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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(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)是筆記本電腦和膝上電腦。因此開(kāi)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(kāi)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(jué)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(kāi)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_(kāi)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(mén)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(kāi)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)。 如果幀緩存放在顯示屏外部，那么其位置取決于成本和電源管理機(jī)會(huì)之間的折衷。將處理器內(nèi)存用作幀緩存具有最低成本優(yōu)勢(shì)，因?yàn)椴粫?huì)浪費(fèi)已經(jīng)給處理器提供的資源。然而，將系統(tǒng)內(nèi)存用作幀緩存具有隱性的功耗問(wèn)題。MID/上網(wǎng)本上的顯示器大多數(shù)時(shí)候是顯示靜態(tài)內(nèi)容，如顯示文本消息或網(wǎng)頁(yè)，因此系統(tǒng)處理器不需要連續(xù)更新緩存。在這種等待情況下完全可以關(guān)閉處理器。但幀緩存必須持續(xù)給顯示控制器提供數(shù)據(jù)，因此如果處理器內(nèi)存用作緩存的話，處理器必須保持激活狀態(tài)，這樣就失去了節(jié)能的機(jī)會(huì)。 使用中間緩存的成本可能比使用處理器內(nèi)存高，但當(dāng)使用較高分辨率的顯示屏?xí)r，成本將比將幀緩存嵌入在顯示屏內(nèi)低。然而，由于幀緩存不受處理器控制，這種外部緩存可以達(dá)到很好的節(jié)能效果。在等待狀態(tài)時(shí)處理器可以關(guān)閉，這樣做不會(huì)阻止顯示驅(qū)動(dòng)器訪問(wèn)緩存。 選擇顯示增強(qiáng)算法 雖然顯示子系統(tǒng)的接口和幀緩存單元提供了優(yōu)化系統(tǒng)成本和功耗的有利機(jī)會(huì)，但最大的機(jī)會(huì)還在于背光系統(tǒng)。通過(guò)實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)脑鰪?qiáng)算法，開(kāi)發(fā)人員可以調(diào)整顯示內(nèi)容以補(bǔ)償顯示屏的動(dòng)態(tài)范圍限制。增強(qiáng)算法還能補(bǔ)償逆向光，它能在顯示屏的可視動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)智能地重新映射顯示內(nèi)容而不是調(diào)整背光強(qiáng)度來(lái)優(yōu)化可視性能。 然而，增強(qiáng)算法必須能夠與典型的MID/上網(wǎng)本顯示內(nèi)容一起工作，這種內(nèi)容通常包含混合的圖形、文本和影像與視頻。當(dāng)使用全局增強(qiáng)算法(如伽瑪校正)時(shí)，這種混合內(nèi)容會(huì)造成一定的問(wèn)題。增強(qiáng)圖像可視性的算法可能使文本或圖形無(wú)法閱讀。而自適應(yīng)的像素x像素圖像增強(qiáng)方法可以避免這個(gè)問(wèn)題，它使用上下文信息(如相鄰像素值)來(lái)判斷對(duì)圖像數(shù)據(jù)作了什么修改(如果有的話)。 Apical Imaging公司的Iridix算法就是這樣一種自適應(yīng)圖像增強(qiáng)算法，在與移動(dòng)顯示屏一起使用時(shí)的好處已得到證實(shí)。這種算法在人類感知模型基礎(chǔ)上使用描述顯示屏屬性的參數(shù)(如動(dòng)態(tài)范圍)來(lái)重新映射圖像內(nèi)容，從而獲得最佳可視性。舉例來(lái)說(shuō)，Iridix有選擇地?cái)U(kuò)大圖像數(shù)據(jù)中的像素至像素變化，使得微小陰影變得更加生動(dòng)。這種算法有助于補(bǔ)償由于顯示屏有限動(dòng)態(tài)范圍而導(dǎo)致的較低內(nèi)容位的視覺(jué)損失。由于這種算法是有選擇性的，它會(huì)不同程度地影響圖像的不同部分。