Piloter à la fois de grands écrans et des petits

3rd May 2016
Posted By : Jacqueline Regnier
Piloter à la fois de grands écrans et des petits

La diversité toujours plus grande des appareils mobiles et des demandes utilisateurs pousse les concepteurs à développer des méthodes assez souples pour pouvoir afficher des contenus haute-définition sur un large éventail de types et de tailles d'écran

Les smartphones, les tablettes et les nouvelles catégories d'appareils comme les montres intelligentes ou les téléviseurs 4K ultra HD, sont les étoiles montantes de l'industrie électronique grand-public, et représentent des marchés de plusieurs centaines de milliards de dollars au niveau mondial, selon certains organismes comme la CEA (Consumer Electronics Association, ou association d'électronique grand-public) américaine . Pour chaque nouvel appareil arrivant sur le marché, la performance de l'écran est un facteur clé qui détermine la qualité de l'expérience utilisateur. Indépendamment de l'autonomie de la batterie et des performances d'exécution, produire une bonne impression visuelle est essentiel au succès commercial.

Les utilisateurs attendent des images haute-définition et des vidéos en provenance d'Internet, des réseaux sociaux ou de leur caméra HD embarquée, avec du piqué, et des couleurs vibrantes. Les utilisateurs veulent aussi de plus en plus pouvoir partager facilement du contenu entre plusieurs appareils, indépendamment de leur type d'écran, par exemple en visionnant sur un grand écran de PC ou une TV à écran plat, une vidéo enregistrée à l'origine avec un smartphone.

Résolution, mémoire et puissance
Satisfaire de telles attentes nécessite une conception attentive de la liaison reliant le système hôte à l'écran d'affichage. Les résolutions d'affichage et les taux de rafraichissement élevés, qui sont nécessaires pour fournir une qualité d'image et de vidéo optimum, imposent des débits d'interface plus élevés, qui augmentent la consommation du système. Ceci naturellement, est l'ennemi No 1 du concepteur d'appareil mobile. La durée de vie de la batterie, un poids minimum et un format à la fois compact et élégant sont aussi importants aux yeux des utilisateurs, que la qualité d'image et les performances vidéo.

S'agissant des smartphones, leur résolution d'affichage augmente de plus de 200% par an, et surpasse sensiblement les progrès réalisés au niveau du débit par voie des interfaces physiques . Les débits d'affichage des télévisions augmentent également très rapidment : en 1080p un écran de télévision HD a besoin d'un débit de données vidéo de 3.5 Gbits/s, alors qu'un écran 4K UHD 60 Hz a besoin de 14 Gbits/s. À l'avenir, les écrans 8K de nouvelle génération demanderont une bande passante de plus de 50 Gbits/s .

Comprimer les données de pixels grâce à un algorithme de compression sans perte est une solution potentielle. Plusieurs normes de compression vidéo ont été publiées, destinées à différentes applications, qui réduisent les débits de données pixels et par conséquent les besoins en termes de bande passante et de puissance système. La compression allège également les besoins de stockage, ce qui réduit le coût système.

Typiquement, en cas de compression, les données pixels doivent être encodées et décodées plusieurs fois entre l'entrée du système hôte et la sortie vers l'affichage. Comme le montre la Figure 1, les données sont encodées avant stockage par le système hôte, puis sont décodées avant transmission au module d'affichage, par l'intermédiaire de l'interface. Ultérieurement, les données sont ré-encodées dans la mémoire tampon du module d'affichage avant d'être finalement décodées dans un format adapté à l'affichage.

 Figure 1. La compression de données nécessite typiquement de multiples opérations d'encodage-décodage des données pixels.

S'attaquer au défi de la bande passante

Parmi les normes de compression adaptées à la transmission hôte-affichage, la norme DSC (Display Stream Compression, ou compression de flux d'affichage) de VESA (Video Electronics Standards Association, ou Association des normes d'électronique vidéo) vient d'être adoptée à la fois pour "l'embedded DisplayPort" (eDP) v1.4 de VESA, et pour la version v1.2 de MIPI Display Serial Interface (DSI). La DSC permet de réduire de 66% les débits de pixels, ce qui constitue un gain précieux sur la puissance système nécessaire. En outre, l'algorithme de compression est plus simple que les autres algorithmes à base de transformée, ce qui se traduit par une latence inférieure et une moindre utilisation des ressources mémoire. La DSC peut supporter un large éventail de résolutions d'écran, depuis celles utilisées dans les smartphones d'entrée de gamme, jusqu'à celles des téléviseurs 4K ultra HD et des équipements 8K à venir.

eDP et DSI sont tous deux couramment utilisés pour les interfaces d'affichage embarquées des appareils mobiles, notamment les smartphones, les tablettes et les ordinateurs portables. Les deux normes améliorent l'interopérabilité entre le processeur hôte et les produits d'affichage des différents fournisseurs.

Echanger des données pixels compressées avec DSC, à travers l'interface DSI 1.2 est relativement simple, comparé aux approches utilisant d'autres algorithmes de compression. Comme le montre la Figure 2, il n'est plus nécessaire de décoder les données pour les transmettre à l'interface DSI 1.2, et de les ré-encoder au niveau du module d'affichage.

Figure 2. Transfert de données pixels simplifié grâce à DSC inclus dans les spécifications de l'interface DSI.

