高清是如今顯示技術(shù)發(fā)展的一個(gè)方向和重點(diǎn)，無(wú)論是前投影還是背投影技術(shù)，高清都已經(jīng)成為發(fā)展主題之一，HD芯片就是TI為滿足高清需求，專門為家庭影院投影機(jī)和DLP背投電視推出的高清DMD芯片，歷經(jīng)5年的發(fā)展，HD芯片已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。
HD的演進(jìn)之路
HD1 DMD芯片是第一代HD芯片，其微鏡反轉(zhuǎn)角度為10度，分辨率為1280×
720，可以滿足720P的高清顯示需求，畫面比為16：9，控制了畫面的光暈（Halo
Effect）效應(yīng)。
2002年，TI推出了HD2 DMD芯片，其微鏡反轉(zhuǎn)角度為12度，分辨率仍為1280×
720，采用了由TIA/EIA-644定義的全新LVDS（Low Voltage Differential
Signaling）數(shù)字節(jié)口標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)符合IEEE 1596.3，可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)字成像，提高了圖像的細(xì)致度和降低視頻數(shù)字噪聲。另外對(duì)光泄漏現(xiàn)象進(jìn)行強(qiáng)化處理，在提高對(duì)比度的同時(shí)保持高亮度，使投影畫面顏色豐富，細(xì)節(jié)明顯。
2003年9月，TI推出了HD2芯片的升級(jí)產(chǎn)品HD2+，其尺寸為0.85英寸，分辨率為1280×720。HD2+將微鏡表明處理得更平坦，提高了亮度，減少了光散射，同時(shí)可以使得圖像的黑色部分表現(xiàn)的更加完美，對(duì)比度有很大提高，理論上采用HD2+芯片的產(chǎn)品在全開/關(guān)狀態(tài)下的對(duì)比度能夠從2800：1提升到4000：1。
HD2+ 芯片微鏡反轉(zhuǎn)角度為12度。同時(shí)，支撐微鏡片的結(jié)合部分的支撐柱變得更細(xì)，構(gòu)成畫面的每個(gè)點(diǎn)矩陣的中央的黑點(diǎn)比HD2芯片小很多，使得投影畫面在一定程度上有效消除了“晶格”效應(yīng)，一直困擾單片DLP產(chǎn)品的黑場(chǎng)下的圖像噪音抖動(dòng)現(xiàn)象得到明顯的改善。
目前，HD2+ DMD芯片技術(shù)和制作工藝已經(jīng)比較成熟，中高端家庭影院DLP投影機(jī)使用大部分為HD2+
DMD芯片。
HD3尺寸縮小為0.55英寸，有效的降低生產(chǎn)成本，微鏡反轉(zhuǎn)角度為12度，它的分辨率為1280×720，HD3芯片的技術(shù)進(jìn)步主要有：是使用新的黑色涂層，是黑色相位更真實(shí)深沉；是微鏡之間的距離更短，像素密度提升；芯片運(yùn)算速度提高，使動(dòng)態(tài)化變更為流暢。
xHD3是TI在2004年推出的最新一代芯片，與HD2+的技術(shù)指標(biāo)相同，分辨率提高到了1920×1080，可是滿足1080P的高清需求，通過(guò)Dynamic
Black（動(dòng)態(tài)黑色補(bǔ)償）技術(shù)實(shí)現(xiàn)理論5000：1的對(duì)比度。
在HD3和xHD3中都實(shí)用了菱形DMD網(wǎng)格和SmoothPicture技術(shù)，從而使高清圖像顯示更平滑、精細(xì)。
菱形DMD陣列
在HD1、HD2和HD2+的DMD中，TI使用了直角的像素陣列以獲得1280×720圖像。直角陣列使用了1:1的圖像像素來(lái)映射顯示比例。這意味著每一個(gè)精微鏡面負(fù)責(zé)顯示一個(gè)像素（如圖1）。
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| 圖1 HD2+、HD2和HD1
DMD使用的直角像素排列方式 |
為了實(shí)現(xiàn)提高分辨率并降低系統(tǒng)成本的目標(biāo)，德州儀器公司開發(fā)出了一種創(chuàng)新的DMD。這一全新的DMD使用了一種偏置的菱形像素排列方式，精微鏡面相對(duì)于直角DMD旋轉(zhuǎn)了45度（如圖2）。
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| 圖2 HD3和xHD3 DMD使用的偏置菱形像素排列方式. |
