[ Back ] [ Home ] [ Next ]

ГЛАВА ВТОРА

Анализ на PDP и разработване на блоковата схема на аудио-видео модул и модул за управление на панела

       Основни характеристики на PDP технологията 

                Характерни свойства на плазмата

                Структура на панела

                Основни принципи на управление на панела

                Недостатъци на PDP

        Анализ на изискванията към плазмения дисплей

                Основни характерисрики на PDP като цифров дисплей

                Блокова схема на плосък дисплей (FPD)

                Интерфейси за свързване на PDP към външни устройства

                Основни обработки на сигналите в PDP

Основни характеристики на PDP технологията

Характерни свойства на плазмата

В раздел 1.1.2. беше представена фундаменталната структура на PDP. Тук тя ще бъде разгледана от гледна точка на принципа на работа.

Плазмата е състояние на газа, при което той се йонизира под действието на външни фактори – висока температура или приложено напрежение.

В PDP се използва вторият метод за йонизация на смес от инертните газове неон и аргон. Електрическият разряд в газове се характеризира със силно нелинейна волт-амперна характеристика (ВАХ). При напрежения по-малки от определена прагова стойност не настъпва излъчване на ултрвиолетова светлина, която е необходима при работата на панела.

Фиг. 2-1 илюстрира реакциите съпровождащи газовия разряд, наблюдавани в опитни условия.

фиг. 2-1 Електрически газов разряд и образуване на плазма

 При бомбардиране на катода от положителни йони, метастабилни атоми или високоенергиини фотони, от повърхността му се отделят свободни елктрони. Ускорени от елктрическото поле, те предизвикват лавинообразна ударна йонизация в обема на газа. С увеличаване на приложеното напрежение повече йони достигат до катода и избиват повече електрони от повърхността му. Това усилва лавинообразния процес. Получава се положителна обратна връзка, която прави процеса неуправляем. Напрежението, при което газа преминава в нестабилно състояние се нарича напрежение на запалване (firing voltage). При по-големи напрежения разрядният ток ще нараства независимо дали първоначалния процес е бил предизвикан от един единствен електрон. Увеличаването на разряадния ток е свързано с излъчването на ултравиолетова светлина.

На фиг. 2-2 епредставена ВАХ на газовия разряд при PDP.

фиг. 2-2 Волт-амперна характеристика (ВАХ) на газов разряд

Вижда се рязката нелинейност на тока при напрежението на запалване. Това е основната черта, която се използва за матричното адресиране на панела. Повечето плазмени дисплеи работят  в частта от характеристиката между нормалното светене и наднормалното светене. На фиг. 2-3 са показани двете области в обема на газа, от които се излъчва светлина по време на разряда.

фиг. 2-3 Области на излъчване от обема на газа

Наречени са съответно област на отрицателно светене и област на положителна колона. Регионите на светене се дължат на пространственото разпределение на електроните и йоните. От графикитре на същата фигура как плътността на разноименните заряди причинява разлики в електрическото поле в обема на газа. Това е причината да има област на силно светене (отрицателно светене), област в която няма излъчване и област на положителната колона, където интензивността е по-малка. Спектъра на излъчваната светлина от неона е показан на фиг. 2-4. Той е в ултравиолетовия обхват.

фиг. 2-4 Спектър на светлината, излъчвана от неон при настъпване на газов разряд

             Увеличаването на тока до стойност при, която настъпва елктрическа дъга, не е желателно, защото устройството може да се повреди. Налага се нарастването на тока да се ограничи в допустимите мерки. В PDP е използван метод, при който приложеното напрежение е двуполярно. Затова се наричат още AC-PDP. Принципа на  AC-PDP лесно се разбира, ако се погледне фиг. 2-5.

фиг. 2-5 AC метод за ограничаване на нарастването на разрядния ток

Електродите се изолират от плазмата чрез тънък диелектричен слой. Така се формира ограничаващ тока кондензатор. Освен това при протичането на тока зарядите (електрони и йони) се натрупват върху стените на диелектрика, т.е. получава се вътрешна потенциална разлика. Това напрежение се нарича “wall voltage” (напрежение между стените), което намалява напрежението приложено върху газа. В резултат от това намаляване в определен момент ще се преустановио излъчването на ултрвиолетова светлина и това ще продължи докато не се смени поляритета на външното напрежене, при което започва нов газов разряд. Описания принцип на работа показва способността на AC-PDP да запаметява приложеното напрежение. Това свойство увеличава ефективността на излъчване на плазмения панел. Тъй като катода е изолиран от обема на газа с диелектрик, първоначалното възбуждане на йонизацията става чрез т.н. пениннг  йонизация (penning ionization) на метастабилни атоми на примесен газ.

