平板電視畫(huà)質(zhì)

平板電視實(shí)現(xiàn)彩色圖像重現(xiàn)過(guò)程中，視頻信號(hào)本身、A/D轉(zhuǎn)換、圖像縮放及電路上信號(hào)傳輸?shù)冗^(guò)程，都有可能對(duì)畫(huà)質(zhì)產(chǎn)生負(fù)面的影響，特別在圖像處理與控制電路方面，不同廠家提供的方案可能會(huì)產(chǎn)生不同的圖像處理效果，對(duì)電視圖像畫(huà)質(zhì)可能有著不同程度的削弱。

另外，在顯示屏方面， LCD或PDP 自身的發(fā)光特性也會(huì)影響圖像效果，就LCD而言，其發(fā)光體是冷陰極管加上RGB濾光器，過(guò)濾出的頻譜并不很純正，色再生能力只能達(dá)到NTSC 色域的75%左右，不同廠家或同廠家不同批次的LCD屏都有可能出現(xiàn)不同程度的色偏現(xiàn)象，特別是在低亮度圖像細(xì)節(jié)下。

平板電視的畫(huà)質(zhì)影響主要來(lái)自?xún)煞矫?，一是圖像處理過(guò)程，二是顯示屏本身。通常前者常常表現(xiàn)為圖像較模糊、層次感較差、色淡、圖像灰蒙等，后者主要表現(xiàn)為色偏或圖像浮白等。本文討論通過(guò)在圖像處理電路后端加入圖像增強(qiáng)電路，實(shí)現(xiàn)平板電視圖像的畫(huà)質(zhì)改善方法。

在平板電視中引入圖像增強(qiáng)電路

平板電視圖像信號(hào)處理過(guò)程

通常，平板電視的圖像信號(hào)處理過(guò)程如圖1所示，外部信號(hào)(TV、高清視頻分量信號(hào)、數(shù)字視頻信號(hào)等)通過(guò)視頻解碼芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，送到圖像處理與控制電路中處理。該電路常常是高性能的SoC，是整個(gè)電視系統(tǒng)的主控制器，常集成有圖像隔/逐行處理、比例放大或縮小、OSD控制、MCU等功能模塊。通過(guò)圖像處理與控制電路對(duì)圖像進(jìn)行各種處理后，數(shù)字圖像被轉(zhuǎn)換成能夠適合屏幕顯示的數(shù)據(jù)格式，由低壓差分信號(hào)處理電路(LVDS)送到平板顯示屏(LCD/PDP)顯示。為改善畫(huà)質(zhì)，最好的方法就是在圖像處理電路與LVDS連接之間，加入畫(huà)質(zhì)增強(qiáng)電路，如圖1將圖像處理與控制電路 與LVDS之間的連接斷開(kāi)，改為圖像處理與控制電路將圖像數(shù)據(jù)送到畫(huà)質(zhì)增強(qiáng)電路處理后，再通過(guò)LVDS傳輸給顯示屏做圖像顯示輸出。



圖1 平板電視信號(hào)處理框圖

在圖像處理與控制電路與LVDS間增加畫(huà)質(zhì)增強(qiáng)電路，一方面可以改善圖像處理過(guò)程中的降質(zhì)，另一方面可以根據(jù)顯示屏的特性，如針對(duì)伽瑪、色偏等問(wèn)題作反向處理。以下就畫(huà)質(zhì)增強(qiáng)電路及工作流程、圖像增強(qiáng)效果調(diào)節(jié)、軟件實(shí)現(xiàn)作具體介紹。

畫(huà)質(zhì)增強(qiáng)電路及工作流程

當(dāng)前，畫(huà)質(zhì)增強(qiáng)控制電路有兩類(lèi)：一類(lèi)是將圖像增強(qiáng)功能集成于圖像處理與控制電路中，如Genisis等公司推出的平板電視處理芯片：另外一類(lèi)是獨(dú)立功能芯片，象日本的Kawasaki、Jepico等公司推出的基于FPGA的電視圖像增強(qiáng)專(zhuān)用芯片 ，其中Jepico公司推出了L003芯片，內(nèi)嵌有圖像增強(qiáng)功能?，F(xiàn)以L003為例說(shuō)明圖像增強(qiáng)技術(shù)在平板電視中的實(shí)現(xiàn)方式。L003的主要功能模塊包括圖像信息提取、3×3色空間轉(zhuǎn)換、圖像邊沿增強(qiáng)、圖像分析、黑白電平延伸、3D色域變換、伽瑪校正、去抖動(dòng)、圖像輸出控制、內(nèi)部寄存器控制、芯片控制及ROM接口等。其對(duì)圖像處理的過(guò)程是：首先，根據(jù)圖像處理與控制電路輸出的行場(chǎng)同步信息選擇接收單位幀YUV或RGB的數(shù)字圖像信息；然后，3×3色空間轉(zhuǎn)換模塊對(duì)接收的幀圖像轉(zhuǎn)換RGB色空間矩陣，以便于圖像分析；通過(guò)圖像邊沿增強(qiáng)實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像水平銳化處理；通過(guò)圖像分析模塊提取圖像亮度、色度、灰度直方圖信息，以便于后續(xù)功能模塊的算法使用；通過(guò)黑白電平延伸模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)比度增強(qiáng)；3D色域變換為將某一亮度灰階下的色調(diào)和色飽和度轉(zhuǎn)換成另外一種色調(diào)和飽和度，以提升圖像的色彩增強(qiáng)效果；伽瑪校正為針對(duì)顯示屏及色溫要求做顯示輸出修正；去抖動(dòng)模塊按顯示屏的實(shí)際需要，對(duì)圖像數(shù)據(jù)做8位或10位數(shù)據(jù)格式變換；最后，通過(guò)圖像輸出控制，產(chǎn)生圖像幀數(shù)據(jù)輸出時(shí)鐘同步信號(hào)及RGB圖像數(shù)據(jù)信息。L003有很多內(nèi)部寄存器控制各功能模塊的工作，需要外掛一個(gè)串行ROM來(lái)存儲(chǔ)各寄存器的設(shè)置參數(shù)，圖像處理與控制電路的MCU可以通過(guò)控制接口，控制L003從ROM中提取不同的參數(shù)設(shè)置寄存器來(lái)控制各功能模塊的工作。

