時序控制器
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顯示真實世界 Xilinx發表FPGA時序控制器解決方案
近年來，感光元件與顯示器持續發展高動態範圍(High Dynamic Range, HDR)技術，希望呈現更貼近人眼所觀察到的真實世界，業界晶片、顯示面板、PC、系統廠商均參與制定HDR標準。在同一個場景，人眼可以感受到的明暗變化範圍較大，相較於目前的感光元件能夠看到更明亮的光位、更深黯的暗位，以及最亮與最暗的明顯對比，賽靈思(Xilinx)發表FPGA時序控制器(Timing Controller, TCON)解決方案，提供顯示器廠商更豐富的顯示效果。
圖1 高動態範圍HDR是結合廣色域WCG與高亮度範圍HLR
為了呈現更貼近人眼所觀察到的真實世界，忠實表現出從太陽光射到無光射陰影處這樣大的範圍，各家影音製造廠商無一不以提高影像的動態範圍為目標，Xilinx大中華區核心市場事業部市場及業務開發總監酆毅表示，HDR可以還原更多的圖像細節，在較暗色度區域獲取更多的細節表現，顯示出更多的深度和內容。
酆毅強調，HDR的概念，非常容易被誤解為高對比或高亮度，但真正的HDR應該是廣色域加上高亮度範圍，事實上是一個二維色度範圍，再加上一個一維的亮度範圍，兩個整合在一起，變成三維的概念。以圖1(左)為例，傳統的高解析顯示器所能看到的是REC709，是這個圖裡最小的三角形。但是UHD或者4K，是外部這個更大的三角形。到了8K，或者REC2020，能看到的是更大的三角形。對於亮度範圍，一般稱為伽馬曲線，對於攝影機的採集內容，實際上是一個光電傳輸函數，對於顯示器來說，是一個電光傳輸函數，所謂的光電轉換和電光轉換，正好是相輔相成相轉換的。
不同的顯示技術有自己的電光轉換曲線，與顏色表現曲線，以目前主要的三種顯示技術LCD、OLED、MicroLED為例，酆毅提到，OLED的亮度約800nits，MicroLED則可以做到4000nits，量子點可以做到1000nits。但是對於黑色表現來說，OLED可以做到接近於0或0.0001，但是量子點或LCD螢幕，則可能做到0.005，也就是說每一種螢幕的色度空間和亮度範圍，動態範圍是不一樣的，可以把它分解成兩部分，一個是亮度轉換，另外一個是顏色轉換。
顯示器基於其顯示原理與技術架構，都必須要進行顏色轉換，面對不同的顯示技術，必須解決TCON晶片裡面的色調映射和色量轉換問題，而這個轉換是根據每個顯示技術的不同，螢幕的種類不同和每個面板廠的設計不同而有所差別。酆毅指出，由於FPGA邏輯的可程式設計性，不管是LCD的演算法、OLED演算法、MicroLED演算法，FPGA TCON可以搭配任何面板、背光與介面。
TCON的影像處理就是色域色調的轉換，有些TCON還會整合圖像的縮放功能，比如說smart TCON。傳統的TCON架構是四級的設計，包括三個晶片；搭配FPGA的TCON設計，結構可以簡化成三級，少掉V-by-One晶片，只剩下兩個晶片，可以在FPGA設計裡完全被剔除掉，可以簡化智慧電視的設計。