如何應(yīng)對(duì)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中的顯示設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

可以向用戶提供互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)的低成本設(shè)備市場(chǎng)正在興起，這種設(shè)備能夠完成網(wǎng)絡(luò)瀏覽、電子郵件、媒體文件下載、視頻和移動(dòng)電視、游戲和社交網(wǎng)絡(luò)等功能。然而，為了迎合主流用戶的需要，這些移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和上網(wǎng)本必須提供像筆記本電腦一樣的用戶體驗(yàn)，而且需要具有更長(zhǎng)的電池壽命。在保持高可視質(zhì)量的同時(shí)滿足成本和電池壽命約束條件對(duì)設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)是一個(gè)艱巨的挑戰(zhàn)，不過(guò)利用合適的顯示子系統(tǒng)架構(gòu)可以從容應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)。

個(gè)人電腦(PC)的主要消費(fèi)用途之一是訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)以獲取內(nèi)容和通信功能。然而，許多消費(fèi)者希望PC更便宜更簡(jiǎn)單，甚至比筆記本電腦更具便攜性，同時(shí)仍能提供對(duì)豐富的互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容的快速無(wú)線訪問(wèn)。這些期望為那些制造傳統(tǒng)意義上的筆記本和智能手機(jī)的公司帶來(lái)了新的市場(chǎng)機(jī)會(huì)：移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備(MID)和上網(wǎng)本。

這種機(jī)會(huì)在目前經(jīng)濟(jì)低迷時(shí)期是一個(gè)很大的亮點(diǎn)。盡管經(jīng)濟(jì)還不景氣，但對(duì)MID和上網(wǎng)本的需求正在不斷上升。對(duì)實(shí)時(shí)信息、通信和娛樂(lè)需求永無(wú)止境的移動(dòng)社會(huì)是驅(qū)動(dòng)這種需求上升的一個(gè)主要因素。另一個(gè)因素是無(wú)線服務(wù)提供商能夠通過(guò)寬帶服務(wù)形成新的收入來(lái)源。正如蜂窩電話市場(chǎng)中發(fā)生的那樣，服務(wù)提供商正在推進(jìn)MID和上網(wǎng)本產(chǎn)品與數(shù)據(jù)服務(wù)計(jì)劃的捆綁，鼓動(dòng)用戶簽訂更高價(jià)格的合約和額外服務(wù)。這兩方面共同抬高了一個(gè)重要度量：每用戶平均收入(ARPU)。

盡管MID和上網(wǎng)本仍然是新興市場(chǎng)，但許多設(shè)計(jì)要求已經(jīng)迅速變得清晰起來(lái)。其中一個(gè)重要特征是MID和上網(wǎng)本是低成本設(shè)備，理想的零售價(jià)應(yīng)分別在300美元和500美元以下。另外一個(gè)重要特征是這些設(shè)備的電池使用時(shí)間必須明顯長(zhǎng)于傳統(tǒng)的便攜式電腦，一天以上的電池壽命是最低要求。MID和上網(wǎng)本還必須比膝上電腦或筆記本電腦更緊湊重量也更輕，并具有出色的顯示分辨率。對(duì)MID來(lái)說(shuō)屏幕尺寸最好是4到7英寸，并能達(dá)到寬SVGA(WSVGA)分辨率，而用戶對(duì)上網(wǎng)本的要求是顯示屏尺寸能達(dá)到11英寸，并提供WSVGA或WXGA分辨率。

MID和上網(wǎng)本的另外一個(gè)特征是它們正在變成內(nèi)容消費(fèi)設(shè)備，而筆記本和PC仍然是內(nèi)容創(chuàng)建設(shè)備。MID/上網(wǎng)本需要完成互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)、電子郵件、媒體播放、游戲和大量類似PC的任務(wù)，但不要求完全兼容PC。應(yīng)用程序可以是內(nèi)置的，也可以作為瀏覽器的Java程序下載，因此雖然Java是重要的軟件單元，但功能完整的WindowsXP或Vista不是。

因?yàn)檫@種架構(gòu)上的自由性，MID是從三種基本技術(shù)發(fā)展而來(lái)的：PC、智能手機(jī)(包括iPhone和黑莓)、媒體播放器(包括電視機(jī)頂盒)。同樣，上網(wǎng)本開發(fā)的基礎(chǔ)是筆記本電腦和膝上電腦。因此開發(fā)人員可以自由選擇處理器，不必考慮姑奶奶x86和Windows的兼容性，只需考慮性能和低功耗特性。這樣，MID市場(chǎng)對(duì)廣泛的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)和供應(yīng)方來(lái)說(shuō)是開放的市場(chǎng)。

顯示要求是關(guān)鍵

雖然基本架構(gòu)和處理器選擇很靈活，但顯示要求卻不是這樣。這些設(shè)備具有像它們的核心功能那樣的互聯(lián)網(wǎng)體驗(yàn)，而且用戶不能忍受觀賞質(zhì)量的任何下降。事實(shí)上，互聯(lián)網(wǎng)體驗(yàn)是消費(fèi)者簽訂無(wú)線數(shù)據(jù)計(jì)劃的驅(qū)動(dòng)力。因此，用戶的視覺體驗(yàn)絕對(duì)是確保市場(chǎng)成功的關(guān)鍵。系統(tǒng)必須能夠同樣出色地顯示文本、圖形、移動(dòng)電視、電影和影像，不管是在單個(gè)屏幕上單獨(dú)顯示還是組合顯示。另外，這種顯示器必須在室內(nèi)和室外各種光照條件下都能看得清楚，即使隨著用戶移動(dòng)而發(fā)生光照條件迅速變化時(shí)也能產(chǎn)生可接受的結(jié)果。

