利用圖像增強技術改善平板電視畫質

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1、 利用圖像增強技術改善平板電視畫質 平板電視畫質平板電視實現彩色圖像重現過程中，視頻信號本身、 A/D 轉換、圖像縮放及電路上信號傳輸等過程，都有可能對畫質產生負面的影響，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產生不同的圖像處理效 果，對電視圖像畫質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，色再生能力只能達到 NTSC色域 平板電視畫質 平板電視實現彩色圖像重現過程中，視頻信號本身、 A

2、/D 轉換、圖像縮放及電路上信號傳輸等過程，都有可能對畫質產生負面的影響，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產生不同的圖像處理效果，對電視圖像畫質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屏都有可能出現不同程度的色偏現象，特別是在低亮度圖像細節(jié)下。 平板電視的畫質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、表現為圖像較模糊、層次感較差、色淡、圖像灰蒙等，后者主要表現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電路，實現平板電視圖像的畫質改善方法。 在平板電視中引入圖像增強電路 平板電視圖像信號處理過程 通常，平板電視的圖像信號處理過程如圖 1 所示，外部信號 (TV、高清視頻分量信號、數字視頻信號等 ) 通過視頻解碼芯片轉換成數字信號，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行各種處理后，數字圖

4、像被轉換成能夠 適合屏幕顯示的數據格式，由低壓差分信號處理電路 (LVDS)送到平板顯示屏 (LCD/PDP)顯示。為改善畫質，最好的方法就是在圖像處理電路與 LVDS連接之間，加入畫質增強電路，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據送到畫質增強電路處理后，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間增加畫質增強電路，一方面可以改善圖像處理過程中的降質，另一方面可以根據顯示屏的特性，如針對伽瑪、色偏 等問題作反向處理。以下就畫質增強電路及工作流程、圖像增強效果調節(jié)

5、、軟件實現作具體介紹。 畫質增強電路及工作流程 當前，畫質增強控制電路有兩類：一類是將圖像增強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的電視圖像增強專用芯片 ，其中 Jepico 公司推出了 L003 芯片，內嵌有圖像增強功能?，F以 L003 為例說明圖像增強技術在平板電視中的實現方式。 L003 的主要功能模塊包括圖像信息提取、 33色空間轉換、圖像邊沿 增強、圖像分析、黑白電平延伸、 3D色域變換、伽瑪 校正、去抖動、圖

6、像輸出控制、內部寄存器控制、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 的數字圖像信息；然后， 33色空間轉換模塊對接收的幀圖像轉換 RGB色空間 矩陣，以便于圖像分析；通過圖像邊沿增強實現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現對比度增強； 3D色域變換為將某一亮度灰階下的色調和色飽和度轉換成另外一種色調和飽和度，以提升圖像的色彩增強效果；伽瑪校正為針對顯示屏及色溫要求做顯示輸出修正；去抖動模塊按顯示 屏

7、的實際需要，對圖像數據做 8 位或 10 位數據格式變換；最后，通過圖像輸出控制，產生圖像幀數據輸出時鐘同步信號及 RGB圖像數據信息。 L003 有很多內部寄存器控制各功能模塊的工作，需要外掛一個串行 ROM來存儲各寄存器的設置參數，圖像處理與控制電路的 MCU可以通過控制接口，控制 L003 從 ROM中提取不同的參數設置寄存器來控制各功能模塊的工作。 L003 是一個純數字化信號的處理芯片，其周邊連接著圖像數據及同步信號的輸入和輸出接口，以及系 統(tǒng)控制信號和 ROM連接接口，都是數字信號的傳輸，故周邊器件較少，布線可較為簡潔。 圖像增強功能調節(jié) L003 各功能

8、模塊的協(xié)調工作，完全靠芯片內部寄存器控制。要讓芯片 實現不同的畫質改善效果，需要調節(jié) 4K 地址空間的寄存器。為方便產品開發(fā)和 對圖像畫質的調節(jié)， L003 可以通過控制接口與電腦進行通信，通過 PC端的調 節(jié)軟件現場調節(jié)不同的畫質效果 ( 可以有４種 ) ，調節(jié)后的參數存于芯片外掛的 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 擇不同的參數來設置各功能寄存器，以獲得不同的圖像畫質增強效果。在 PC調節(jié)軟件中，可調節(jié)的項目有灰度直方圖分析、伽瑪校正、黑白電平延伸、去抖動控制、 FCT(喜好顏色轉換 ) 、圖像邊沿增