L003是一個(gè)純數(shù)字化信號(hào)的處理芯片，其周邊連接著圖像數(shù)據(jù)及同步信號(hào)的輸入和輸出接口，以及系統(tǒng)控制信號(hào)和ROM連接接口，都是數(shù)字信號(hào)的傳輸，故周邊器件較少，布線可較為簡(jiǎn)潔。



圖2 ACR色域變換示意圖

圖像增強(qiáng)功能調(diào)節(jié)

L003各功能模塊的協(xié)調(diào)工作，完全靠芯片內(nèi)部寄存器控制。要讓芯片實(shí)現(xiàn)不同的畫(huà)質(zhì)改善效果，需要調(diào)節(jié)4K地址空間的寄存器。為方便產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和對(duì)圖像畫(huà)質(zhì)的調(diào)節(jié)，L003可以通過(guò)控制接口與電腦進(jìn)行通信，通過(guò)PC端的調(diào)節(jié)軟件現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)不同的畫(huà)質(zhì)效果(可以有４種)，調(diào)節(jié)后的參數(shù)存于芯片外掛的串行ROM中。在正常使用中，電視的主控MCU可通過(guò)軟件控制L003從ROM中選擇不同的參數(shù)來(lái)設(shè)置各功能寄存器，以獲得不同的圖像畫(huà)質(zhì)增強(qiáng)效果。在PC調(diào)節(jié)軟件中，可調(diào)節(jié)的項(xiàng)目有灰度直方圖分析、伽瑪校正、黑白電平延伸、去抖動(dòng)控制、FCT(喜好顏色轉(zhuǎn)換)、圖像邊沿增銳化和色域變換等。

產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中，較難調(diào)節(jié)但對(duì)圖像影響較大的是黑白電平延伸、圖像邊緣銳化和色域變換，一方面要求調(diào)節(jié)人員有很強(qiáng)的圖像色彩感知能力，還要對(duì)圖像增強(qiáng)的原理有一定的認(rèn)識(shí)。

黑白電平調(diào)節(jié)：根據(jù)黑白電平延伸的三段曲線映射原理，L003可通過(guò)設(shè)置黑電平延伸起始參數(shù)、白電平延伸起始參數(shù)、黑電平延伸系數(shù)、對(duì)比度延伸系數(shù)和白電平延伸系數(shù)寄存器，實(shí)現(xiàn)對(duì)黑白電平區(qū)域延伸的轉(zhuǎn)換。通過(guò)該調(diào)節(jié)，可看到圖像的細(xì)節(jié)獲得提升，圖像顯得更為透亮；可以通過(guò)調(diào)節(jié)不同的起始參數(shù)和延伸系數(shù)，實(shí)現(xiàn)不同程度的對(duì)比度增強(qiáng)效果。



圖3 效果1

圖像銳化調(diào)節(jié)：通過(guò)圖像邊沿增強(qiáng)的參數(shù)設(shè)置，可設(shè)置圖像銳化深度以及不同亮度區(qū)域的銳化深度對(duì)圖像進(jìn)行銳化處理。在實(shí)際運(yùn)用中，如果整個(gè)圖像都采用同一銳化系數(shù)，會(huì)使一些擾動(dòng)信息也獲得提升，給畫(huà)面帶來(lái)負(fù)面的影響。 L003可以將圖像按亮度灰階劃分成不同的三個(gè)銳化區(qū)間，對(duì)亮區(qū)和暗區(qū)可采用較小程度的銳化系數(shù)，而對(duì)圖像的灰度區(qū)域采用較大的銳化系數(shù)。同時(shí)，在對(duì)圖像進(jìn)行銳化時(shí)，可能出現(xiàn)邊沿過(guò)銳化的現(xiàn)象，使得圖像缺少過(guò)渡感，給人視覺(jué)感受是圖像過(guò)于生硬，于是L003引入羽化(Coring)參數(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)該參數(shù)可以使圖像的邊沿過(guò)渡更為自然。