Структура на панела

На фиг. 1-9 от  беше показана стру ктурата на част от плазмен дисплей. Ще разгледаме отново тази фигура, но в контекста на казаното в предишната точка. Върху горната част от панела, за всеки ред от пиксели има двойка прозрачни електроди (ITO),  които се свързват към управляващите схеми чрез допълнителни електроди (bus electrodes). Към тези електроди се подава двуполярно напрежение, наречено “sustain voltage” , което предизвиква газовия разряд. Между електродите и плазмата има диелектричен слой от манганов оксид  (MgO)  , който допринася за по-ниски напрежения и по-дълъг експлоатационен живот на PDP.

            Пикселите са съставени от три суб-пиксела, разделени помежду си от прегради. Суб-пикселите представляват клетки, които са покрити по дъното и стените с фосфор за съответния цвят. Когато се облъчи с ултравиолетова светлина, фосфорът преминава във възбудено състояние и започва да свети. В долната част на панела са разположени в колони адресиращи електроди за всеки суб-пиксел.

            Силно осветената околна среда влияе на контраста на картината, която се възпроизвежда на екрана. За да се увеличи контраста на изображението, трябва да се намали отразената от повърхността на панела външна светлина. Това може да се постигне чрез използване на поглъщащи елементи, които се вграждат на границата между суб-пикселите, върху разделителните прегради. Тяхното наименование е “Black Stripe” (черна рязка).

            Характерно за елктрическия разряд в неон е, че се излъчва оранжева светлина. Тя е нежелана , защото не е свързана с информацията на изображението. За да се избегне излъчването й могат де се използват филтри за съответния цвят към всеки от трите суб-пиксела. Наименованието им на английски език е : “Capsulated Color Filter – CCF”. Структурата на панел, включващ тези подобрения е показана на фиг. 2-6.

фиг. 2-6 Плазмен панел с вградени цветни филтри (CCF) и поглъщащи елементи (balck stripe)

            На фиг. 2-7 е показано сравнение между конвенционалната структура на PDP и нов по-ефективен вариант.

фиг. 2-7 Сравнение между конвенционалната структура на PDP  и нов, подобрен вариант

 В базовата структура пикселите не са разделени във вертикална посока с прегради. Това е възможно благодарение на факта, че газовия разряд се ограничава в рамките на приложеното елктрическо поле, т.е. около елктродите. За да се избегне интерференцията между съседните пиксели трябва да има достатъчно разстояние между съседните двойки електроди, както и областите на разряда им трябва да са ограничени около съответните електроди. Така се увеличава размера на пиксела и се намалява излъчващата му способност.

            В новата структура тези недостатъци са избегнати чрез нова разделителна мрежа от прегради, които разделят пикселите и по вертикала. Така се избягва възможността за интерференция между съседните клетки и се намалява размера на пиксела, т.е. подобрява се разделителната способност на екрана. Освен това се използват Т-образни електроди, които имат по-голяма площ. Получава се съответно по-голяма разрядна област и излъчваща способност на клетката. Ефектът от направените подобрения е по-голяма яркост на панела при по-ниска консумация.

