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    高清是如今显示技术发展的一个方向和重点，无论是前投影还是背投影技术，高清都已经成为发展主题之一，HD芯片就是TI为满足高清需求，专门为家庭影院投影机和DLP背投电视推出的高清DMD芯片，历经5年的发展，HD芯片已经取得了长足的进步。
 
HD的演进之路
 
    HD1 DMD芯片是第一代HD芯片，其微镜反转角度为10度，分辨率为1280× 720，可以满足720P的高清显示需求，画面比为16：9，控制了画面的光晕（Halo Effect）效应。
2002年，TI推出了HD2 DMD芯片，其微镜反转角度为12度，分辨率仍为1280× 720，采用了由TIA/EIA-644定义的全新LVDS（Low Voltage Differential Signaling）数字节口标准，同时符合IEEE 1596.3，可以实现点对点数字成像，提高了图像的细致度和降低视频数字噪声。另外对光泄漏现象进行强化处理，在提高对比度的同时保持高亮度，使投影画面颜色丰富，细节明显。
 
    2003年9月，TI推出了HD2芯片的升级产品HD2+，其尺寸为0.85英寸，分辨率为1280×720。HD2+将微镜表明处理得更平坦，提高了亮度，减少了光散射，同时可以使得图像的黑色部分表现的更加完美，对比度有很大提高，理论上采用HD2+芯片的产品在全开/关状态下的对比度能够从2800：1提升到4000：1。
 
    HD2+ 芯片微镜反转角度为12度。同时，支撑微镜片的结合部分的支撑柱变得更细，构成画面的每个点矩阵的中央的黑点比HD2芯片小很多，使得投影画面在一定程度上有效消除了“晶格”效应，一直困扰单片DLP产品的黑场下的图像噪音抖动现象得到明显的改善。 目前，HD2+ DMD芯片技术和制作工艺已经比较成熟，中高端家庭影院DLP投影机使用大部分为HD2+ DMD芯片。
 
    HD3尺寸缩小为0.55英寸，有效的降低生产成本，微镜反转角度为12度，它的分辨率为1280×720，HD3芯片的技术进步主要有：是使用新的黑色涂层，是黑色相位更真实深沉；是微镜之间的距离更短，像素密度提升；芯片运算速度提高，使动态化变更为流畅。
 
    xHD3是TI在2004年推出的最新一代芯片，与HD2+的技术指标相同，分辨率提高到了1920×1080，可是满足1080P的高清需求，通过Dynamic Black（动态黑色补偿）技术实现理论5000：1的对比度。
 
    在HD3和xHD3中都实用了菱形DMD网格和SmoothPicture技术，从而使高清图像显示更平滑、精细。
 
菱形DMD阵列
 
    在HD1、HD2和HD2+的DMD中，TI使用了直角的像素阵列以获得1280×720图像。直角阵列使用了1:1的图像像素来映射显示比例。这意味着每一个精微镜面负责显示一个像素（如图1）。

图1 HD2+、HD2和HD1 DMD使用的直角像素排列方式

    为了实现提高分辨率并降低系统成本的目标，德州仪器公司开发出了一种创新的DMD。这一全新的DMD使用了一种偏置的菱形像素排列方式，精微镜面相对于直角DMD旋转了45度（如图2）。

图2 HD3和xHD3 DMD使用的偏置菱形像素排列方式.

    新的DMD菱形阵列支持1080p设备的1920×1080分辨率，具有960对列和540对行（一对行包括一行黑和一行白）。这样在损失一些对角分辨率的情况下，只要用直角阵列一半的像素就可以显示1920×1080的图像。使用菱形阵列后，1080p DMD芯片的尺寸与HD2 720p 芯片相当，这样就能节省成本基础上提升图像垂直和水平的分辨率。 
 
SmoothPicture技术
 
    菱形DMD阵列有效地降低了系统的成本，但是单靠它不足以在屏幕上再现原始图像的所有像素。原始图像必须过滤掉一半像素才能在DMD上显示。SmoothPicture技术将菱形DMD阵列和光学驱动器连接起来，在屏幕上显示包含原始图像所有像素信息的完整分辨率的图像。
有了SmoothPicture，光学驱动器在水平方向上位移了DMD图像，并在DMD上同时显示独立的两个亚帧帧数据（如图3）。如图4中每一帧视频信号都被分为两个独立的亚帧，一个包含所有奇数位像素信息，另一个包含所有偶数位像素信息。16ms的视频扫描时间被细分为两个8ms的亚扫描时间。在第一个亚扫描时间段内，奇数位的数据被显示。在第二个亚扫描时端开始时，驱动器将DMD图像水平移动1/2个像素，然后显示偶数位数据。这样屏幕上显示的图像就包含了原始图像中所有的像素信息，而且在一个60Hz的视频扫描时间内完成。

    尽管使用了菱形网格的DMD，水平位移的方法再现了高清图像帧中原始的直角阵列。1/2像素位移的额外好处在于它有效地柔化了像素的边缘。在静态直角显示中（使用一个微镜对应一个像素的显示比例），镜面的边缘清晰可见，造成了某些显示技术中常见的屏幕门效应。使用SmoothPicture后，这一现象得到了抑制，使图像更加精细。 
 
有效的SmoothPicture显示分辨率
 
    一个显示设备的有效分辨率取决于显示系统的调制传递函数，或者称为MTF (Modulation Transfer Function)。
 
    一个显示系统的MTF就是测量其空间频率响应。定量测量相对于DC（平场）的显示对比度，某一给定空间频率的显示对比度。MTF一般以每单位距离内的线对来测量，一个线对包含一条亮线和一条暗线。空间频率高则，对应图像细节多，图像显示的细节越多，图像就越锐利。在SmoothPicture技术的开发过程中，德州仪器公司参照1080p背投电视显示的其他技术评价了SmoothPicture的MTF表现。图5对比了基于SmoothPicture的1080p DLP显示技术的MTF和两个领先的基于LCOS的1080p背投电视的MTF。请注意DLP显示曲线的空间频率起点较高，表明它能够有效地将1920 x 1080的图像分辨率转换成有效的视觉分辨率。 

 
《PC WORLD》
 
2006.01