9、銳化和色域變換等。 產品開發(fā)中，較難調節(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，一方面要求調節(jié)人員有很強的圖像色彩感知能力，還要對圖像增強的原理有一定的認識。 黑白電平調節(jié)：根據黑白電平延伸的三段曲線映射原理， L003 可通過設置黑電平延伸起始參數、白電平延伸起始參數、黑電平延伸系數、對比度延 伸系數和白電平延伸系數寄存器，實現對黑白電平區(qū)域延伸的轉換。通過該調節(jié)，可看到圖像的細節(jié)獲得提升，圖像顯得更為透亮；可以通過調節(jié)不同的起始參數和延伸系數，實現不同程度的對比度增強效果。 圖像銳化調節(jié)：通過圖像邊沿增強的參數設置，可設置圖

10、像銳化深度以及不同亮度區(qū)域的銳化深度對圖像進行銳化處理。在實際運用中，如果整個圖像都采用同一銳化系數，會使一些擾動信息也獲得提升，給畫面帶來負面的影響。 L003 可以將圖像按亮度灰階劃分成不同的三個銳化區(qū)間，對亮區(qū)和暗區(qū)可采用較小程度的銳化系數，而對圖像的灰度區(qū)域采用較大的銳化系數。同時，在對圖像進行銳化時，可能出現邊沿過銳化的現象，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，通過調節(jié)該參數可以使圖像的邊沿過渡更為自然。 色彩調節(jié)：在 L003 的 3D非線性色域變換 (ACR ) 模塊中，能夠自動判斷并調整 64 級灰

11、階下各灰階的色調和色度，不同灰階不會相互影響。為便于調整和軟件編程，用紅 R、綠 G、蘭 B、黃 Y、青 C、紫 M６個相關聯(lián)的顏色分量的飽和度和色調為基準參數進行調整，通過調節(jié)這６個參數，使同一亮度灰階下的 某一顏色轉換成另一顏色，可使畫質調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墨綠色，可以通過調整綠色調及 飽和度，讓色域向黃色區(qū)域偏移，此時會使該灰階下的場景偏向黃綠色，體現在風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，達到人體膚色調整的效果。 通過

12、對 L003 各功能模塊的調節(jié)，可使電視圖像獲得人們所期望的效果。在調節(jié)中，各功能模塊都有開啟和關閉的選項，便于調節(jié)者進行原始圖像與調節(jié)后圖像的比對，由于很多參數互相關聯(lián)，圖像增強并不是越強越好，圖像增強難免會帶來一些負面結果，如紅色增強過強將使人的膚色變差，銳度增強會使抖動信息增多，這要求調節(jié)者充分估計調節(jié)對圖像的影響，盡可能參照目標圖像的要求，分析當前圖像的弱點，選取適中的參數逐步調節(jié)。 在電視嵌入式軟件中 增加圖像增強模塊 不同圖像增強效果的設置值被存放于 ROM中，為實現各種圖像增強效果，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效果模式 選擇界面，如圖像增強強度高、中、低、無畫質增強選擇，讓用戶能夠根據自 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 進行通信，軟件需要控制 GPIO芯片的復位和 ROM中的參數選取，以實現不同的圖像增強效果。 應用效果 在等離子電視中加入 L003 圖像增強電路后，能夠使電視的畫質獲得顯著的提升。在圖 3 效果 1 中，圖像左邊為增強關閉狀態(tài)下的原圖效果，右邊為圖像增強開啟的效果，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，經過處理后，抑制了電視圖像底色上浮，并強化了邊沿過渡，讓字符更為醒目。 結束語 在平板電視中，通過在圖像處理電路后端引入圖像增強電路，可使電視畫質獲得提升，通過對圖像增強效果的合理化調節(jié)，可讓產品滿足不同區(qū)域、不同喜好的市場需求，提高電視產品的市場認同度。 （編輯：文靜）