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教你如何選擇合適的GDC

作者: 時間:2012-09-23 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

引言

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/148377.htm

  從3D著色到影像變形,現(xiàn)今繪圖顯示控制器()的功能,透過各式各樣的應(yīng)用呈現(xiàn)在使用者的眼前。眾多高階圖像顯示控制器的產(chǎn)品風(fēng)格與價值,塑造出讓消費者目眩神迷的影像,在頻譜的另一端,各種等級的能明確而簡單地顯示資訊,讓使用者一目了然看到自己想要的訊息。

  不論是簡單的功能或炫麗的特色,能在繪圖功能上細心投入的,最后必會在許多層面獲得明顯的成果。打造完美圖像功能的第一步,是針對應(yīng)用目標(biāo)一款適合的,并以合理的價位獲得所需功能。GDC可根據(jù)其性價比分成下列三類:

  基本 - QVGA螢?zāi)?,預(yù)先著色的圖形,可包括影像輸入功能

  中階 - WVGA螢?zāi)唬?D動態(tài)繪圖為主,也可支援3D,有支援影像輸入功能

  高階 - SXGA或更高解析度的螢?zāi)?,動態(tài)3D繪圖,多重影像輸入

  本白皮書將為您闡述這三種GDC功能,以及它們達成各種應(yīng)用之目標(biāo)。文章最后將介紹富士通半導(dǎo)體陣容完備的GDC系列產(chǎn)品,還有該公司的360度環(huán)繞視訊影像技術(shù)。現(xiàn)今各種產(chǎn)品研發(fā)業(yè)者最重要的設(shè)計任務(wù)之一,就是充分發(fā)揮GDC各項功能優(yōu)勢,包括跑步機、電冰箱、智慧型手機和汽車等產(chǎn)品。

  1 決定嵌入式繪圖架構(gòu)的因素

  1.1 成本壓力

  汽車產(chǎn)業(yè)是成本相對敏感應(yīng)用領(lǐng)域的一個很好的例子,對于系統(tǒng)研發(fā)業(yè)者而言,最重要的工作就是降低零組件(BOM)成本。就基本到中階的應(yīng)用而言,研發(fā)業(yè)者可采用系統(tǒng)單芯片(SoC)繪圖控制器來滿足此方面需求,利用這種元件作為單芯片解決方案,這些GDC能透過CAN總線來和其他汽車系統(tǒng)進行通訊,并能切換到關(guān)機的電源模式來節(jié)省電池電力。由于內(nèi)部VRAM記憶體的容量有限,加上各項系統(tǒng)瓶頸(像是總線速度)的限制,因此這些裝置所支援的圖像功能,彈性,像素填充率,以及螢?zāi)怀叽缍紩艿骄窒蕖?/font>

  當(dāng)成本因素的重要性不及效能時,這類應(yīng)用可采用多重芯片架構(gòu)的高階芯片。這些GDC依賴外部車用微控制器來管理CAN傳輸作業(yè),電源,以及像是步進馬達控制器等周邊元件。

  此外,由于這些GDC沒有內(nèi)建VRAM與程式快閃記憶體,因此會利用外部VRAM來支援高效能作業(yè),在未來,運用內(nèi)建式VRAM可進一步降低高階車用GDC成本。

  相較于汽車產(chǎn)業(yè),像是醫(yī)療和航空等領(lǐng)域的應(yīng)用,面臨的成本壓力相對較低。系統(tǒng)研發(fā)業(yè)者可采用獨立高階GDC芯片,因為客戶愿意多花一點錢來購買更高效能。若系統(tǒng)一開始設(shè)計時,需要重復(fù)使用軟體,而是把一個獨立GDC放到系統(tǒng)中就是個不錯的作法。

  運用一顆時脈速度約1GHz的CPU,像是英特爾的Atom,制造商可在不同產(chǎn)品線上重復(fù)使用一部分的硬體與軟體。有些產(chǎn)品可使用內(nèi)建在CPU內(nèi)的GDC。有些對價位較敏感的產(chǎn)品,但對效能的要求不是很高,則可采用SoC產(chǎn)品,其中效能強大的CPU整合了GDC處理核心。

