LCD产业分析，不看肯定后悔

　　本文将向各位读者分析LCD产业中，因产业结构的界定，造成的系统方案格局，以及在此格局下，热点核心算法相应的定位策略。
　　首先，粗略来看，LCD产业可分为液晶模组（俗称面板）和系统集成（OEM）两个上下游关系的产业集团。液晶模组厂集成panel和TCON等电路组件，生产特定接口规格（通常是LVDS，小尺寸的用TTL）和功能的液晶模组，提供给OEM；OEM采用各芯片厂商的LCD controller主板方案，通过LVDS等接口与液晶模组相连，构成完整的TV、Monitor、Notebook等液晶产品。
　　正是因这种产业结构的界定，造就了TCON与LCD controller两套视频ASIC细分产业。
　　目前，TCON主要执行LVDS转Mini-LVDS/RSDS（以驱动source driver）、去SSC、gamma校正、dither/frc等功能。具有高附加值的产品还会增加RTC（Overdrive），甚至 DBC（dynamic backlight control）等算法功能。RTC对液晶的运动模糊（motion blur）有一定的缓解能力，DBC既可大幅提高液晶的动态对比度，又可节能20~30%。有代表性的是，LG display为了寻求panel的差异化，其TCON增加了所谓的OPC（Optimal Power Control）功能，本质上就是一种DBC算法。除此之外，Samsung也为其TCON增加了MEMC-120Hz功能（后面还会讲到），能显著的改善液晶的运动模糊效应。
　　LCD Controller自然是液晶显示系统的前端核心，目前已经广泛实现了大规模集成。代表性的公司有ST（收购了之前的Genesis）、 Trident、NXP、Micronas、Mediatek、Mstar、Realtek、Noveltek等。产品可集成AFE/HDMI/DP /DVI等接口，Video decoder、MPEG2/MPEG4/H.264 decoder等模拟或数字视频解码器，de-interlacer，scaler、3D Noise Reduction、color management、OSD engine、CSC（color space coversion， 3*3 Matrix）、contrast & sharpness enhancer、FRC（frame. rate conversion）等功能单元。其中，NXP/trident（2009年4月收购了Macronas的FRC等业务）等公司还推出了支持MEMC- 120Hz的高端芯片，在大尺寸高端液晶电视上得到了普及。
　　从技术的角度上来讲，近年来为改善LCD保持型显示方式固有的运动模糊和对比度差等问题，热点技术有：
　　1）以MEMC为代表的插帧技术。
　　MEMC即运动估计运动补偿，是一种依靠检测视频像素的运动向量，实现插帧显示的技术，可显著改善运动模糊。
　　其本质是减小了液晶保持时间。这一技术首先由Philips（NXP）的技术专家提出成熟的解决方案，近年才得到普及。由于需要大量的帧缓存和复杂的算法运算，实现成本相当高昂。当然，MEMC技术并非完美，主要的反驳者是小波理论的重要贡献者Mallat博士，目前受聘于Zoran的附属公司Let it wave，他倡导的Bandlet算法，以小波结合数值分析技术，号称性能较之MEMC更佳，且更简单易行。总之，利用时空相关性的创新技术，已经开始逐步取代相对简单而陈旧的motion adatptive de-interlace、H/V separate scaler、Adaptive 3D Noise Reduction、LTI/CTI等技术。从研究人员的知识水平角度来看，视频ASIC算法的开发人员，已经更多了融入了像Mallat博士这样具有高深信号与图像处理涵养和应用数学背景的高级人才，这非常有利于促进技术升级。但问题是，复杂算法与ASIC实现势必存在学科领域的跨域，且ASIC设计对速度、功耗与面积的要求，必然追求算法的简单易行性。因此，视频ASIC的设计，是在性能、成本与功耗三者间追求权衡的艺术，这是算法与架构工程师必须始终考量的问题。
　　MEMC-120Hz等插帧技术由于加倍了带宽，因此从节约系统成本，降低EMI等角度考量，适合集成于 TCON。同时，这样做可保持原有LCD Controller系统方案，避免再次开发。Samsung的McFi（motion-compensated frame. interpolation）技术就是这种方案的典型案例。当然，MEMC集成于TCON也有其弊端。譬如，对于由24Hz的movie转换成的隔行视频，在送入集成MEMC的TCON之前，必然经过了原普通的LCD Controller的3:2下拉去隔行处理，从而无法复现顺畅的movie。而将MEMC置于LCD Controller，则可以利用MEMC实现去隔行，而不需要3:2下拉，从而获得流畅的movie。但综合来看，MEMC集成于TCON更具成本优势。
　　2）扫描背光技术。
　　除了以插帧方式减少液晶保持时间来缓解运动模糊之外，还有其它方式改善液晶动态性能。扫描背光的基本思想是将液晶的保持型显示方式，通过背光的开关，变更为类似于CRT的脉冲显示方式。这种技术可以和下面的动态背光技术相结合，同时达到改善运动模糊、提高对比度和节能的目的。
