的缩放需要，以避免输入与输出串流间任间的缩放所带来的运算负担。一个简单且成本低很多的变通方案，是将反要处理的影像切以用到较小的LCD面板中。

端视应用的不同而定，缩放可以是解析度向上或向下的改变，重点是要先了解所要缩放的影像内容，不当的缩放会异致文字无法读或是水平细线的消失。

最直接的缩放方式，不外乎丢弃位元或是复制现存的位元，也就是说，当要缩小到一解析度较低的影像时，每一条线上会有部分数量的位元被丢弃。这种方式虽然能减低处理负担，但却会异致（Aliasing）及视觉不自然效果的出现。

另一种较复杂的方式，是采用线性插间来改善影像吕质，举例来说，当缩小影像时，水平线或真方向的插间处理会产生出一新的输出像素，以取代原先用来产生该像素的原始像素。但如同前面所介绍的方式，资料仍会被丢弃，不自然效果与锯齿波仍会出现。

如果影像品质为高画质时，可采用更高档的缩放作法一避免影象的劣化，这些方法主要是在进行水平或者垂直缩放时，能够在降低Aliasing现象的同时，尽可能保留影像中的高频内容。举例而言，当我们要将一影像做Y：X的缩放时，必须先对影像作Y倍向上取样的动作，并加以滤波以移除Aliasing，然后再做X倍向下取样。事实上，一般来说这两段的取样处理可以合并为单一的多速率（miltirate）滤波器。

位元（bit）抽取/字元（byte）包装

如前所述，在每一外送LCD时脉周期中转移16位元是较好作法，5-6-5位元的包装动作可由资料源头来负责完成。Blackfin的架构提供了两种有效的方法选择来产生所要的字元串流，其一是单纯的从每一个色彩将适当的位元位移到目标暂存器中，第二种方式则是透过EXTRACT、DEPOSIT指令对，从特定的位元位置开始来抽取出某数量的位元，再将结果存入目标暂存器。

Analog Devices所发行的相关Appli-cation Note EE-256中，详细说明了ADSP-BF561EZ-KIT Lite评估板如何在所须的时脉，并执行decimation色彩转换，重新取样。输出格式化等动作。除了系统资料流及缓冲器管理的详细解说外Analog Devices还提供了针对每一个特定LCD模组的有效应用范围程式码以供下载。