【導讀】乍一看，今天的汽車(chē)看起來(lái)跟幾十年前的汽車(chē)沒(méi)什么差別，但事實(shí)并非如此。車(chē)艙內、引擎蓋下甚至輪胎內都隱藏這巨大的變化，可謂到處都有進(jìn)步。
乍一看，今天的汽車(chē)看起來(lái)跟幾十年前的汽車(chē)沒(méi)什么差別，但事實(shí)并非如此。車(chē)艙內、引擎蓋下甚至輪胎內都隱藏這巨大的變化，可謂到處都有進(jìn)步。
當前的一個(gè)趨勢是向軟件定義車(chē)輛發(fā)展，對車(chē)輛的許多功能和特性的控制是集中式的。實(shí)現方式是利用微處理器、傳感器和軟件算法來(lái)增強車(chē)輛性能、功能和用戶(hù)體驗。軟件定義車(chē)輛的一些關(guān)鍵方面包括集中計算、無(wú)線(xiàn)（OTA）更新和云通信。
然后就是車(chē)輛的電氣化。這是指用電子元件替換或補充傳統機械元件的過(guò)程。其中最顯而易見(jiàn)的就是電機?；旌蟿?dòng)力車(chē)型是向電動(dòng)汽車(chē)（EV）的過(guò)渡的主要階段，這類(lèi)汽車(chē)同時(shí)擁有燃油發(fā)動(dòng)機和電機，最后持續發(fā)展到僅由電動(dòng)機驅動(dòng)。由于沒(méi)有廢氣排放，電動(dòng)汽車(chē)更環(huán)保，而且減少了人們對化石燃料的依賴(lài)，有助于全球ESG治理。
軟件定義和電動(dòng)汽車(chē)的下一階段就是自動(dòng)駕駛汽車(chē)。同樣，隨著(zhù)高級駕駛輔助系統（ADAS）功能的不斷完善，這也是分步實(shí)現的。當今的ADAS系統利用傳感器、攝像頭、雷達和其他組件來(lái)監控車(chē)輛周?chē)h(huán)境、收集數據并協(xié)助駕駛員。這些系統提供實(shí)時(shí)反饋、警告和干預措施，減少道路上的潛在危險。目前常見(jiàn)的ADAS功能包括自適應巡航控制、車(chē)道偏離警告、自動(dòng)緊急制動(dòng)、盲點(diǎn)檢測和停車(chē)輔助系統。隨著(zhù)這些功能承擔更多的責任，汽車(chē)的計算系統完全控制車(chē)輛的一天終將到來(lái)。
下一代汽車(chē)顯示屏無(wú)處不在
然后是“娛樂(lè )”功能，就現代汽車(chē)而言，這意味著(zhù)集成下一代智能手機的所有功能，例如Wi-Fi、藍牙、GPS、流媒體音頻和視頻等。為了提供這些功能，整車(chē)的不同位置都需要適當的顯示屏，包括中央娛樂(lè )中心、儀表盤(pán)、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 )認為OLED（有機LED）是最理所當然的選擇，因為車(chē)輛內的照明條件跨度很大，從強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(wèn)題，不同顏色會(huì )以不同的速率老化，隨著(zhù)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 )堅持使用能久經(jīng)考驗的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(chē)溫度環(huán)境中表現出的可靠性。LCD的使用壽命通常也比OLED更長(cháng)。OLED中使用的有機材料會(huì )隨著(zhù)時(shí)間的推移而降解，這可能導致殘影和色彩偏移。而LCD不易出現此類(lèi)問(wèn)題，并且可以在較長(cháng)時(shí)間內保持其圖像質(zhì)量。
此外，出于多種原因，設計人員需要最大程度降低汽車(chē)顯示器的延遲。它們會(huì )影響駕駛員安全，車(chē)輛中多個(gè)顯示器的不同步問(wèn)題也會(huì )影響用戶(hù)體驗。
局部調光
標準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(kāi)或關(guān)閉來(lái)控制通過(guò)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(xiàn)也會(huì )泄漏，導致黑色不完美，對比度降低。
