引言
消費類顯示產品( 例如，高清晰電視(HDTV)、監視器和投影儀等) 開發人員面臨巨大的設計挑戰。這些產
品以前采用了專用標準產品(ASSP)，定制ASIC 開發周期很長，一般在3 年到5 年之間。而消費類市場對新
產品和功能需求的變化周期僅在一年左右。結果，消費類產品開發人員不能僅僅依靠功能固定不變的ASSP
來滿足客戶對創新的需求。越來越多的開發人員轉向FPGA，大量采用標準芯片組，在很短的時間( 通常在
6 到9 個月) 內為產品增加高級功能和特性。圖像增強特性，例如幀速率轉換、拉伸和降噪等，都可以在
FPGA 中實現，并應用在消費類顯示產品中。
本文介紹設計人員怎樣利用Altera® Cyclone® III FPGA，發揮其優勢，滿足這一應用領域對性能、I/O、信
號處理、存儲器和性價比的需求。
HDTV 相對于HD 內容的迅速發展
HDTV 的數量在迅猛增長，今后幾年中，預計其增長百分比將達到兩位數。相應的，世界上HD 廣播網絡的增
長也推動了HD 節目內容的發展。盡管如此，電視上的大部分節目內容仍然大大低于HD 分辨率，包括通過
標準清晰度(SD) 電纜、廣播和衛星傳輸的內容，以及DVD 等存儲介質存放的內容等。
這已經成為廣播行業存在的一個主要問題。業內必須能夠對SD 內容進行去隔行處理，從480 線拉伸至1080
線，而不會產生邊紋、噪聲或者假影等。廣播行業在設備上大量投入，將SD 內容轉換為適合HD 傳輸的內
容。同樣，隨著HD 服務在世界上的推廣，需要轉換美國、日本和韓國等國家采用的60Hz 刷新率，以及世
界上其他國家采用的50Hz 刷新率。這在SD 上已經很難轉換，在HD 上也不容易實現，大屏幕會把假影顯示
得非常清楚。60Hz SD 到50Hz HD 的轉換更加困難，廣播行業不得不再次大量投入來轉換幀速率，以解決這
些問題。
從消費者的角度看，消費類顯示和家庭影院外設生產商有機會利用拉伸和幀速率轉換技術來突出產品圖像
質量。通過提高大部分內容的顯示質量，這些特性能夠發揮高清晰HDTV 的潛在優勢。然而，這些改進措施
不僅效果要顯著，而且成本要低，這樣才能得到消費者的青睞。
過去10 多年中，存在的問題是拉伸和幀速率轉換等算法開發一直落后于HDTV 的發展。HD 采用雙線性和雙
三次插值以及象素濾波算法有一定的難度，而下一代移動自適應插值算法需要很強的處理能力以及大量昂
貴的定制芯片。圖1 中，目前基于移動自適應算法的移動自適應拉伸算法會產生鋸齒邊緣，如左圖所示，
而采用視頻全3D 分析高級算法( 右側) 的圖像質量要好得多。

圖1. 目前的拉伸技術( 左側) 和高級拉伸技術( 右側) 結果對比

測量和預測空間移動技術的效果也只能做到這一步。這種方法難以解決的一個問題是兩個封閉塊向不同方
向移動的情況。在這種情況下，計算平均移動就會產生假影。對結果進行模糊處理等替代方案并不理想，
需要更強的處理能力進行探測才能實現。
在解決這一問題上已經進行了大量投入，部分用于提高顯示內容的質量——特別是圖像和視頻覆蓋等，在
這方面，很難處理好移動補償，當然還有文字顯示的問題。采用這些方法后，屏幕上移動的文字看起來非
常模糊，在HD 屏幕上不斷跳動。圖2 顯示了這種現象，左圖是傳統的拉伸算法產生質量較差的圖像結果，
而右圖則是對同一幅圖像拉伸采用高級算法的結果。
圖2. 傳統拉伸算法( 左側) 以及高級拉伸算法( 右側) 在移動文字上產生不同的視覺質量結果