利用圖像增強(qiáng)技術(shù)改善平板電視畫質(zhì)

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1、 利用圖像增強(qiáng)技術(shù)改善平板電視畫質(zhì) 平板電視畫質(zhì)平板電視實(shí)現(xiàn)彩色圖像重現(xiàn)過程中，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^程，都有可能對畫質(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，對電視圖像畫質(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，過濾出的頻譜并不很純正，色再生能力只能達(dá)到 NTSC色域 平板電視畫質(zhì) 平板電視實(shí)現(xiàn)彩色圖像重現(xiàn)過程中，視頻信號(hào)本身、 A

2、/D 轉(zhuǎn)換、圖像縮放及電路上信號(hào)傳輸?shù)冗^程，都有可能對畫質(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，對電視圖像畫質(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。 平板電視的畫質(zhì)影響主要來自兩方面，一是圖像處理過程，二是顯示屏本身。通常前者常常

3、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)處理過程 通常，平板電視的圖像信號(hào)處理過程如圖 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。通過圖像處理與控制電路對圖像進(jìn)行各種處理后，數(shù)字圖

4、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，改為圖像處理與控制電路將圖像數(shù)據(jù)送到畫質(zhì)增強(qiáng)電路處理后，再通過LVDS傳輸給顯示屏做圖像顯示輸出。 在圖像處理與控制電路與 LVDS間增加畫質(zhì)增強(qiáng)電路，一方面可以改善圖像處理過程中的降質(zhì)，另一方面可以根據(jù)顯示屏的特性，如針對伽瑪、色偏 等問題作反向處理。以下就畫質(zhì)增強(qiáng)電路及工作流程、圖像增強(qiáng)效果調(diào)節(jié)

5、、軟件實(shí)現(xiàn)作具體介紹。 畫質(zhì)增強(qiáng)電路及工作流程 當(dāng)前，畫質(zhì)增強(qiáng)控制電路有兩類：一類是將圖像增強(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：另外一類是獨(dú)立功能芯片，象日本的 Kawasaki、Jepic o 等公司推出的基于 FPGA的電視圖像增強(qiáng)專用芯片 ，其中 Jepico 公司推出了 L003 芯片，內(nèi)嵌有圖像增強(qiáng)功能。現(xiàn)以 L003 為例說明圖像增強(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、 33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

6、像輸出控制、內(nèi)部寄存器控制、芯片控制及 ROM接口等。其對圖像處理的過程是：首先，根據(jù)圖像處理與控制電路輸出的行場同步信息選擇接收單位幀 YUV或 RGB 的數(shù)字圖像信息；然后， 33色空間轉(zhuǎn)換模塊對接收的幀圖像轉(zhuǎn)換 RGB色空間 矩陣，以便于圖像分析；通過圖像邊沿增強(qiáng)實(shí)現(xiàn)對圖像水平銳化處理；通過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；通過黑白電平延伸模塊實(shí)現(xiàn)對比度增強(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

7、的實(shí)際需要，對圖像數(shù)據(jù)做 8 位或 10 位數(shù)據(jù)格式變換；最后，通過圖像輸出控制，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，布線可較為簡潔。 圖像增強(qiáng)功能調(diào)節(jié) L003 各功能

8、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)品開發(fā)和 對圖像畫質(zhì)的調(diào)節(jié)， L003 可以通過控制接口與電腦進(jìn)行通信，通過 PC端的調(diào) 節(jié)軟件現(xiàn)場調(diào)節(jié)不同的畫質(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可通過軟件控制 L003 從 ROM中選 擇不同的參數(shù)來設(shè)置各功能寄存器，以獲得不同的圖像畫質(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

9、銳化和色域變換等。 產(chǎn)品開發(fā)中，較難調(diào)節(jié)但對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)、對比度延 伸系數(shù)和白電平延伸系數(shù)寄存器，實(shí)現(xiàn)對黑白電平區(qū)域延伸的轉(zhuǎn)換。通過該調(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)不同程度的對比度增強(qiáng)效果。 圖像銳化調(diào)節(jié)：通過圖像邊沿增強(qiáng)的參數(shù)設(shè)置，可設(shè)置圖

10、像銳化深度以及不同亮度區(qū)域的銳化深度對圖像進(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，給畫面帶來負(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，對亮區(qū)和暗區(qū)可采用較小程度的銳化系數(shù)，而對圖像的灰度區(qū)域采用較大的銳化系數(shù)。同時(shí)，在對圖像進(jìn)行銳化時(shí)，可能出現(xiàn)邊沿過銳化的現(xiàn)象，使得圖像缺少過渡 感，給人視覺感受是圖像過于生硬，于是 L003 引入羽化 (Coring) 參數(shù)，通過調(diào)節(jié)該參數(shù)可以使圖像的邊沿過渡更為自然。 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

11、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)使該灰階下的場景偏向黃綠色，體現(xiàn)在風(fēng)景圖像上是樹葉或草地比原來圖像顯得更為鮮嫩。同理，若讓一些灰階下的色空間黃色向紅色區(qū)域稍微過渡，可以讓人的膚色更為紅潤，達(dá)到人體膚色調(diào)整的效果。 通過

12、對 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，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)帶來一些負(fù)面結(jié)果，如紅色增強(qiáng)過強(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 L003 的控制及用戶操作功能模塊，包

13、 括 OSD顯示和 L003 通信控制。 OSD顯示主要為用戶提供幾種圖像增強(qiáng)效果模式 選擇界面，如圖像增強(qiáng)強(qiáng)度高、中、低、無畫質(zhì)增強(qiáng)選擇，讓用戶能夠根據(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 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)開啟的效果，從圖上可看出，原圖灰蒙，色彩暗淡，通過黑白電平延伸及 ACR處理后，電視圖像變得透亮，色彩更為鮮嫩。 通過對比，可以看出，處理前電視圖像底色上浮，字符邊沿過渡模糊，經(jīng)過處理后，抑制了電視圖像底色上浮，并強(qiáng)化了邊沿過渡，讓字符更為醒目。 結(jié)束語 在平板電視中，通過在圖像處理電路后端引入圖像增強(qiáng)電路，可使電視畫質(zhì)獲得提升，通過對圖像增強(qiáng)效果的合理化調(diào)節(jié)，可讓產(chǎn)品滿足不同區(qū)域、不同喜好的市場需求，提高電視產(chǎn)品的市場認(rèn)同度。 （編輯：文靜）