乍一看，今天的汽車看起來跟幾十年前的汽車沒什么差別，但事實(shí)并非如此。車艙內(nèi)、引擎蓋下甚至輪胎內(nèi)都隱藏這巨大的變化，可謂到處都有進(jìn)步。
當(dāng)前的一個(gè)趨勢是向軟件定義車輛發(fā)展，對(duì)車輛的許多功能和特性的控制是集中式的。實(shí)現(xiàn)方式是利用微處理器、傳感器和軟件算法來增強(qiáng)車輛性能、功能和用戶體驗(yàn)。軟件定義車輛的一些關(guān)鍵方面包括集中計(jì)算、無線(OTA)更新和云通信。
然后就是車輛的電氣化。這是指用電子元件替換或補(bǔ)充傳統(tǒng)機(jī)械元件的過程。其中最顯而易見的就是電機(jī)。混合動(dòng)力車型是向電動(dòng)汽車(EV)的過渡的主要階段，這類汽車同時(shí)擁有燃油發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)，最后持續(xù)發(fā)展到僅由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。由于沒有廢氣排放，電動(dòng)汽車更環(huán)保，而且減少了人們對(duì)化石燃料的依賴，有助于全球ESG治理。
軟件定義和電動(dòng)汽車的下一階段就是自動(dòng)駕駛汽車。同樣，隨著高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)功能的不斷完善，這也是分步實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)今的ADAS系統(tǒng)利用傳感器、攝像頭、雷達(dá)和其他組件來監(jiān)控車輛周圍環(huán)境、收集數(shù)據(jù)并協(xié)助駕駛員。這些系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)反饋、警告和干預(yù)措施，減少道路上的潛在危險(xiǎn)。目前常見的ADAS功能包括自適應(yīng)巡航控制、車道偏離警告、自動(dòng)緊急制動(dòng)、盲點(diǎn)檢測和停車輔助系統(tǒng)。隨著這些功能承擔(dān)更多的責(zé)任，汽車的計(jì)算系統(tǒng)完全控制車輛的一天終將到來。
下一代汽車顯示屏無處不在
然后是“娛樂”功能，就現(xiàn)代汽車而言，這意味著集成下一代智能手機(jī)的所有功能，例如Wi-Fi、藍(lán)牙、GPS、流媒體音頻和視頻等。為了提供這些功能，整車的不同位置都需要適當(dāng)?shù)娘@示屏，包括中央娛樂中心、儀表盤、平視顯示器(HUD)和后座顯示器。有時(shí)制造商還會(huì)部署顯示器作為后視鏡的替代。
談到這些顯示器時(shí)，你可能會(huì)認(rèn)為OLED(有機(jī)LED)是最理所當(dāng)然的選擇，因?yàn)檐囕v內(nèi)的照明條件跨度很大，從強(qiáng)光直射到近乎完全黑暗，視角范圍也很大，從直視到大角度斜視。但是雖然OLED可以提供很高的對(duì)比度，但與背光LCD相比，它們亮度不夠。此外，眾所周知，OLED會(huì)遇到壽命問題，不同顏色會(huì)以不同的速率老化，隨著時(shí)間的推移影響圖像質(zhì)量。
出于其中一些原因，制造商會(huì)堅(jiān)持使用能久經(jīng)考驗(yàn)的LCD屏，它們具有各種尺寸和分辨率。一個(gè)重要的考慮因素顯然是成本，LCD的價(jià)值在于其成熟的制造工藝和在惡劣的汽車溫度環(huán)境中表現(xiàn)出的可靠性。LCD的使用壽命通常也比OLED更長。OLED中使用的有機(jī)材料會(huì)隨著時(shí)間的推移而降解，這可能導(dǎo)致殘影和色彩偏移。而LCD不易出現(xiàn)此類問題，并且可以在較長時(shí)間內(nèi)保持其圖像質(zhì)量。
此外，出于多種原因，設(shè)計(jì)人員需要最大程度降低汽車顯示器的延遲。它們會(huì)影響駕駛員安全，車輛中多個(gè)顯示器的不同步問題也會(huì)影響用戶體驗(yàn)。