新的DMD菱形陣列支持1080p設(shè)備的1920×1080分辨率，具有960對(duì)列和540對(duì)行（一對(duì)行包括一行黑和一行白）。這樣在損失一些對(duì)角分辨率的情況下，只要用直角陣列一半的像素就可以顯示1920×1080的圖像。使用菱形陣列后，1080p
DMD芯片的尺寸與HD2 720p
芯片相當(dāng)，這樣就能節(jié)省成本基礎(chǔ)上提升圖像垂直和水平的分辨率。
SmoothPicture技術(shù)
菱形DMD陣列有效地降低了系統(tǒng)的成本，但是單靠它不足以在屏幕上再現(xiàn)原始圖像的所有像素。原始圖像必須過(guò)濾掉一半像素才能在DMD上顯示。SmoothPicture技術(shù)將菱形DMD陣列和光學(xué)驅(qū)動(dòng)器連接起來(lái)，在屏幕上顯示包含原始圖像所有像素信息的完整分辨率的圖像。
有了SmoothPicture，光學(xué)驅(qū)動(dòng)器在水平方向上位移了DMD圖像，并在DMD上同時(shí)顯示獨(dú)立的兩個(gè)亞幀幀數(shù)據(jù)（如圖3）。如圖4中每一幀視頻信號(hào)都被分為兩個(gè)獨(dú)立的亞幀，一個(gè)包含所有奇數(shù)位像素信息，另一個(gè)包含所有偶數(shù)位像素信息。16ms的視頻掃描時(shí)間被細(xì)分為兩個(gè)8ms的亞掃描時(shí)間。在第一個(gè)亞掃描時(shí)間段內(nèi)，奇數(shù)位的數(shù)據(jù)被顯示。在第二個(gè)亞掃描時(shí)端開始時(shí)，驅(qū)動(dòng)器將DMD圖像水平移動(dòng)1/2個(gè)像素，然后顯示偶數(shù)位數(shù)據(jù)。這樣屏幕上顯示的圖像就包含了原始圖像中所有的像素信息，而且在一個(gè)60Hz的視頻掃描時(shí)間內(nèi)完成。
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圖3 SmoothPicture技術(shù)的光路示意圖 |
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圖4 將偏置菱形DMD移動(dòng)1/2個(gè)像素 |
盡管使用了菱形網(wǎng)格的DMD，水平位移的方法再現(xiàn)了高清圖像幀中原始的直角陣列。1/2像素位移的額外好處在于它有效地柔化了像素的邊緣。在靜態(tài)直角顯示中（使用一個(gè)微鏡對(duì)應(yīng)一個(gè)像素的顯示比例），鏡面的邊緣清晰可見，造成了某些顯示技術(shù)中常見的屏幕門效應(yīng)。使用SmoothPicture后，這一現(xiàn)象得到了抑制，使圖像更加精細(xì)。
有效的SmoothPicture顯示分辨率
一個(gè)顯示設(shè)備的有效分辨率取決于顯示系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)，或者稱為MTF
(Modulation Transfer Function)。
一個(gè)顯示系統(tǒng)的MTF就是測(cè)量其空間頻率響應(yīng)。定量測(cè)量相對(duì)于DC（平場(chǎng)）的顯示對(duì)比度，某一給定空間頻率的顯示對(duì)比度。MTF一般以每單位距離內(nèi)的線對(duì)來(lái)測(cè)量，一個(gè)線對(duì)包含一條亮線和一條暗線。空間頻率高則，對(duì)應(yīng)圖像細(xì)節(jié)多，圖像顯示的細(xì)節(jié)越多，圖像就越銳利。在SmoothPicture技術(shù)的開發(fā)過(guò)程中，德州儀器公司參照1080p背投電視顯示的其他技術(shù)評(píng)價(jià)了SmoothPicture的MTF表現(xiàn)。圖5對(duì)比了基于SmoothPicture的1080p
DLP顯示技術(shù)的MTF和兩個(gè)領(lǐng)先的基于LCOS的1080p背投電視的MTF。請(qǐng)注意DLP顯示曲線的空間頻率起點(diǎn)較高，表明它能夠有效地將1920
x 1080的圖像分辨率轉(zhuǎn)換成有效的視覺(jué)分辨率。
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圖5 標(biāo)準(zhǔn)化MTF的比較 |
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德州儀器DLP高清顯示芯片技術(shù)綜述