與伽瑪校正等全局性增強(qiáng)算法改善某些領(lǐng)域的可視性、降低其它部分的可視性不同，如圖2所示，自適應(yīng)增強(qiáng)算法在增強(qiáng)陰影細(xì)節(jié)的同時(shí)不會(huì)破壞較亮內(nèi)容中的明亮區(qū)。 圖2：自適應(yīng)增強(qiáng)算法可以在不破壞重要內(nèi)容的前提下恢復(fù)陰影中失去的細(xì)節(jié)。 這種自適應(yīng)增強(qiáng)算法可以向開(kāi)發(fā)人員提供兩大好處。一個(gè)是可以用具有有限動(dòng)態(tài)范圍的較低成本顯示屏取得高質(zhì)量圖像。但最大化這種范圍內(nèi)的圖像可視性也可以用來(lái)補(bǔ)償更高反射環(huán)境光(如強(qiáng)太陽(yáng)光條件下)效應(yīng)。所有算法需求是有關(guān)顯示屏可視范圍的上限和下限、背光強(qiáng)度和環(huán)境光強(qiáng)度的信息。這樣就可以保護(hù)低亮度信息，否則這些信息由于圖像數(shù)據(jù)映射進(jìn)實(shí)際可視范圍而被環(huán)境光破壞。 自適應(yīng)增強(qiáng)算法可降低功耗 這種保護(hù)信息的能力也意味著自適應(yīng)增強(qiáng)算法可以向開(kāi)發(fā)人員提供降低系統(tǒng)功耗需求的機(jī)會(huì)。在逆光情況下無(wú)需提高背光亮度，MID/上網(wǎng)本可以使用自適應(yīng)增強(qiáng)算法改變圖像數(shù)據(jù)來(lái)獲得強(qiáng)環(huán)境光下的最大可視性。MID/上網(wǎng)本還能利用自適應(yīng)增強(qiáng)算法降低暗環(huán)境光線下的背光亮度。結(jié)果是在不犧牲圖像可視性的條件下顯著降低了平均功耗。 因此自適應(yīng)增強(qiáng)算法在開(kāi)發(fā)人員設(shè)計(jì)顯示子系統(tǒng)時(shí)向他們提供了相當(dāng)大的靈活性。他們可以使用較低成本顯示屏獲得良好的可視性，用功能更強(qiáng)的顯示屏提高可視性，降低背光亮度以節(jié)省功耗，或在不增加功耗的條件下補(bǔ)償強(qiáng)環(huán)境光線，或選擇這些特性的一些組合。最佳折衷方案取決于地區(qū)性和人口統(tǒng)計(jì)學(xué)市場(chǎng)，以及發(fā)展中的消費(fèi)者期望值和使用案例，因此這種靈活性也將成為今后產(chǎn)品功能增強(qiáng)的關(guān)鍵。 這種自適應(yīng)增強(qiáng)算法的好處已經(jīng)得到了現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證。如圖3所示，QuickLogic公司視覺(jué)增強(qiáng)引擎(VEE)中的Iridix算法實(shí)現(xiàn)提高了MID/上網(wǎng)本顯示屏中的視頻庫(kù)可視性。比較(a)不帶和(b)帶自適應(yīng)增強(qiáng)算法的圖像可以看出，雖然光線保持相同，但后者的周邊文本和圖形性能沒(méi)有降低。 圖3：自適應(yīng)增強(qiáng)算法的關(guān)鍵是它能提高圖像的可視性，同時(shí)不要求增強(qiáng)背光或犧牲圖形清晰度。 因此顯示子系統(tǒng)是MID/上網(wǎng)本設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵要素，開(kāi)發(fā)人員應(yīng)重點(diǎn)加以關(guān)注。MID/上網(wǎng)本在低迷經(jīng)濟(jì)中表現(xiàn)出來(lái)的成長(zhǎng)機(jī)會(huì)肯定會(huì)引起激烈的競(jìng)爭(zhēng)。在多媒體和智能手機(jī)及媒體播放器市場(chǎng)中的經(jīng)驗(yàn)表明，設(shè)計(jì)需要滿足甚至超過(guò)消費(fèi)者的所有成本和電池壽命期望值才能取得成功。移動(dòng)電視的試運(yùn)行表明，良好的觀看體驗(yàn)也是產(chǎn)品成功的關(guān)鍵。 顯示子系統(tǒng)是設(shè)計(jì)人員滿足這些目標(biāo)的最大機(jī)會(huì)所在。顯示子系統(tǒng)通常是便攜式設(shè)計(jì)*耗最大的部分，因此這里的改進(jìn)將對(duì)電池壽命有最大的影響。顯示屏和背光是設(shè)計(jì)中成本最高的部分，這也使得顯示子系統(tǒng)成為顯著降低成本的機(jī)會(huì)所在。通過(guò)整合節(jié)省成本和節(jié)省能量的架構(gòu)化選擇以及自適應(yīng)算法來(lái)保持圖像的可視性，開(kāi)發(fā)人員以及移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商將能充分發(fā)掘這種機(jī)會(huì)帶來(lái)的好處。 |