局部調(diào)光
標(biāo)準(zhǔn)LCD顯示屏通常使用背光，背光是位于液晶層后面的均勻光源。為了創(chuàng)建圖像，液晶打開或關(guān)閉來控制通過每個(gè)像素的光量。然而，即使處于關(guān)閉狀態(tài)，背光的一些光線也會(huì)泄漏，導(dǎo)致黑色不完美，對(duì)比度降低。
消費(fèi)者已經(jīng)習(xí)慣了智能手機(jī)和電視的高對(duì)比度顯示屏，汽車顯示屏也必須達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)。局部調(diào)光是產(chǎn)生消費(fèi)者所期望的高對(duì)比度、絢麗圖像的一種流行選擇，這在較差的照明環(huán)境中尤其有益。
隨著汽車使用更多、更高質(zhì)量的LCD，局部調(diào)光技術(shù)也在汽車中發(fā)揮越來越重要的作用。局部調(diào)光旨在通過選擇性調(diào)暗或關(guān)閉屏幕背光的某些區(qū)域來增強(qiáng)對(duì)比度并改善黑電平。這是通過將背光劃分為多個(gè)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)的。每個(gè)區(qū)域都可以獨(dú)立控制以調(diào)整其亮度或完全關(guān)閉。當(dāng)圖像的特定部分需要較暗的區(qū)域時(shí)，局部調(diào)光算法會(huì)降低該區(qū)域的背光強(qiáng)度，從而有效地使相應(yīng)的像素變暗。
局部調(diào)光技術(shù)主要有兩種類型，全陣列式(full-array)和側(cè)光式(edge-lit)。側(cè)光式局部調(diào)光方案中，LED位于顯示面板的邊緣，使用光導(dǎo)或漫射器照亮整個(gè)屏幕，并通過動(dòng)態(tài)調(diào)整邊緣不同LED的亮度來實(shí)現(xiàn)局部調(diào)光。全陣列局部調(diào)光在LCD 面板后面使用了一組LED，可提供更精確的控制并產(chǎn)生更好的對(duì)比度和黑電平。LED分為多個(gè)區(qū)域，可以單獨(dú)調(diào)暗或關(guān)閉。采用的分區(qū)數(shù)量直接影響性能，但會(huì)使設(shè)計(jì)更加復(fù)雜。
汽車應(yīng)用中的局部調(diào)光是一個(gè)計(jì)算密集型功能，因?yàn)樗璧乃惴ㄏ鄬?duì)復(fù)雜。除了考慮各個(gè)分區(qū)外，軟件還必須持續(xù)監(jiān)控照明條件，它會(huì)隨著汽車的行駛而不斷變化，如白天和黑暗、不同的天氣條件、通過隧道等。
局部調(diào)光算法會(huì)根據(jù)檢測到的環(huán)境光水平，相應(yīng)地調(diào)整顯示器的背光。此外，算法還必須監(jiān)控正在顯示的內(nèi)容，并根據(jù)內(nèi)容中的特定元素相應(yīng)調(diào)整亮度和對(duì)比度。減少眩光也是一個(gè)關(guān)鍵因素，因?yàn)閬碜酝獠抗庠?如陽光或迎面而來的大燈)的眩光會(huì)影響顯示器的可見度。局部調(diào)光算法可最大程度地減少眩光并提高可視度。
一些制造商正在采用基于傅里葉級(jí)數(shù)的LCD優(yōu)化方案，這是一種使用傅里葉級(jí)數(shù)分析原理來優(yōu)化顯示器輸出的技術(shù)。這種方法涉及分析目標(biāo)信號(hào)的輸出特性，例如強(qiáng)度和顏色分布，然后確定適當(dāng)?shù)碾娦盘?hào)來驅(qū)動(dòng)顯示器以實(shí)現(xiàn)這些特性。
同樣的局部調(diào)光技術(shù)可用于汽車的平視顯示器(HUD)，這些顯示器通常用于將駕駛信息投射到擋風(fēng)玻璃上，例如汽車的速度，導(dǎo)航指令或警告。HUD的局部調(diào)光不僅增強(qiáng)了可視性，還消除了所謂的“明信片效果”，提供更加無縫的體驗(yàn)。