Основни принципи на управление на панела

Като устройства, които се използват главно за видео приложения, PDP трябва да са в състояние да възпроизвеждат минимум 256 нива на сивото (grayscale), за да отговарят на качествените изисквания. Интензивността на светене на суб-пикселите не може да се контролира чрез стойността на разрядния ток, защото зависимостта е нелинейна и бързо преминава в насищане. В този смисъл даден елемент от екрана може да има само две състояния – свети с точно определена интензивност или не свети. За да се постигне нужния брой нива на сивото в PDP се използва импулсно-кодова модулация (ИКМ) на продължителността на светене на всеки суб-пиксел. Техниката на контролиране на излъчената от панела яркост чрез ИКМ се базира на принципа описан по-долу. В едно видео поле сигналите за всеки от трите основни цвята са минимум 8-битови. Това осигурява 256 градации на цвят (2⁸=256) за всеки суб-пиксел. Такова поле се разделя съответно на 8 суб-полета – по едно за всяка битова плоскост на изображението. Първото суб-поле съдържа информация за най-младшите разреди от 8-битовата дума на всеки суб-пиксел, второто - за вторите разреди и т.н. до осмото суб-поле, което се състои от най-старшите битове. Осемте суб-полета се изобразяват последователно във времето едно след друго в рамките на периода на едно видео поле. Всяко от тях се състои от кратък адресрен период (address period) и период на ефективно светене, за който англиският термин е “sustain period” (означава ‘поддържам’) или още “display period” (‘показвам’). По време на адресния период на суб-полето се сканира целия панел по редове и се определя кои суб-пиксели ще светят и кои – не. Следва “display” периода, по време на който към електродите на панела се подава двуполярно напрежение. Импулсите на това двуполярно напрежение имат строго дефинирани параметри. От значение са амплитудата, продължителността на импулса и периода им на повторение. Стойността на тези параметри се определя според направените лабораторни проучвания с оглед постигане на максимална ефективност на излъчване на панела. За осемте суб-полета посочените параметри на двуполярното напрежение се запазват едни и същи. Разликите между отделните суб-полета се изразява в продължителността на тяхните “display” периоди. Всяко следващо суб-поле има два пъти по-дълъг “display” период от предходното, докато адресните периоди остават еднакви за всички суб-полета. Така отношенията на осемте “display” периода са в следната последователност – 1 : 2 : 4 : 8 : 16 : 32 : 64 : 128. На фиг. 2-8 е показано разделянето на едно видео поле в осем суб-полета и продължителността на “display” периодите на всяко от тях.

фиг. 2-8 Разделяне на едно видео поле на осем суб-полета

Сумарната яркост излъчена от даден суб-пиксел в рамките на едно видео поле ще зависи от това в кои суб-полета елемента е бил “включен” и в кои – “изключен”. Тъй като превключването на суб-полетата става достатъчно бързо, човешокто око не може да различи отделните състояния на елемента, а възприема сумарно излъчената светлина. Фиг. 2-9 дава визуална представа на описания метод за постигане на яркостните градации.

фиг. 2-9 Реализиране на различните яркостни градации

Техниката за възпроизвеждане нивата на сивото чрез суб-полета е подходяща за неподвижни изображения, но при бързи движения в картината се появяват изкривявания на нивата. Решаването този проблем е свързано с модифициране на метода за управление и адресация на конкретен панел. Основният метод за управление на PDP е ADS (Address and Display period Separated) , т.е. с отделни периоди на адресация и светене. Фиг. 2-10 показва времедиаграмите на осемте суб-полета и формата на управляващите напрежения за дадено суб-поле.

фиг. 2-10 Метод за адресация ADS

Процесите, характеризиращи метода ADS, са представени нагледно в презентацията: PDP principle

Фирмите производителки на PDP правят нови разработки с цел да се подобри качеството на визуализиране на подвижните картини. Пример за едно от възможните решения на проблема е показан на фиг. 2-11.

фиг. 2-11 Модификация на метода за адресация

Периодите на инициализация (priming) и адресиране имат променлива продължителност за различните видео полета, в зависимост от нивото на средната яркост на входния сигнал. Съответно от фигурата се вижда, че за по-тъмните картини времетраенето им е по-малко отколкото за светлите кадри от изображението. Това се прави с цел да се подобри контраста и яркостта на изображението. Колкото повече се намали адресния период, толкова нараства “sustain” периода, което увеличава ефективността на излъчване. С намаляване времетраенето на етапа на инициализация, съответно се постига по-добро ниво “черно” и се увеличава контраста на панела. Друг вариант за подобряване на конраста е реализираният метод на високо контрастна адресация, при който инициализация на панела или “total-screen-reset” се прави само за първото суб-поле, както е показано на фиг. 2-12.

фиг. 2-12 Метод на управлениe за постиганe на висок контраст

            Реализиран е и метод, при който периодите на адресация и “sustain” са обединени. Той е известен под наименованието : Address While Display – ADS . Възможно е да се подобрят параметрите на PDP, като  се използват реализации с повече от три елктрода и подходящи сигнали за управление.

