高清是如今顯示技術(shù)發(fā)展的一個方向和重點，無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)取得了長足的進步。
HD的演進之路
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。
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)口標準，同時符合IEEE 1596.3，可以實現(xiàn)點對點數(shù)字成像，提高了圖像的細致度和降低視頻數(shù)字噪聲。另外對光泄漏現(xiàn)象進行強化處理，在提高對比度的同時保持高亮度，使投影畫面顏色豐富，細節(jié)明顯。
2003年9月，TI推出了HD2芯片的升級產(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，同時可以使得圖像的黑色部分表現(xiàn)的更加完美，對比度有很大提高，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，支撐微鏡片的結(jié)合部分的支撐柱變得更細，構(gòu)成畫面的每個點矩陣的中央的黑點比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，一直困擾單片DLP產(chǎn)品的黑場下的圖像噪音抖動現(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)進步主要有：是使用新的黑色涂層，是黑色相位更真實深沉；是微鏡之間的距離更短，像素密度提升；芯片運算速度提高，使動態(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)指標相同，分辨率提高到了1920×1080，可是滿足1080P的高清需求，通過Dynamic
Black（動態(tài)黑色補償）技術(shù)實現(xiàn)理論5000：1的對比度。
在HD3和xHD3中都實用了菱形DMD網(wǎng)格和SmoothPicture技術(shù)，從而使高清圖像顯示更平滑、精細。
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的圖像像素來映射顯示比例。這意味著每一個精微鏡面負責顯示一個像素（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 |
為了實現(xiàn)提高分辨率并降低系統(tǒng)成本的目標，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設備的1920×1080分辨率，具有960對列和540對行（一對行包括一行黑和一行白）。這樣在損失一些對角分辨率的情況下，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，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陣列和光學驅(qū)動器連接起來，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，光學驅(qū)動器在水平方向上位移了DMD圖像，并在DMD上同時顯示獨立的兩個亞幀幀數(shù)據(jù)（如圖3）。如圖4中每一幀視頻信號都被分為兩個獨立的亞幀，一個包含所有奇數(shù)位像素信息，另一個包含所有偶數(shù)位像素信息。16ms的視頻掃描時間被細分為兩個8ms的亞掃描時間。在第一個亞掃描時間段內(nèi)，奇數(shù)位的數(shù)據(jù)被顯示。在第二個亞掃描時端開始時，驅(qū)動器將DMD圖像水平移動1/2個像素，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60Hz的視頻掃描時間內(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1/2個像素 |
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（使用一個微鏡對應一個像素的顯示比例），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。使用SmoothPicture后，這一現(xiàn)象得到了抑制，使圖像更加精細。
有效的SmoothPicture顯示分辨率
一個顯示設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)。
一個顯示系統(tǒng)的MTF就是測量其空間頻率響應。定量測量相對于DC（平場）的顯示對比度，某一給定空間頻率的顯示對比度。MTF一般以每單位距離內(nèi)的線對來測量，一個線對包含一條亮線和一條暗線�？臻g頻率高則，對應圖像細節(jié)多，圖像顯示的細節(jié)越多，圖像就越銳利。在SmoothPicture技術(shù)的開發(fā)過程中，德州儀器公司參照1080p背投電視顯示的其他技術(shù)評價了SmoothPicture的MTF表現(xiàn)。圖5對比了基于SmoothPicture的1080p
DLP顯示技術(shù)的MTF和兩個領(lǐng)先的基于LCOS的1080p背投電視的MTF。請注意DLP顯示曲線的空間頻率起點較高，表明它能夠有效地將1920
x 1080的圖像分辨率轉(zhuǎn)換成有效的視覺分辨率。
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圖5 標準化MTF的比較 |
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德州儀器DLP高清顯示芯片技術(shù)綜述