對(duì)人工智能的依賴
與當(dāng)今許多設(shè)計(jì)領(lǐng)域一樣，人工智能已經(jīng)影響了局部調(diào)光的各個(gè)方面，特別是所謂的“深度可控背光調(diào)光”。這種方案可以分析內(nèi)容，做出明智的決策，并動(dòng)態(tài)調(diào)整背光來提高圖像質(zhì)量，改善用戶體驗(yàn)。AI算法根據(jù)不同的顯示內(nèi)容和照明條件不斷調(diào)整背光。AI和ML模型可以快速分析和響應(yīng)內(nèi)容的變化，確保背光優(yōu)化并與顯示的圖像同步。
這些相同的算法可以通過提高圖像質(zhì)量和減少偽影來增強(qiáng)用戶體驗(yàn)。利用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)，算法可以適應(yīng)不同的內(nèi)容類型，如視頻、游戲或文本，并相應(yīng)地優(yōu)化背光，提供視覺上令人愉悅和舒適的觀看體驗(yàn)。
FPGA實(shí)現(xiàn)局部調(diào)光
FPGA是在汽車LCD面板中實(shí)現(xiàn)局部調(diào)光的絕佳選擇，原因有很多，其中包括：
· 實(shí)時(shí)處理能力。汽車LCD面板中的局部調(diào)光需要FPGA提供的快速響應(yīng)處理，從而分析內(nèi)容、調(diào)整背光區(qū)域和控制LED亮度。
· AI和ML。FPGA提供了運(yùn)行這些復(fù)雜算法所需的算力。
· 定制和靈活性。設(shè)計(jì)人員可以借助FPGA的特性，實(shí)現(xiàn)汽車LCD局部調(diào)光要求的自定義算法和控制策略。
· 高速接口。FPGA通常支持一系列高速I/O，這是支持面板顯示大量內(nèi)容所必需的。
· 資源優(yōu)化。設(shè)計(jì)人員可以分配專門的硬件資源，即使用FPGA大量的I/O以及本地存儲(chǔ)空間用于局部調(diào)光操作，這些存儲(chǔ)器可以有效地處理局部調(diào)光所涉及的復(fù)雜計(jì)算。
· 高度可靠。汽車應(yīng)用需要穩(wěn)定可靠的解決方案，能夠承受惡劣的環(huán)境條件、溫度變化以及沖擊和振動(dòng)。
· 面向未來。汽車顯示器和局部調(diào)光算法會(huì)不斷發(fā)展。FPGA提供適應(yīng)性和可升級(jí)選項(xiàng)，允許實(shí)現(xiàn)新算法、控制策略或系統(tǒng)增強(qiáng)功能。此外，F(xiàn)PGA還支持輕松遷移，以及靈活選擇LCD和LED背光控制器供應(yīng)商。
萊迪思半導(dǎo)體FPGA提供實(shí)現(xiàn)汽車LCD局部調(diào)光應(yīng)用所需的所有特性和規(guī)格，包括低功耗、小封裝尺寸、可擴(kuò)展性、合適的工藝節(jié)點(diǎn)和足夠的穩(wěn)定性。萊迪思DriveTM支持FPGA快速運(yùn)用于汽車應(yīng)用，并且作為萊迪思首款汽車市場解決方案集合，非常適配針對(duì)汽車應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化的低功耗、小型FPGA。
萊迪思Drive的首個(gè)版本的側(cè)重于顯示器接口和處理，它提供參考設(shè)計(jì)和演示、定制設(shè)計(jì)服務(wù)、軟件工具、IP核和硬件平臺(tái)。
例如，萊迪思Nexus CertusPro-NX? FPGA支持靈活的接口，包括最高HBR3(8.1gbps)的DisplayPort，通過單根線纜以高分辨率和刷新率連接多個(gè)屏幕。CertusPro-NX具有可擴(kuò)展性和適應(yīng)性，支持多個(gè)區(qū)域和不同的面板，并允許控制各種LED驅(qū)動(dòng)器IC。