　　事实上，扫描背光技术面临的主要问题是背光亮度。由于背光在部分时间内关闭，必然造成感知亮度的降低，因此需要具有更高发光强度的背光源支持，这需要材料领域的技术创新。从某种意义上讲，如果解决了背光源强度的问题，扫描背光技术较MEMC等插帧技术更有成本优势。因为MEMC插帧使得带宽加倍，由此引发接口复杂、芯片面积与功耗增大等一系列问题；且扫描类型的显示技术（如等离子）根本不需要MEMC等倍频技术，故MEMC等技术增加了LCD的成本，降低了 LCD的优势。
　　扫描背光技术的具体实现与panel关系密切，因此，最佳的方案是将其控制算法集成于TCON内，组装在液晶模组中。
　　3）动态对比度与动态背光技术。
　　传统的液晶显示，背光恒定，即使显示的是全黑的画面，背光依然开启，不仅浪费了能源，也降低了对比度（黑的不黑），暗图像有一种蒙纱的感觉。为提高对比度并节能，业界开发出了各种DBC算法。其基本原理是，通过直方图histogram统计，一方面调控背光亮度，另一方面同时调整图像的对比度。对背光调整（dimming）而言，大体分为0D，1D，2D三种类型。0D即背光系统仅由一个控制信号统一调控，成本低廉，是中低端显示产品的主要方案。1D即背光灯分成若干个水平分组，每组由各自的控制信号调控，相对0D复杂些，可获得更高的对比度增强效果和节能比例。2D调光多用于LED背光系统，LED背光将panel分成MxN个区域，相对独立的根据局部图像数据调整每个局部区域的背光亮度，因此能获得比1D调光更佳的对比度和节能效果，但付出的成本也越高，主要用于大尺寸高端产品。
　　背光的亮度调整通常有两种方法：一种是以直流电平控制背光电压，这种方式背光始终开启，缺点是对于1D和2D调光由于灯管或LED的性能一致性难以保证，容易造成亮度不均；另一种是以PWM方式，使背光交替开关，PWM的频率通常是帧频的数倍，超过了人眼的辨识范围，故感受不到背光的闪烁，同时人眼对不同的占空比感知到不同的亮度。这种亮度调整方式，可克服电平调压方式的弊端。目前各厂商的 panel多同时支持两种调光方式。
　　由于动态背光的具体实现与panel关系密切，因此，最佳的方案是将DBC做在TCON内，组装在液晶模组中。LGD正式采用了这种结构，推出了独具特色的OPC方案。
　　综上可见，上述热点技术，大都适合于TCON集成。
　　LCD显示系统结构和产业结构的未来展望：
　　a）一方面，由于产业结构的发展惯性，LCD Controller和TCON作为两个独立的子系统将继续存在并发展。
　　从产业结构和竞争态势角度来讲，ST（Genesis）、Trident、NXP、Micronas等公司在LCD controller高端领域的领先地位，以及MTK、Mstar等公司在中低端领域的强势，都是初创公司短期内无法撼动的。值得欣慰的是，由于上述特定的产业结构，TCON作为相对独立的系统尚存一定的发展空间，TCON的算法集成度有待进一步提升。另一个值得庆幸的是DissplayPort作为 VESA标准，已经明确成为LVDS和DVI等内外接口的替代者。DP作为新鲜血液也将给TCON注入新的活力。
　　未来TCON的发展必然具有如下方向：
　　1）以DP_Rx取代管脚繁多的LVDS；
　　2）融合ODC/DBC/MEMC/Scan backlight等复杂算法功能，提升液晶动态性能。
　　3）在大尺寸应用中，以point to point接口取代目前的RSDS/Mini-LVDS等source driver接口，增加带宽，降低成本。
　　b）另一方面，超薄（Slim）机型的时尚追求促使“机顶盒”式系统结构和产业结构的发展。
　　近年来，超薄LCD显示系统层出不穷，已经成为LCD时尚的最新代表。
　　超薄对芯片集成度和功耗提出了更高要求。为解决此问题，除了追求更大规模的集成（如将Controller和TCON集成的imodule方案）外，还有另一种思路。这就是机顶盒+Monitor方案。
　　这里所谓的“机顶盒”并非DTV领域的含义，而是将前端的AFE/HDMI/VGA/CVBS/S-Video等接口、OSD、以及Video decoder、DTV decoder等解码部件集成在一起的盒子，它以DP输出解码或采样到的视频，送给Monitor。
　　这里所谓的Monitor，也并非传统意义上的PC显示器。而是一个集成了Scaler、de-interlacer、ODC/DBC/MEMC/Scan backlight，以及TCON、source/gate dirver，和panel的完整显示系统。由于DP可以承载隔行/逐行各种格式和分辨率的视频（及音频），Monitor中又具有de- interlacer和Scaler，因此，这样的Monitor可以接收任何格式和分辨率的视频，并正确显示。成为通用的显示终端。
　　也就是说，将视频的采集（ADC）和解码（模拟的或数字的）子系统与视频显示系统完全分离，并通过高速且可远距离传输的单一DP线缆连接。从而构成灵活的液晶系统。Monitor可超薄壁挂，“机顶盒”则可“隐藏”于室内的任意角落。该显示系统的控制，可通过射频遥控“机顶盒”或Monitor实现，“机顶盒”与Monitor之间可以通过DP的aux通道互传控制信息。用户可选配不同型号的“机顶盒”（价格相对Monitor便宜的多）与Monitor搭配，即使发生DTV制式的升级或更改（如MPEG2改成H.264），也不用更换价值相对巨大的Monitor（显示终端）。进而，这样的“机顶盒”可具有多路分配功能，可以一拖多个Monior，实现家庭内的多显示终端同时观看。
　　如果，这样一种显示系统可以推广普及，相应的视频ASIC的产业结构也必然发生调整。TCON与Controller将集成，AFE和HDMI等接口以及Video decoder、DTV decoder等解码部件将呈现独立产品状态。