  1.2 終端客戶的期盼

  有些應(yīng)用必須配合智慧型手機常見的高階繪圖能,此類應(yīng)用之廣包括汽車與各種家電產(chǎn)品。

  而在這些應(yīng)用中,系統(tǒng)研發(fā)業(yè)者必須確保GDC能繪制出流暢清晰的影像,讓系統(tǒng)能針對使用者的輸入訊息做快速反應(yīng),因此,若要提供能滿足最終使用者的經(jīng)驗,GDC就不能成為系統(tǒng)瓶頸,才不會產(chǎn)生延遲。

  基本型與中階的應(yīng)用也許使用真單芯片的系統(tǒng)芯片SoC即足夠。但對于高階應(yīng)用而言,這類元件無法提供足夠效能,因此需要用到含有外部VRAM與快閃記憶體的高階(多芯片架構(gòu))芯片。

  若產(chǎn)品的螢?zāi)恢г?4位RGB輸入訊號,則24位RGB輸出功能的GDC可協(xié)助避免頻帶效應(yīng) - 亦即相同顏色的陰影會出現(xiàn)急劇變化。運用24位色彩可確保圖像影像外觀流暢,否則,這樣的應(yīng)用就必須動用GDC內(nèi)的抖色功能,來抵銷頻帶效應(yīng)。抖色可在畫面緩沖區(qū)中套用隨機的雜訊,以避免因有限的色彩深度導(dǎo)致的頻帶效應(yīng)。

  盡管流暢鮮明的圖像總是能吸引目光,但像是工業(yè)電子設(shè)備等應(yīng)用,光靠較基本的圖像功能,就能達到堅固易用的設(shè)計目標(biāo)。在許多應(yīng)用中,較低階的GDC就能提供令人驚艷的效能,而且不會讓零組件成本攀升。

  1.3 繪圖內(nèi)容的性質(zhì) - 靜態(tài)或動態(tài)

  業(yè)者還必須根據(jù)圖像內(nèi)容的性質(zhì)來挑選GDC。若內(nèi)容屬于靜態(tài),而且能預(yù)先判斷,像是Spirite引擎這類低成本GDC就足堪重任。預(yù)先著色的位元圖可儲存在Sprint GDC的外部快閃記憶體。這類GDC非常適合用來處理不同色彩格式(包括使用色彩查找表或把實際像素值儲存在畫面緩沖區(qū)),而且還能處理透明與Alpha-blending的作業(yè)。運用資源耗用較少的壓縮法,像是RLD(運行長度解碼器),可大幅降低預(yù)先著色繪圖的儲存需求,進而降低成本。

  其他需要動態(tài)圖像的應(yīng)用,像是地圖或隨機動畫等,其所需內(nèi)容都是當(dāng)場立即決定,這些應(yīng)用需要一個具備全功能管線的GDC,可透過貼圖(紋理貼圖)2D或3D來著色模型。像是硬體光源與云霧等,也可發(fā)揮這類功能的效益。對于較復(fù)雜的作業(yè)而言,內(nèi)含著色器的圖像引擎可帶來更高彈性。

  利用功能完備且具彈性的顯示控制器,不僅能簡化圖像建置的工作,還能支援更好的圖像功能,明確的說,圖像開發(fā)遠比控制器功能來得簡單,像是彈性圖層法以及支援多圖層與Alpha-blending,還有各種色彩深度。

  1.4 2D或3D圖像

  運用3D繪圖對于GDC的效能與功能需求會有顯著影響,例如,3D應(yīng)用需要的頂點處理性能遠高于2D應(yīng)用,再加上像是貼圖與Mipmap貼圖等功能所需的視野校正,這些都是3D圖像需要的功能(Mipmap是主要貼圖的優(yōu)化與調(diào)整尺寸版本,這種貼圖和主要貼圖儲存在同一處)。它們讓系統(tǒng)不必立即調(diào)整主要貼圖的尺寸,對于效能提升有明顯幫助。

