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2018年02月05日 | 一种高性价比的4K/60Hz的显示实现方案
2018-02-05 来源：Latticesemi
作者：Xiaojun Lv
随着人们对显示质量要求的日益提高，室外大屏和会议电视墙分辨率也逐渐从主流的1080P60转向了4K60。显示质量提升的同时，技术的挑战也如约而至。要实现4K60的显示，那就意味着使用HDMI 2.0需要传输高达18Gbps的图像数据，现在流行的无论那种方案，都有其明显的优缺点，业界亟需一种能够满足稳定性、高性价比和灵活性等需求的解决方案。
4K60显示提出新的设计挑战
如上图所示，4K60给前端的视频处理器和后面的显示视频处理器提出了新需求: 使用这种方案的时候，LED视频处理板多采用并行接口作为输入端，这就意味着视频发送板在传输视频的同时，需要将HDMI2.0输出的数据转成RGB并口输出，这就对现有的传输芯片和格式转换芯片都提出了新的挑战。针对这个问题，目前市面上常见的方案有两种：
一种方案采用高端的FPGA实现HDMI 2.0输入并行接口输出，并支持HDCP。这个方案的优点是单芯片方案，但缺点是成本很高，且HDCP调试非常复杂，系统稳定性不好。
另一种方案是采用Lattice专用图像转换芯片SiI9777将一路的HDMI2.0拆为两路的HDMI 1.4，然后采用其他的两颗专用芯片将HDMI1.4的数据转换成并行接口输出。同时能够支持左/右等分或奇偶像素拆分和音频提取，且内建模式生成器，提供可选的空白屏幕。重要的是这颗Lattice专用芯片还能支持HDCP，系统稳定性较好。但缺点是成本较高，且采用不同厂商的方案，系统复杂度和调试难度都较高。
显然，现有的两种方案都不够理想。为此，领先的半导体供应商Lattice结合在FPGA和HDMI技术方面的经验，在SiI9777和LatticeECP3 FPGA的基础上构建了一个完整的解决方案，满足开发者的需求。
除了支持4K @ 50/60Hz 超高清分辨率外，SiI9777还符合HDCP 2.2优质内容保护协议，更重要的是，作为全球首款全面支持HDCP 2.2协议的全带宽HDMI® 2.0/MHL® 3.0双模集成电路，这个方案自2014年发布以来，已经积累了足够多的开发经验。这让它成为Lattice方案的不二之选。
在实际应用中，同样地，SiI9777先将一路HDMI2.0转换成两路HDMI1.4，然后采用低成本的LatticeECP3-17 FPGA将HDMI1.4转换成并行接口输出。
LatticeECP3系列
LatticeECP3系列器件提供高了性能的SERDES模块、可级联的高性能sysDSP™、超大逻辑和sysMEM™嵌入式RAM、分布式存储器、sysCLOCK PLL、DDR3存储器接口以及sysIO缓冲器。为广泛的无线和有线应用提供了低成本、低功耗的可编程解决方案。LatticeECP3-17是其中一个极具性价比的产品。这一方案在成本和稳定性上都有较大优势。同时，因为整套芯片组都是Lattice的产品，系统复杂度和调试难度都有很好的保障。
不带视频处理的输出方案
前面介绍的是不带视频处理的输出方案，但如果有需求，Lattice也有相应的应对之法。开发者可以选择将两颗ECP3-17换成单颗ECP3-70或者ECP3-150，从而获得更强大的视频处理能力。这时候还可以节省板子的面积，满足小型化设计需求。
为了满足更多样化的需求，Lattice甚至推出了集成了9777+ ECP3-150 + 9777的专用DEMO平台，能够支持HDMI2.0 --> 2 HDMI1.4 --> HDMI2.0的方案。该平台也支持HSMC接插口，用户可以采用这个接口与其他的转接电路板连接。
对现在嵌入式工程师来说，他们在I/O接口的设计方面面临着前所未有的挑战。系统复杂性的增加，还有更多高带宽传输要求应用的出现，对他们提出了更高的需求，这时候拥有并行计算和可编程优势的FPGA在当中产生的作用越来越重要。Lattice作为一个身兼FPGA和接口芯片优势的厂商，能将这两个产品完美结合，为未来的显示带来更多的方案。
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