En dépit des arguments séduisants en faveur d'une interface d'affichage normalisée, le processeur d'application choisi pour concevoir un nouveau produit peut ne pas supporter DSI, ou dans certains cas ne pas fournir assez de voies DSI pour se connecter directement à un module d'affichage standard. Si c'est le cas, un CI passerelle est nécessaire pour interfacer la sortie vidéo du processeur d'application à l'entrée du module d'affichage. Toshiba a développé plusieurs CI passerelles offrant aux concepteurs davantage de souplesse pour connecter différents processeurs d'application à des écrans de taille et de résolution courantes, à l'aide d'une interface standardisée MIPI DSI ou VESA eDP. Ces CI sont applicables à de nombreux produits grand-public de grande diffusion, comme des montres connectées, des tablettes format standard ou mini, jusqu'à des écrans 4K UHD.

Figure 3. Schéma fonctionnel général d'une petite tablette bien connue à écran Retina.

La Figure 3 montre l'exemple d'une mini-tablette dotée d'un affichage 720p de haute qualité, qui nécessite une connexion MIPI 4 voies. Malheureusement, les processeurs d'application candidats qui sont les mieux adaptés à cette application, ne supportent au mieux qu'une sortie DSI à deux voies. L'utilisation d'un CI passerelle comme le Toshiba TC358768 ou le TC358778, permet de convertir les données au niveau de l'interface RGB en MIPI DSI vidéo 4 voies à 1 Gbits/s par voie.

D'autres types de tablette sont susceptibles d'utiliser un écran supportant l'interface VESA eDP. Si le processeur hôte choisi ne supporte pas l'eDP en natif, une passerelle comme le TC358770/7 peut être utilisée pour convertir la vidéo du format DSI au format eDP, comme indiqué en Figure 4.

Figure 4. Passerelle DSI vers eDP pour tablettes.

Dans le cas d'une application avec un petit écran, comme une montre connectée, le défi typique auquel les concepteurs ont à faire face et de connecter un processeur hôte à interface DSI, à un petit écran doté en général d'une entrée RGB parallèle. Dans ce cas, le TC358762 fournit une passerelle DSI-vers-RGB parfaitement adaptée, comme le montre la Figure 5.

Figure 5. Application type montre connectée, connexion d'un processeur hôte à sortie DSI à un écran RGB avec une résolution QVGA ou similaire.

Connexion de sources HDMI

Lorsqu'ils ne sont pas satisfaits de leur expérience vidéo en mobilité, les utilisateurs de mobiles veulent pouvoir envoyer facilement le flux vidéo de leur appareil vers un autre, quel que soit le type d'écran ou le type d'appareil. Il peut aussi bien s'agir d'envoyer une vidéo Full-HD capturée à l'origine sur un smartphone pour la visionner sur une TV à écran plat géant, que de connecter une source quelconque à un appareil mobile.

Figure 6. Un processeur d'application mobile peut piloter des dispositifs 4K-ready avec une passerelle HDMI vers double-CSI.

Une source HDMI avec une résolution jusqu'à 4K peut être connectée à n'importe quel processeur d'application disposant d'une interface double MIPI CSI (Camera Serial Interface, ou interface série caméra) à l'aide d'une passerelle TC358840 HDMI vers double-CSI2, comme illustré en Figure 6. En faisant ressembler l'interface HDMI Ultra-HD à une interface caméra, ce dispositif met la vidéo 4K à la portée d'appareils basés sur des processeurs d'application de smartphone, et peut également servir à produire des adaptateurs de médias numériques.

Associer une passerelle bien adaptée à un processeur d'application sans-fil, comme illustré en Figure 7, permet de "streamer" (lire en temps-réel) de la vidéo Full-HD à partir d'une source HDMI vers un moniteur intelligent, une TV à écran plat ou une TV conectée. Un modèle de référence et une carte d'évaluation équipée d'un CI passerelle TC358743 HDMI vers CSI2 et d'un processeur d'application sans-fil TZ5000, donnent aux concepteurs une longueur d'avance pour créer un dongle HDMI sans-fil, à la fois pratique et offrant une liberté maximum.

Figure 7. Option sans-fil pour HDMI vers TV à écran plat ou moniteur.

Conclusion

Les normes MIPI ont ouvert l'interopérabilité et DSI a été adopté par les principaux processeurs d'application pour montres connectées, tablettes, ou smartphones. Cependant ce secteur continue d'évoluer, et les ingénieurs ont besoin de solutions adaptées pour les cas où le processeur d'application ne supporte pas DSI ou lorsque le nombre de voies DSI disponibles est insuffisant. D'un autre côté, de nombreux écrans encore couramment utilisés dans les appareils portables ne supportent pas DSI, et peuvent simplement être équipés d'une interface RGB parallèle.

Les CI passerelles permettent aux concepteurs d'optimiser les avantages de DSI dans leurs nouvelles conceptions, en tirant profit de la compression DSC à la norme du marché pour minimiser le débit de données pixels nécessaire, la consommation système et les coûts de nomenclature. Ces CI aident les utilisateurs de smartphone d'aujourd'hui à profiter à fond de leur style de vie mobile.

Par Stefan Drouzas, Ingénieur Senior, Toshiba Electronics Europe

 

 

 


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