Различни методи за адресация са разгледани в презентацията : Plasma Display Panel

            За адресиране на плазмения панел са необходими мощни източници на напрежение, в които се формират импулси с амплитуди от порядъка на десетки волти. Те се превключват към съответните електроди с помощта на управляващи интегрални схеми наречени “драйверни” или просто “драйвери”. Основният вариант на сканиращ драйвер, който подава напреженията към “scan” електродите на дисплея, е показан на фиг. 2-13 и се състои от две компоненти – контролна, логическа част (control logic) и изходна част (power output) .

фиг. 2-13 Блокова схема на управляващ драйвер

Контролната част се състои от логически елменти и регистри. В изходната част на интегралната схема за всеки извод има по два диода и два превключващи елемента. Големината на токовете, които се подават към панела са от порядъка на 100-500 mA в зависимост от размера му. За диагонал на екрана 21″ броят на редовете е малък и управляващите токове са около 100 mA  . За диагонал по-голям от 40″ се увеличава броят на редовете и съответно токът достига до 500 mA . Като превключващи елементи се използват MOS полеви транзистори, които за тези стойности на токовете трябва да имат пробивно напрежение между дрейна и сорса по-голямо от 100 V . Сканиращите драйвери имат обикновено няколко десетки извода и следователно два пъти по толкова транзистори, което ги прави скъпи. Освен това за управлението на всички сканиращи електроди на дисплея се свързват паралелно накоко такива интегрални схеми. Технологичните процеси и използваните материали при производството на плазмения панел не изискват много средства. Цената на PDP като цяло обаче е висока, а панела формира само половината от стойността. Това се дължи основно на високата цена на управляващите схеми.

            Фирмите произвеждащи полупроводникови интегрални схеми предлагат различни решения. Правят се нови разработки на дизайна на схемите и се използват нови полупроводникови технологии за реализирането на високоволтовите транзистори. Поевтиняването на драйверните схеми е от основно значение за намаляване на цената на PDP в бъдеще.

            Един от основните проблеми при плазмените екрани е размера на пикселите, чието наименование на английски език е “pixel pitch” . Направените многобрийни изследвания показват, че рязко спада ефективността на излъчване на панела с намаляване размера на пиксела. Също така се намалява и зрителния ъгъл. Дори при въвеждане на някои подобрения, не е възможно да се намали размера на пиксела под 0.3 mm . Именно това прави PDP неподходящи за PC монитори. Японската фирма Fujitsu  е реализирала и внедрила панел, който е с по-малки размери на разделителните прегради от конвенционалния дисплей. На фиг. 2-14 е показано сравнение между двете реализации.

фиг. 2-14 Сравнение на конвенционален и панел с висока разделителна способност

Преградите в новия тип панел с направени от светъл материал (а не от тъмен както е в стандартните панели), с което се постига по-добър зрителен ъгъл и излъчваща способност. За управление на дисплея се използва ADS метод на адресация, модифициран в изтриване на т.н. “wall voltage” вместо записване, с което се постига по-кратък управляващ импулс и висока скорост на адресация.

            Произведеният плазмен екран, при диагонал на дисплея 25″, е с разделителна способност 1280x1024 (SXGA) . Това е най-голямата резолюция реализирана за такава големина на екрана. Другите параметри на дисплея са : размер на пиксела – 0.39 х 0.39 mm , 64 градации за всеки от сиганлите R, G, B и брой на цветовете 260 000, обхват на контраста 80 : 1 и зрителен ъгъл по-голям от 160°. С тези показатели той е подходящ за десктоп монитори.

фиг. 2-15 Принцип на управление на панела-ALIS, сравнен с конвенционалния метод

При първия, областта между всяка двойка “sustain” електроди служи за избягване на интерференцията между съседните редове и не се използва за излъчване на светлина. От фигурата се вижда, че при ALIS метода тази област се използва за излъчване на четните редове. Така със същия брой електроди и без усложняване на структурата на панела, и увеличаване на управляващите драйвери, се излъчват два пъти повече редове. Казано на кратко – удвоява се резолюцията на екрана без той да се оскъпи. Освен това разстоянията между електродите могат да се увеличат и да се разшири областта на газовия разряд. Така се увеличава и излъчената яркост от дисплея.