由于功耗方面的原因，大多數(shù)MID設(shè)計(jì)選用液晶顯示器(LCD)。遺憾的是，LCD通常只能提供200:1或400:1等級(jí)相對(duì)有限的對(duì)比度范圍。考慮光照條件后還會(huì)進(jìn)一步減少這個(gè)可視范圍。如圖1所示，LCD顯示器在使用完全不透明晶體時(shí)的最小輸出與使用完全透明晶體時(shí)的最大輸出之間映射輸入的圖像數(shù)據(jù)。最大像素亮度用流明表示，因此在理想環(huán)境下顯示子系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的可視動(dòng)態(tài)范圍是顯示器對(duì)比度和背光強(qiáng)度的函數(shù)。

圖1：LCD中圖像信息到光強(qiáng)度(單位：流明)的映射是背光強(qiáng)度的函數(shù)。

如果環(huán)境光很強(qiáng)，那么觀看者實(shí)際看到的對(duì)比度范圍可能小于顯示器規(guī)定的值。從LCD表面散射的環(huán)境光將使觀看者無(wú)法看清流明值低于反射環(huán)境光線的任何像素，從而截短顯示器色調(diào)范圍的底部。這樣，對(duì)于給定的顯示器來(lái)說(shuō)，圖像數(shù)據(jù)將映射到由背光和反射環(huán)境光強(qiáng)度限制的“盒子”中，低于環(huán)境光強(qiáng)的顯示信息將無(wú)法瀏覽。顯示圖像的對(duì)比度以及用戶的觀看體驗(yàn)質(zhì)量取決于這個(gè)“盒子”的大小。

為了改善顯示信息的可視性，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法只是簡(jiǎn)單地增加盒子的尺寸。擴(kuò)大盒子需要使用高動(dòng)態(tài)范圍的LCD屏，或增加背光強(qiáng)度。然而，這些方法會(huì)極大地增加已經(jīng)在設(shè)計(jì)成本中占大頭的顯示子系統(tǒng)成本。更重要的是，增加背光強(qiáng)度將顯著提高顯示子系統(tǒng)的功耗要求，從而縮短電池使用壽命。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，背光已經(jīng)占30%至60%的系統(tǒng)功耗，因此增加背光強(qiáng)度來(lái)改善顯示屏可視性只能是拆東墻補(bǔ)西墻。

因此要想優(yōu)化MID和上網(wǎng)本設(shè)計(jì)中的成本和電池壽命，設(shè)計(jì)人員必須找到能夠替代傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法。在考慮替代方案時(shí)，顯示子系統(tǒng)的三大要素值得特別關(guān)注。第一是顯示屏與系統(tǒng)處理器之間的接口，第二是保存顯示數(shù)據(jù)的幀緩存位置，第三也許是最關(guān)鍵的一點(diǎn)是，在顯示子系統(tǒng)中包含圖像增強(qiáng)算法。

顯示屏和處理器之間的接口面臨嚴(yán)格的約束條件。對(duì)許多開發(fā)人員來(lái)說(shuō)，與MID/上網(wǎng)本設(shè)計(jì)接近的行業(yè)基礎(chǔ)將極大地影響他們使用哪種處理器。他們?cè)陂_發(fā)工具、軟件庫(kù)方面的現(xiàn)有投資以及給定處理器系列方面擁有的專門技術(shù)將勝過(guò)大多數(shù)其它考慮因素。由于處理器原本用于其它應(yīng)用，因此處理器很容易通過(guò)改變而連接到MID/上網(wǎng)本設(shè)計(jì)中的顯示屏。

放置幀緩存

在實(shí)現(xiàn)處理器－顯示器接口時(shí)，開發(fā)人員需要確定幀緩存的位置——顯示內(nèi)容就是從這個(gè)緩存處刷新的。有三種選擇，一種是將幀緩存嵌入顯示屏，使顯示器變得“智能”，一種是將主處理器的內(nèi)存用作幀緩存，還有一種是使用不同于前兩者的獨(dú)立緩存。成本和功耗之間的權(quán)衡將最終決定哪種架構(gòu)最適合設(shè)計(jì)，雖然將緩存嵌入顯示屏與其它兩種方法相比有明顯更多的缺點(diǎn)。

要求LCD本身緩存數(shù)據(jù)將極大地限制顯示屏的選擇余地，因?yàn)椴⒉皇撬衅炼寄芴峁┌遢d存儲(chǔ)器，這主要是因?yàn)槌杀尽Ｓ糜趧?chuàng)建顯示屏控制電路的半導(dǎo)體工藝需要使用較大的晶體管才能獲得所需的驅(qū)動(dòng)電平。與更小工藝實(shí)現(xiàn)的存儲(chǔ)器相比，采用這種工藝實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器將導(dǎo)致裸片尺寸大很多，進(jìn)而加大成本。因此使用顯示屏外部的存儲(chǔ)器毫無(wú)疑問(wèn)將有更好的成本優(yōu)勢(shì)。