原创 TCON与Controller的割裂，在割裂中求生存（原创：上）

TCON与Controller的割裂，在割裂中求生存

作者：qixian      zhxf00@gmail.com

本文将向各位读者分析LCD产业中，因产业结构的界定，造成的系统方案格局，以及在此格局下,热点核心算法相应的定位策略。

首先，粗略来看，LCD产业可分为液晶模组（俗称面板）和系统集成（OEM）两个上下游关系的产业集团。液晶模组厂集成panel和TCON等电路组件，生产特定接口规格（通常是LVDS，小尺寸的用TTL）和功能的液晶模组，提供给OEM；OEM采用各芯片厂商的LCD controller主板方案，通过LVDS等接口与液晶模组相连，构成完整的TV、Monitor、Notebook等液晶产品。

正是因这种产业结构的界定，造就了TCON与LCD controller两套视频ASIC细分产业。
目前，TCON主要执行LVDS转Mini-LVDS/RSDS（以驱动source driver）、去SSC、gamma校正、dither/frc等功能。具有高附加值的产品还会增加RTC(Overdrive),甚至DBC(dynamic backlight control)等算法功能。RTC对液晶的运动模糊(motion blur)有一定的缓解能力，DBC既可大幅提高液晶的动态对比度，又可节能20~30%。有代表性的是，LG display为了寻求panel的差异化，其TCON增加了所谓的OPC(Optimal Power Control)功能，本质上就是一种DBC算法。除此之外，sumsung也为其TCON增加了MEMC-120Hz功能（后面还会讲到），能显著的改善液晶的运动模糊效应。

LCD Contrller自然是液晶显示系统的前端核心，目前已经广泛实现了大规模集成。代表性的公司有ST(收购了之前的genesis)、trident、NXP、micronas、mediatek、mstar、realtek、noveltek等。产品可集成AFE/HDMI/DP/DVI等接口，Video decoder、MPEG2/MPEG4/H.264 decoder等模拟或数字视频解码器，de-interlacer，scaler、3D Noise Reduction、color management、OSD engine、CSC(color space coversion, 3*3 Matrix)、contrast & sharpness enhancer、FRC(frame rate conversion)等功能单元。其中，NXP/trident(2009年4月收购了Macronas的FRC等业务)等公司还推出了支持MEMC-120Hz的高端芯片，在大尺寸高端液晶电视上得到了普及。

从技术的角度上来讲，近年来为改善LCD保持型显示方式固有的运动模糊和对比度差等问题，热点技术有：

1）以MEMC为代表的插帧技术。
   MEMC即运动估计运动补偿，是一种依靠检测视频像素的运动向量，实现插帧显示的技术，可显著改善运动模糊。
   其本质是减小了液晶保持时间。这一技术首先由Philips(NXP)的技术专家提出成熟的解决方案，近年才得到普及。由于需要大量的帧缓存和复杂的算法运算，实现成本相当高昂。当然，MEMC技术并非完美，主要的反驳者是小波理论的重要贡献者mallat博士，目前受聘于zoran的附属公司Let it wave，他倡导的bandlet算法，以小波结合数值分析技术，号称性能较之MEMC更佳，且更简单易行。总之，利用时空相关性的创新技术，已经开始逐步取代相对简单而陈旧的motion adatptive de-interlace、H/V separate scaler、Adaptive 3D Noise Reduction、LTI/CTI等技术。从研究人员的知识水平角度来看，视频ASIC算法的开发人员，已经更多了融入了像mallat博士这样具有高深信号与图像处理涵养和应用数学背景的高级人才,这非常有利于促进技术升级。但问题是，复杂算法与ASIC实现势必存在学科领域的跨域，且ASIC设计对速度、功耗与面积的要求，必然追求算法的简单易行性。因此，视频ASIC的设计，是在性能、成本与功耗三者间追求权衡的艺术，这是算法与架构工程师必须始终考量的问题。
  
   MEMC-120Hz等插帧技术由于加倍了带宽，因此从节约系统成本，降低EMI等角度考量，适合集成于TCON。同时，这样做可保持原有LCD Controller系统方案，避免再次开发。samsung的McFi(motion-compensated frame interpolation)技术就是这种方案的典型案例。当然，MEMC集成于TCON也有其弊端。譬如，对于由24Hz的movie转换成的隔行视频，在送入集成MEMC的TCON之前，必然经过了原普通的LCD Controller的3:2下拉去隔行处理,从而无法复现顺畅的movie。而将MEMC置于LCD Controller，则可以利用MEMC实现去隔行，而不需要3:2下拉，从而获得流畅的movie。但综合来看，MEMC集成于TCON更具成本优势。
  
2）扫描背光技术。
   除了以插帧方式减少液晶保持时间来缓解运动模糊之外，还有其它方式改善液晶动态性能。扫描背光的基本思想是将液晶的保持型显示方式，通过背光的开关，变更为类似于CRT的脉冲显示方式。这种技术可以和下面的动态背光技术相结合，同时达到改善运动模糊、提高对比度和节能的目的。
   事实上，扫描背光技术面临的主要问题是背光亮度。由于背光在部分时间内关闭，必然造成感知亮度的降低，因此需要具有更高发光强度的背光源支持，这需要材料领域的技术创新。从某种意义上讲，如果解决了背光源强度的问题，扫描背光技术较MEMC等插帧技术更有成本优势。因为MEMC插帧使得带宽加倍，由此引发接口复杂、芯片面积与功耗增大等一系列问题；且扫描类型的显示技术（如等离子）根本不需要MEMC等倍频技术，故MEMC等技术增加了LCD的成本，降低了LCD的优势。
  
   扫描背光技术的具体实现与panel关系密切，因此，最佳的方案是将其控制算法集成于TCON内，组装在液晶模组中。
  
3）动态对比度与动态背光技术。
   传统的液晶显示，背光恒定，即使显示的是全黑的画面，背光依然开启，不仅浪费了能源，也降低了对比度（黑的不黑），暗图像有一种蒙纱的感觉。为提高对比度并节能，业界开发出了各种DBC算法。其基本原理是，通过直方图histogram统计，一方面调控背光亮度，另一方面同时调整图像的对比度。对背光调整（dimming）而言，大体分为0D,1D,2D三种类型。0D即背光系统仅由一个控制信号统一调控，成本低廉，是中低端显示产品的主要方案。1D即背光灯分成若干个水平分组，每组由各自的控制信号调控，相对0D复杂些，可获得更高的对比度增强效果和节能比例。2D调光多用于LED背光系统，LED背光将panel分成MxN个区域，相对独立的根据局部图像数据调整每个局部区域的背光亮度，因此能获得比1D调光更佳的对比度和节能效果，但付出的成本也越高，主要用于大尺寸高端产品。
   背光的亮度调整通常有两种方法：一种是以直流电平控制背光电压，这种方式背光始终开启，缺点是对于1D和2D调光由于灯管或LED的性能一致性难以保证，容易造成亮度不均；另一种是以PWM方式，使背光交替开关，PWM的频率通常是帧频的数倍，超过了人眼的辨识范围，故感受不到背光的闪烁，同时人眼对不同的占空比感知到不同的亮度。这种亮度调整方式，可克服电平调压方式的弊端。目前各厂商的panel多同时支持两种调光方式。
  
   由于动态背光的具体实现与panel关系密切，因此，最佳的方案是将DBC做在TCON内，组装在液晶模组中。LGD正式采用了这种结构，推出了独具特色的OPC方案。
  
   综上可见，上述热点技术，大都适合于TCON集成。