            Структурата на един ALIS панел е показана на фиг. 2-16.

фиг. 2-16 Структура на ALIS панел 

            Принипът на управление на нечетните и четните редове е представен на фиг. 2-17.

фиг. 2-17 Принцип на превключване на четните и нечетните редове на ALIS панела

Положението на ключовете в а) е такова, че потенциалните разлики предизвикват разряд между електроди X1–Y1 , X2–Y2 и т.н., които образуват нечетните редове. След това потенциалите на електродите се превключват , така че разряд настъпва между Y1–X2 , т.е. за четните редове.

            ALIS метода е изключително подходящ и ориентиран към работа с HDTV входни сигнали, които се характеризират с разделителна способност 1920 х 1080 и презредова развивка.

В стандартните PDP панели, които са с фиксиран брой пиксели, винаги се налага преобразуване на входните презредови изображения в прогресивна развивка, чрез интерполиране на съседните редове . При този процес се получават грешки в изображението .

С ALIS методът се избягва това преобразуване на развивката и евентуалните грешки.

Недостатъци на PDP

Основните недостатъци, дължащи се на особеностите в технологията и конструкцията на PDP, са следните:

·        Възпроизвеждане на черния цвят, което въпреки подобренията остава нерешен проблем ;

·        Изкривяване на подвижните изображения. Изразява се в появата на паразитен шум и цвят ;

·        Невъзможност за реализиране на висока разделителна способност на панела, поради големия “pixel pitch” ;

·        Ефект на послесветене на екрана, дължащ се на неконтролирано продължаване на газовия разряд в клетките на дисплея ;

·        Висока консумация на енергия ;

·        Влияние на барометричното налягане върху здравината на панела. Дължи се натова, че газът в плазмения дисплей е затворен под ниско налягане и при ниско външно барометрично налягане (на висока надморска височина) се оказва напрежение върху предното стъкло на екрана ;

·        Възможност за лесна повреда при транспортиране.

Нагледно недостатъците на PDP са представени в презентацията : PDP principle.

Анализ на изскванията към плазмения дисплей

Основни характеристики на PDP като цифров дисплей

Добре известно е, че аналоговите CRT монитори могат да работят при различна разделителна способност и честота на опресняване на входните сигнали.

Както всички плоски екрани, плазменият дисплей се характеризира с фиксиран брой пиксели по редове и колони. Панелът работи с RGB сигнали и прогресивно сканиране по редове. Честотата, с която се превключват състоянията на пикселите  се нарича “pixel rate”  и е константна величина. Тя зависи от честотата на опресняване и размера на екрана (общия брой пиксели). За да се визуализира дадено изображение, входният сигнал трябва да се преобразува, така че параметрите му да отговарят на тези на панела. Съгласуването се постига чрез аналогова и цифрова обработка на сигналите, в предвидените за това модули на PDP.

Тъй като  PDP е скъп продукт, преди да се проектира е необходимо да се анализират изискванията, на които трябва да отговаря, така че да се реализира оптимален вариант между цената и качествените показатели. 

Блокова схема на плосък дисплей (FPD)

На фиг. 2-18 са показани основните блокове, изграждащи един цифров дисплей.

фиг. 2-18 Блокова схема на плосък дисплей

Видео сигналите от различните системи за цветна телевизия NTSC, PAL или SECAM се подават към аналоговия видео вход. Тези сигнали се преобразуват от видео декодера в аналогов RGB сигнал и постъпват  към аналогово-цифров преобразувател (АЦП). Към АЦП се подават и сигналите от директния RGB вход. На цифровия вход на FPD постъпват компресирани или некомпресирани цифрови видео сигнали, посредством цифров интерфейс. Компресираните видео приложения са във вид на файлове с формат MPEG или JPEG. Те могат да постъпват, както от външни устройства, така и от вътрешна памет (HDD) или вградени DVD (CD) устройства. В дигиталния декодер, компресираните по метода MPEG или JPEG сигнали, се декодират до цифров RGB и заедно със сигналите от изхода на АЦП се подават към блоковете за обработка на изображението. Обработките се правят с цел подобряване на качеството на изображението и промяна на параметрите на сигналите към изискванията на конкретния дисплей.

Чрез микроконтролера се дава възможност на потребителите да контролират и управляват функциите на PDP.