  在3D圖像中光是加入?軸座標(biāo),就會大幅增加處理需求。相較之下,2D繪圖著色的過程則簡單許多,若內(nèi)容屬于靜態(tài),還能預(yù)先著色,就如同本文先前所討論,在2D或3D動態(tài)內(nèi)容方面,需要用到一個全管線化的圖像引擎。

  1.5 顯示屏解析度

  因為尺寸較大,解析度較高的顯示屏必須處理更多像素,因此采用較大顯示屏的應(yīng)用就需要更快,更強大的GDC。航空與醫(yī)療方面的應(yīng)用,通常在其低階機種需要640 × 480像素的顯示屏,而在高階機種中就需要1280 × 1024像素解析度的顯示屏。在汽車市場,低階儀表板與中控臺的顯示屏尺寸通常為480X272像素,中階機種為800X480,而高階機種則為1280x480或更高像素。

  1.6 顯示屏數(shù)量

  不論是增加單一顯示屏的解析度,或是增加顯示屏數(shù)量,其所涉及到的像素數(shù)量都會以倍數(shù)增加,并需提高GDC的處理需求。雖然可以運用多個GDC來應(yīng)付需求,但也有某些GDC內(nèi)含的顯示屏控制器能透過單一控制器來支援多個顯示屏。這些GDC能多工處理視訊輸出資訊,其運用兩倍的顯示屏或像素時脈頻率的速率,就像是處理一個顯示屏一樣,不過這兩個顯示屏必須擁有相同的時序?qū)傩耘c顯示屏解析度。這類GDC對于汽車儀表板相當(dāng)實用,因為儀表板通常有兩個相同解析度的顯示屏。

  另一方面,有些GDC整合了超過一個顯示屏控制器,能驅(qū)動多個不同時序與解析度的顯示屏。這類控制器的成本會低于兩個獨立式GDC,設(shè)計工作也較簡化。這其中一個典型例子,就是車用抬頭顯示器(HUD),HUD在儀表板上的顯示屏解析度就低于主顯示屏,而也有一種汽車應(yīng)用是運用單一GDC來控制儀表板與中控臺顯示屏。

  1.7 視訊擷取的需求

  GDC針對不同的顯示屏影像輸入來源提供各種功能,包括攝像頭或其他訊號來源。有些GDC整合了必要的模擬電路來支援模擬式NTSC(美規(guī))/ PAL(歐規(guī))的影像輸入訊號,這些控制器對于基本視訊擷取應(yīng)用而言相當(dāng)實用。而其他GDC則支援?dāng)?shù)位YUV / RGB視訊格式,或需搭配AD轉(zhuǎn)換器。

  對于需要擷取多重視訊的應(yīng)用而言,可采用較高階的GDC,這類元件整合多個視訊擷取單元,其顯示屏控制器亦必須更強大,才能處理多重輸入訊號,并把視訊串流重疊到影像上。

  汽車抬頭顯示器就是這種功能的另一項應(yīng)用。由于影像投射在擋風(fēng)玻璃上,為了配合擋風(fēng)玻璃的曲度,其影像的調(diào)整處理過程便會類似魚眼校正。

  影像的變形需要有內(nèi)建3D功能的GDC來調(diào)整。若GDC能調(diào)整視訊影像的解析度高低,對系統(tǒng)會很有幫助。

  支援多重攝影處理的全景系統(tǒng)提升駕駛輔助系統(tǒng)之功能

  另一項特殊應(yīng)用可能成為未來汽車的重要功能,就是利用裝在車體四周的多部攝影機,將其輸入影像結(jié)合成一張圖像。這種應(yīng)用中的系統(tǒng)必須要能處理高解析度視訊,再加上各種特殊影像處理功能,以接合成一張環(huán)繞全景的影像。

  理想的解決方案,是采用一個能夠支援多重視訊輸入格式,并具備高速影像處理功能的GDC,這種方案不需要外部FPGA就能建置這些功能,并達到必要效能,將3D著色功能納入GDC內(nèi),系統(tǒng)便可將接合影像對應(yīng)到碗狀表面,以顯示出逼真,無扭曲的360度車體四周環(huán)繞影像。


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