消費者已經(jīng)習慣了智能手機和電視的高對比度顯示屏，汽車(chē)顯示屏也必須達到這一標準。局部調光是產(chǎn)生消費者所期望的高對比度、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(zhù)汽車(chē)使用更多、更高質(zhì)量的LCD，局部調光技術(shù)也在汽車(chē)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。局部調光旨在通過(guò)選擇性調暗或關(guān)閉屏幕背光的某些區域來(lái)增強對比度并改善黑電平。這是通過(guò)將背光劃分為多個(gè)區域實(shí)現的。每個(gè)區域都可以獨立控制以調整其亮度或完全關(guān)閉。當圖像的特定部分需要較暗的區域時(shí)，局部調光算法會(huì )降低該區域的背光強度，從而有效地使相應的像素變暗。
局部調光技術(shù)主要有兩種類(lèi)型，全陣列式（full-array）和側光式（edge-lit）。側光式局部調光方案中，LED位于顯示面板的邊緣，使用光導或漫射器照亮整個(gè)屏幕，并通過(guò)動(dòng)態(tài)調整邊緣不同LED的亮度來(lái)實(shí)現局部調光。全陣列局部調光在LCD 面板后面使用了一組LED，可提供更精確的控制并產(chǎn)生更好的對比度和黑電平。LED分為多個(gè)區域，可以單獨調暗或關(guān)閉。采用的分區數量直接影響性能，但會(huì )使設計更加復雜。
汽車(chē)應用中的局部調光是一個(gè)計算密集型功能，因為所需的算法相對復雜。除了考慮各個(gè)分區外，軟件還必須持續監控照明條件，它會(huì )隨著(zhù)汽車(chē)的行駛而不斷變化，如白天和黑暗、不同的天氣條件、通過(guò)隧道等。
局部調光算法會(huì )根據檢測到的環(huán)境光水平，相應地調整顯示器的背光。此外，算法還必須監控正在顯示的內容，并根據內容中的特定元素相應調整亮度和對比度。減少眩光也是一個(gè)關(guān)鍵因素，因為來(lái)自外部光源（如陽(yáng)光或迎面而來(lái)的大燈）的眩光會(huì )影響顯示器的可見(jiàn)度。局部調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數的LCD優(yōu)化方案，這是一種使用傅里葉級數分析原理來(lái)優(yōu)化顯示器輸出的技術(shù)。這種方法涉及分析目標信號的輸出特性，例如強度和顏色分布，然后確定適當的電信號來(lái)驅動(dòng)顯示器以實(shí)現這些特性。
同樣的局部調光技術(shù)可用于汽車(chē)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(chē)的速度，導航指令或警告。HUD的局部調光不僅增強了可視性，還消除了所謂的“明信片效果”，提供更加無(wú)縫的體驗。
對人工智能的依賴(lài)
與當今許多設計領(lǐng)域一樣，人工智能已經(jīng)影響了局部調光的各個(gè)方面，特別是所謂的“深度可控背光調光”。這種方案可以分析內容，做出明智的決策，并動(dòng)態(tài)調整背光來(lái)提高圖像質(zhì)量，改善用戶(hù)體驗。AI算法根據不同的顯示內容和照明條件不斷調整背光。AI和ML模型可以快速分析和響應內容的變化，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(guò)提高圖像質(zhì)量和減少偽影來(lái)增強用戶(hù)體驗。利用人工智能和機器學(xué)習（ML），算法可以適應不同的內容類(lèi)型，如視頻、游戲或文本，并相應地優(yōu)化背光，提供視覺(jué)上令人愉悅和舒適的觀(guān)看體驗。
FPGA實(shí)現局部調光
FPGA是在汽車(chē)LCD面板中實(shí)現局部調光的絕佳選擇，原因有很多，其中包括：
? 實(shí)時(shí)處理能力。汽車(chē)LCD面板中的局部調光需要FPGA提供的快速響應處理，從而分析內容、調整背光區域和控制LED亮度。
? AI和ML。FPGA提供了運行這些復雜算法所需的算力。