只需一片萊迪思CertusPro-NX FPGA器件就可以處理實(shí)現(xiàn)汽車LCD面板局部調(diào)光方案的幾乎所有功能。
如果需要，Nexus FPGA平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)甚至數(shù)千個(gè)分區(qū)。
設(shè)計(jì)人員目前在此應(yīng)用中面臨的一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)包括需要控制的大量LED、沒有標(biāo)準(zhǔn)的LED驅(qū)動(dòng)器接口以及不同的電路板設(shè)計(jì)和布局。萊迪思Nexus? FPGA平臺(tái)擁有更高精度的掃描線切換時(shí)序控制、豐富的I/O接口組合、對(duì)大多數(shù)LED驅(qū)動(dòng)器IC的支持以及重新映射LED矩陣的能力，這些特性都有助于解決上述問題。
圖中展示了萊迪思與Parretto和Lincoln Technologies Solutions合作設(shè)計(jì)和創(chuàng)建的DisplayPort、視頻縮放器和局部調(diào)光演示。
萊迪思構(gòu)建的演示清楚地展示了局部調(diào)光的工作原理。它圍繞Raspberry Pi開發(fā)板，通過GPIO將720p 50Hz視頻流式傳輸?shù)饺R迪思CertusPro-NX FPGA。內(nèi)部視頻縮放器獲取該視頻數(shù)據(jù)，并將其放大到 2160p(50 Hz)。同時(shí)，局部調(diào)光功能可動(dòng)態(tài)控制面板的全 LED 陣列背光。然后DisplayPort發(fā)送器IP獲取放大后的視頻，并以HBR2(4通道)格式將其流式傳輸?shù)?K像素面板。最后，面板顯示該視頻，同時(shí)全LED陣列背光處于持續(xù)控制之中。
綜上所述，萊迪思Nexus平臺(tái)用于汽車局部調(diào)光應(yīng)用的原因有很多。它包括了一個(gè)經(jīng)濟(jì)高效的單芯片解決方案，可最大限度地提高靈活性，支持所有流行的視頻接口，包括LVDS、eDP、MIPI和V-by-One等，還支持低處理延遲、8.1 Gbit/s傳輸，12位內(nèi)部處理精度等。
相信領(lǐng)導(dǎo)者的力量
作為低功耗可編程器件的領(lǐng)先供應(yīng)商，萊迪思樹立了低功耗、小尺寸FPGA的性能和功耗標(biāo)準(zhǔn)。萊迪思致力于發(fā)揚(yáng)為客戶提供支持和咨詢的企業(yè)文化，有助于其保持行業(yè)領(lǐng)先地位。
萊迪思提供基于Nexus的創(chuàng)新解決方案，將設(shè)計(jì)軟件和現(xiàn)成的軟IP模塊與評(píng)估板、套件和參考設(shè)計(jì)相結(jié)合。了解有關(guān)萊迪思Nexus平臺(tái)或其萊迪思Drive的更多信息，請聯(lián)系您當(dāng)?shù)氐娜R迪思銷售代表。
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上海萊迪思半導(dǎo)體有限公司是全球低功耗FPGA的領(lǐng)先供應(yīng)商，我們?yōu)椴粩嘣鲩L的通信、計(jì)算、工業(yè)、汽車和消費(fèi)市場客戶提供從網(wǎng)絡(luò)邊緣到云端的各類解決方案。上海萊迪思自1993年設(shè)立上海研發(fā)中心至今已擁有成熟的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，在上海、深圳、北京、西安和成都設(shè)有銷售和技術(shù)支持辦公室，我們的分銷商遍及30多個(gè)省市，為我們的客戶提供最可靠、專業(yè)的服務(wù)。我們的技術(shù)、長期的合v作伙伴關(guān)系以及世界一流的技術(shù)支持，使我們的客戶能夠快速、輕松地開啟創(chuàng)新之旅，創(chuàng)造一個(gè)智能、安全和互連的世界。
（萊迪思）