色彩調(diào)節(jié)：在L003的3D非線性色域變換(ACR )模塊中，能夠自動(dòng)判斷并調(diào)整64級(jí)灰階下各灰階的色調(diào)和色度，不同灰階不會(huì)相互影響。為便于調(diào)整和軟件編程，用紅R、綠G、蘭B、黃Y、青C、紫M６個(gè)相關(guān)聯(lián)的顏色分量的飽和度和色調(diào)為基準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)調(diào)節(jié)這６個(gè)參數(shù)，使同一亮度灰階下的某一顏色轉(zhuǎn)換成另一顏色，可使畫(huà)質(zhì)調(diào)整到理想的色彩效果。如圖2的ACR色域變換示意圖所示，若輸出圖像較暗部分出現(xiàn)墨綠色，可以通過(guò)調(diào)整綠色調(diào)及飽和度，讓色域向黃色區(qū)域偏移，此時(shí)會(huì)使該灰階下的場(chǎng)景偏向黃綠色，體現(xiàn)在風(fēng)景圖像上是樹(shù)葉或草地比原來(lái)圖像顯得更為鮮嫩。同理，若讓一些灰階下的色空間黃色向紅色區(qū)域稍微過(guò)渡，可以讓人的膚色更為紅潤(rùn)，達(dá)到人體膚色調(diào)整的效果。



圖4 效果2

通過(guò)對(duì)L003各功能模塊的調(diào)節(jié)，可使電視圖像獲得人們所期望的效果。在調(diào)節(jié)中，各功能模塊都有開(kāi)啟和關(guān)閉的選項(xiàng)，便于調(diào)節(jié)者進(jìn)行原始圖像與調(diào)節(jié)后圖像的比對(duì)，由于很多參數(shù)互相關(guān)聯(lián)，圖像增強(qiáng)并不是越強(qiáng)越好，圖像增強(qiáng)難免會(huì)帶來(lái)一些負(fù)面結(jié)果，如紅色增強(qiáng)過(guò)強(qiáng)將使人的膚色變差，銳度增強(qiáng)會(huì)使抖動(dòng)信息增多，這要求調(diào)節(jié)者充分估計(jì)調(diào)節(jié)對(duì)圖像的影響，盡可能參照目標(biāo)圖像的要求，分析當(dāng)前圖像的弱點(diǎn)，選取適中的參數(shù)逐步調(diào)節(jié)。

在電視嵌入式軟件中

增加圖像增強(qiáng)模塊

不同圖像增強(qiáng)效果的設(shè)置值被存放于ROM中，為實(shí)現(xiàn)各種圖像增強(qiáng)效果，在電視所嵌入的軟件中，需要增加對(duì)L003的控制及用戶(hù)操作功能模塊，包括OSD顯示和L003通信控制。OSD顯示主要為用戶(hù)提供幾種圖像增強(qiáng)效果模式選擇界面，如圖像增強(qiáng)強(qiáng)度高、中、低、無(wú)畫(huà)質(zhì)增強(qiáng)選擇，讓用戶(hù)能夠根據(jù)自己的喜好選取其中一種效果。通信控制方面，電視主控MCU與L003通過(guò)GPIO進(jìn)行通信，軟件需要控制GPIO芯片的復(fù)位和ROM中的參數(shù)選取，以實(shí)現(xiàn)不同的圖像增強(qiáng)效果。

應(yīng)用效果

在等離子電視中加入L003圖像增強(qiáng)電路后，能夠使電視的畫(huà)質(zhì)獲得顯著的提升。在圖3效果1中，圖像左邊為增強(qiáng)關(guān)閉狀態(tài)下的原圖效果，右邊為圖像增強(qiáng)開(kāi)啟的效果，從圖上可看出，原圖灰蒙，色彩暗淡，通過(guò)黑白電平延伸及ACR ACR處理后，電視圖像變得透亮，色彩更為鮮嫩。

圖4效果2中，左邊為原圖，右邊為通過(guò)黑白電平延伸及邊緣處理后的圖像。通過(guò)對(duì)比，可以看出，處理前電視圖像底色上浮，字符邊沿過(guò)渡模糊，經(jīng)過(guò)處理后，抑制了電視圖像底色上浮，并強(qiáng)化了邊沿過(guò)渡，讓字符更為醒目。

結(jié)語(yǔ)

在平板電視中，通過(guò)在圖像處理電路后端引入圖像增強(qiáng)電路，可使電視畫(huà)質(zhì)獲得提升，通過(guò)對(duì)圖像增強(qiáng)效果的合理化調(diào)節(jié)，可讓產(chǎn)品滿(mǎn)足不同區(qū)域、不同喜好的市場(chǎng)需求，提高電視產(chǎn)品的市場(chǎng)認(rèn)同度。


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