? 定制和靈活性。設計人員可以借助FPGA的特性，實(shí)現汽車(chē)LCD局部調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(mǎi)/O，這是支持面板顯示大量?jì)热菟匦璧摹?/p>
? 資源優(yōu)化。設計人員可以分配專(zhuān)門(mén)的硬件資源，即使用FPGA大量的I/O以及本地存儲空間用于局部調光操作，這些存儲器可以有效地處理局部調光所涉及的復雜計算。
? 高度可靠。汽車(chē)應用需要穩定可靠的解決方案，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(lái)。汽車(chē)顯示器和局部調光算法會(huì )不斷發(fā)展。FPGA提供適應性和可升級選項，允許實(shí)現新算法、控制策略或系統增強功能。此外，FPGA還支持輕松遷移，以及靈活選擇LCD和LED背光控制器供應商。
萊迪思半導體FPGA提供實(shí)現汽車(chē)LCD局部調光應用所需的所有特性和規格，包括低功耗、小封裝尺寸、可擴展性、合適的工藝節點(diǎn)和足夠的穩定性。萊迪思DriveTM支持FPGA快速運用于汽車(chē)應用，并且作為萊迪思首款汽車(chē)市場(chǎng)解決方案集合，非常適配針對汽車(chē)應用進(jìn)行優(yōu)化的低功耗、小型FPGA。
萊迪思Drive的首個(gè)版本的側重于顯示器接口和處理，它提供參考設計和演示、定制設計服務(wù)、軟件工具、IP核和硬件平臺。
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(guò)單根線(xiàn)纜以高分辨率和刷新率連接多個(gè)屏幕。CertusPro-NX具有可擴展性和適應性，支持多個(gè)區域和不同的面板，并允許控制各種LED驅動(dòng)器IC。
只需一片萊迪思CertusPro-NX FPGA器件就可以處理實(shí)現汽車(chē)LCD面板局部調光方案的幾乎所有功能。如果需要，Nexus FPGA平臺可實(shí)現甚至數千個(gè)分區。
設計人員目前在此應用中面臨的一個(gè)關(guān)鍵挑戰包括需要控制的大量LED、沒(méi)有標準的LED驅動(dòng)器接口以及不同的電路板設計和布局。萊迪思Nexus? FPGA平臺擁有更高精度的掃描線(xiàn)切換時(shí)序控制、豐富的I/O接口組合、對大多數LED驅動(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(wèn)題。
圖中展示了萊迪思與Parretto和Lincoln Technologies Solutions合作設計和創(chuàng )建的DisplayPort、視頻縮放器和局部調光演示。
萊迪思構建的演示清楚地展示了局部調光的工作原理。它圍繞Raspberry Pi開(kāi)發(fā)板，通過(guò)GPIO將720p 50Hz視頻流式傳輸到萊迪思CertusPro-NX FPGA。內部視頻縮放器獲取該視頻數據，并將其放大到 2160p（50 Hz）。同時(shí)，局部調光功能可動(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）格式將其流式傳輸到4K像素面板。最后，面板顯示該視頻，同時(shí)全LED陣列背光處于持續控制之中。
綜上所述，萊迪思Nexus平臺用于汽車(chē)局部調光應用的原因有很多。它包括了一個(gè)經(jīng)濟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位內部處理精度等。
相信領(lǐng)導者的力量
作為低功耗可編程器件的領(lǐng)先供應商，萊迪思樹(shù)立了低功耗、小尺寸FPGA的性能和功耗標準。萊迪思致力于發(fā)揚為客戶(hù)提供支持和咨詢(xún)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，將設計軟件和現成的軟IP模塊與評估板、套件和參考設計相結合。了解有關(guān)萊迪思Nexus平臺或其萊迪思Drive的更多信息，請聯(lián)系您當地的萊迪思銷(xiāo)售代表。
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