Интерфейси за свързване на PDP към външни устройства

Все още доминираща роля имат устройствата, които генерират аналогови видео сигнали и PDP трябва да работи с голяма част от съществуващите формати. Аналоговите видео плейъри и камери работят с формати VHS,  чийто видео сигнал е композитен или с S-VHS , който е двукомпонентен (Y/C).

Аналоговите сателитни рисивъри, Set Top Box (STB) и DVD имат изходи за аналогов, композитен телевизионен сигнал в основна лента (base-band) . Съществуват и три основни формата за аналогова телевизия : PAL, NTSC и SECAM. PDP  трябва да има предвиден вход за тези сигнали и възможност да ги обработва.

За да бъде съвместим с компютърните видео контролери, в PDP се включва аналогов RGB вход по PC стандарта. Разделителната способност на сигналите от видео картите варира от VGA (640 х 480) до SXGA (1280 х 1024). Графика със съществуващите видове разолюции е показана на фиг. 2-19.

фиг. 2-19 Видове формати за разделителна способност

            Във STB сигналите от цифровата телевизия – Digital TV (DTV) се преобразуват в аналогов RGB сигнал. Съществуват 36 различни формата в дигиталната телевизия в зависимост от разделителната способност и честотата на опресняване, без да се има в предвид вида на развивката (презредова или прогресивна). Различните комбинации са показани на таблица 2-1.

таблица 2-1 Формати за цифрова телевизия

В  DTV са се утвърдили основно форматите с 480р (480 реда при прогресивна развивка), 720р и 1080i (1080 реда с презредова развивка). RGB  сигналите от STB се предават по същия интерфейс, както компютърните видео сиганли.

            За контрол на входните RGB сигнали е подходящо да се използва сериен порт RS-232, който е съвместим и широко използван в персоналните компютри.

            DVD и STB използват интерфейс за компонентен видео сигнал : Y, Pb/Cb, Pr/Cr . DVD сигналите са с разделителна способност 480р или 480i . От  STB по този интерфейс се предават сигналите от DTV, които могат да са с посочените по-горе параметри. PDP трябва да притежават и такъв вход.

фиг. 2-20 Видове интерфейси, използвани във FPD

За връзка към външни устройства могат да се използват сериините интерфейси IEEE–1394 или USB 2.0. Подходящи са и интерфейсите, които обединяват различните типове устройства от едно домакинство в домашна мрежа или така наречената  “Home Network” .

            IEEE–1394 е отличен за мутимедиини и видео приложения, евтин и лесен за реализиране. Обединява хардуерена и софтуерна част за пренасяне на данни със скорости 100, 200, 400 или 800 Mb/s . Напълно покрива необходимата скорост за пренасяне на компресирано видео с висока разделителна способност (HDTV), която е между 24 и 35 Mb/s. Интерфейсът е подходящ за пренасяне на данни от дигитална телевизия и мултимедиини дискове, както и за изграждане на домашна мрежа. IEEE–1394 позволява свързването на 1394 устройства към една шина, като могат да се мултиплексират сигнали с различна скорост : 100, 200 или 400 Mb/s. Чрез IEEE–1394 се изгражда комуникация на физически и канален слой по OSI модела.

            Друг интерфейс от сериен тип е USB 2.0. Той осигурява висока скорост на трансфер от край –до–край.

            За директно свързване на цифровите източници на видео сигнал, каквито например са графичните контролери на PC , към FPD е парaлелния цифров интерфейс– Digital Video Interface (DVI). Той е базиран на принципа за предаване на сигнали – TMDS (Transition Minimized Differential Signaling). “Transition Minimized” (намаляване на преходите) означава, че се намаляват броя на преходите от високи към ниски нива на сигнала и обратно. Това се постига чрез подходящо кодиране на сигналите преди предаването им и допринася за намаляване на електромагнитната интерференция (EMI) в кабела. “Differential Signaling” се отнася за метода на предаване на един сигнал чрез двойка комплементарни (диференциални) сигнали. Този метод се характеризира с висока шумоустойчивост на връзката.

            DVI  се използва за предаване на 8-битови RGB сигнали и включва три канала по 10 бита. Скоростта на предаване на интерфейса е 4.9 Gb/s. При тази скорост може да се предава некомпресирано видео с разделителна спосоност UXGA (1600 x 1200) при честота на опресняване 60 Hz. Сравнение на DVI и IEEE-1394 е направено в таблица 2-2.

таблица 2-2 Сравнение между интерфейсите IEEE-1394 и DVI

            Връзката между отделните модули и компоненти на PDP може да се изгради на базата на PCI (Peripheral Component Interconect), LVDS (Low Voltage Differential Signaling) и други.

Основни обработки на сигналите в PDP

Входните сигнали се подлагат на описаните по-долу обработки:

·        Преобразуване на цветовия формат. В 2.2.3 беше споменато, че на входа на PDP постъпват компонентни видео сигнали с формат Y, Pb/Cb, Pr/Cr и композитни сигнали, които са с формат YUV . За понататъчната обработка на тези сигнали, те трябва да се преобразуват във формат RGB. Английското наименование на този процес е “Color Space Conversion”. Композитният телевизионен сигнал, VHS и S-VHS се преобразуват първо в компонентен сигнал и след това в аналогов RGB . Входните RGB сигнали директно се подават към следващия етап на обработка;

·        Преобразуване на разделителната способност на различните входни сигнали така, че да съответства на резолюцията на дадения панел. На английски процеса се нарича “Scaling” – скалиране. Увеличаването на разделителната способност на сигнала се нарича “Zoom”, а намаляването - “Shrink”. Процесът на скалиране на цифовия сигнал се изразява в двумерно преобразуване на честотата на дискретизация. Това се постига чрез подходящ алгоритъм за интерполация на съседни пиксели от изображението. Двумерна линейна интерполация наричана още би-линейна интерполация се реализира, когато сигналът премине през схеми съответно за вертикална и за хоризонтална интерполация.Този процес е еквивалентен на двумерно филтриране на сигнала на изображението с нискочестотен филтър (НЧФ). От теорията на сигналите е известно, че в честотната област дискретните сигнали имат безкраен, периодичен спектър, повтарящ спектъра на оригиналния аналогов сигнал. За да се възстанови този аналогов сигнал, трябва да се използва филтър с правоъгълна честотна характеристика и честота на сряза равна на половината от честотата на дискретизация – f_s/2_. НЧФ с подобна идеална честотна характеристика във времевата област има следната импулсна реакция: 

g(t) = sin(π*f_s*t)/π*f_s*t                                              (1).    

Това е функция от вида sin(x)/x, която има безкраен брой стойности и на практика такъв филтър не може да се реализира. От техническа гледна точка най-лесно се осъществява алгоритъма на би-линейната интерполация. На нея отговаря филтър с триъгълна импулсна реакция, а честотната му характеристика подтиска честоти от основния спектър и пропуска хармоничните над f_s/2. Това означава, че ще се получи нежелано изкривяване на изображението. Необходимо е да се намери функция, която да се апроксимира с функцията sin(x)/x, но да бъде ограничена във времето. Намаляването на интервала от стойности на sin(x)/x става чрез подходяща прозоречна функция, като в следния израз:

                           g(t) = ((1 + cos(π*f_s*t/2))/2)*sin(π*f_s*t)/π*f_s*t,

                        за –2*T_s < t < 2*T_s                                                                 (2)

                          и   g(t) = 0,

                        за всички останали стойности на t.

Честотната характеристика на такъв филтър е значително подобрена спрямо линейния интерполатор и в значителна степен наподобява импулсната реакция на т.н. кубичен интерполатор. Хармоничните от интервала [f_s/2 , f_s] обаче все още не са достатъчно добре подтиснати. За да се реализира най-точно, характеристиката на филтъра е най-добре да бъде разглеждана директно в честотната област. Този метод на синтез използва конволюция между линеен спектър и функцията sin(x)/x. Линейните съставки са през честоти ¼*f_s и са с амплитуди а0, а1 и а2. Чрез намиране на оптималните амплитуди, за които най-добре се подтискат хармоничните [f_s/2 , f_s] и след обратно Фурие преобразуване се получава импулсната реакция:

            g(t) = (a0 + 2*a1*cos(2*π*t/4*T_s) + 2*a2*cos(4*π*t/4*T_s))/2                (3)

За практическа реализация на тези процеси се използват интегрални схеми, чиито структурни особености са анализирани по долу.

фиг. 2-21 Схема за осъществяване на двумерна интерполация

Минимум четири реда са необходими за осъществяване на линейна интерполация, а повече от четири реда за по-добро скалиране на картината чрез по-прецизна интерполация. Докато RGB сигналите постъпват в буферите с тактовата честота на изображението (нарича се “pixel rate”), предишните данни се зареждат в схемите за хоризонтална иа вертикална интерполация. Чрез адресен гнератор се взимат точно определени отчети от входното изображение. Посредством интерполационни коефициенти, от тях се генерира изходният пиксел. Всички стойности на интерполационните коефициенти, осигуряващи обхвата на преобразуване на скалера, са записани в памет от тип ROM (Read-Only-Memory).  Контролерът на преобразуването или т.н. “ scan controller”, определя подходящите стойности на тези коефициенти, така че изображението на съответните входни сигнали да съвпадне точно с резолюцията на екрана. Процесът на интерполация се осъществява чрез цифрови трансверзални филтри, като генерирането на изходните пиксели става за всеки такт на панела. Тъй като операциите се извършват с висока скорост, схемите за умножение се изпълняват чрез прибавяне и преместване. Освен това, за да се постигнат изискванията за работа с високи разделителни способности, подходяща е тандемна структура на скалера. Ако се вземе на пример резолюцията UXGA (1600 x 1200 @ 75 Hz), “pixel rate” на изображението се получава:

PR = 1600*1200*75*3 = 432 MHz.

Честоти над 200 MHz трудно се реализират на практика.

·        Преобразуване на развивката на сигналите от презредова в прогресивна (de-interlacing). Известно е, че за по-голяма част от сигналите, кадрите са разделени на две полета. Едното включва нечетните редове, а другото – четните. Възможни са няколко начина за получаване на прогресивна развивка. Липсващите редове в едно поле могат да се заместят чрез повторение на съседен ред от същото поле или чрез интерполация на няколко съседни реда. Могат да се обединят две полета в едно. Този метод обаче  води до изкривявания на подвижни обекти от картината. Друг вариант е да се интерполират съседни редове от две или повече полета. Компромисното решение е да се използва техниката за обединяване на двете полета от един кадър за неподвижни изображения и да се използва техниката за интерполиране на съседните редове от полето при предварително детекирано движение в изображението;

·        Корекция на цветовете или “Color/Gamma Correction” . Подобно корегиране на цветовете се изисква за всички технологии за дисплеи. Всяка от тях внася специфично за структурата на дисплея изкривяване на цвета . Чрез корегиращата характеристика предварително се компенсират тези изкривявания. При цифровите сигнали се използват корекционни таблици;

·        Регулиране на яркостта на изображението;

·        Изглаждане на цветовите преходи при дисплей с малък брой битове на цвят. Когато се сменя яркостната градация в изображението, състоянията на пикселите се променят така, че човешкото око ги възприема слято, като нов цвят, който дисплея не може да възпроизведе. Процесът е известен с термина “Dithering”;

·        Подобряване на контраста на изображението чрез контролиране на разликите в яркостта на по-тъмните и по-светлите области от картината;

·        Подобряване на сенките в изображението – “Shadow enhancement” . Избирателно се регулира интензивността на яркостта, с цел просветляване на по-тъмните нива на сивото. Процесът се осъществява чрез неравномерно изменнение на скалата на квантуване на различните градации;

·        Подобряване на резкостта (Sharpness) между регионите с подобен цвят. Нивата на яркостните градации се настройват така, че да се усили резкостта в преходите  между областите със сходни цветове;

·        Генериране на сигнали за On-Screen-Display (OSD), чрез които се осъществява графичен потребителски интерфeйс.

Цифровата обработка на изображението се осъществява на практика чрез интегрални схеми наричани още графични процесори. Те могат да изпълняват по една или няколко от горепосочените функции. Фирмите произвеждащи интегрални схеми предлагат различни решения на микро-чипове за стандартните обработки на аналогови и цифрови сигнали.

Получените след направените обработки RGB сигнали се предават към драйверите на панела, които управляват напреженията подавани от захранващия блок към дисплея на PDP.

Синхронизиране и контрол на различните процеси в PDP се осъществява от  микропроцесор.

Рекламирайте на този сайт

 Обратно в началото на тази страница