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          一種8K超高清電視系統(tǒng)設(shè)計方案 

          作者:徐遙令 時間:2018-05-30 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏
          編者按:提出一種8 K超高清電視系統(tǒng)設(shè)計方案,詳細(xì)闡述了系統(tǒng)原理、關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)品方案。系統(tǒng)將8K視頻幀分割為4個4 K視頻幀進(jìn)行處理及驅(qū)動8K屏、顯示為1個8 K×4 K合成視頻圖像,實(shí)現(xiàn)8 K視頻圖像精確顯示;能夠進(jìn)行4 K轉(zhuǎn)8 K,實(shí)現(xiàn)8 K超級分辨率提升。該方案能夠快速應(yīng)用于8 K超高清電視等顯示產(chǎn)品,具有很好的應(yīng)用價值。

          作者 / 徐遙令 深圳創(chuàng)維-RGB電子有限公司(廣東 深圳 518108)

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201805/380755.htm

          摘要:提出一種系統(tǒng)設(shè)計方案,詳細(xì)闡述了系統(tǒng)原理、關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)品方案。系統(tǒng)將8K為4個4 K視頻幀進(jìn)行處理及驅(qū)動8K屏、顯示為1個×4 K圖像,實(shí)現(xiàn)視頻圖像精確顯示;能夠進(jìn)行,實(shí)現(xiàn)8 K超級分辨率提升。該方案能夠快速應(yīng)用于8 K等顯示產(chǎn)品,具有很好的應(yīng)用價值。

          *基金項目:深圳市技術(shù)攻關(guān)項目——8 K超高清顯示關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)(編號:JSGG20170412160225468)

            徐遙令(1980-),碩士,高級工程師,深圳市高層次人才、深圳市技術(shù)專家?guī)斐蓡T,研究方向:電視的研究和開發(fā)。

          0 引言

            2011年4 K產(chǎn)品進(jìn)入消費(fèi)者視野,2013年開始步入消費(fèi)市場并發(fā)展迅猛,當(dāng)年國內(nèi)銷量超過百萬臺,目前已成為電視市場的主導(dǎo)產(chǎn)品、全球年銷量超過5000萬臺。隨著4 K超高清電視的普及,8 K超高清電視開始受到關(guān)注,國內(nèi)外相關(guān)機(jī)構(gòu)和企業(yè)已開始展開布局。早在2007年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織SMPTE發(fā)布了SMPTE 2036標(biāo)準(zhǔn),規(guī)范了4 K(3840×2160)、8 K(7680×4320)兩種超高清電視格式[1];ITU-R 6C工作組于2013年4月正式發(fā)布高效視頻編碼(High Efficiency Video Coding,即HEVC)標(biāo)準(zhǔn),即H.265[2],2014年6月具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新一代音視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)AVS2(Audio Video coding Standard Ⅱ)制定完成[3],2017年1月頒布實(shí)施,支持8 K視頻編碼傳輸;海思、MSTAR等芯片廠商已開始介入8 K電視芯片的研究開發(fā),LGD、群創(chuàng)、BOE等面板廠商開始投資布局8 K面板;而在2015年至2018年美國CES展上,三星、夏普、京東方等國內(nèi)外企業(yè)展示了8 K超高清電視樣機(jī)。8 K將是超高清電視升級的必然方向,8 K超高清電視已開始悄然起步,加緊8 K超高清技術(shù)研發(fā)和開展應(yīng)用推廣尤其重要。

            本文提出一種8 K超高清電視系統(tǒng)設(shè)計方案,詳細(xì)闡述了8 K超高清電視的系統(tǒng)原理、8 K信號處理及精確顯示和8 K超級分辨率圖像提升等關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)品方案。系統(tǒng)將8 K為4個4 K視頻幀進(jìn)行處理及驅(qū)動8 K屏,顯示為1個8 K×4 K圖像,實(shí)現(xiàn)8 K視頻圖像精確顯示;以及能夠進(jìn)行4 K視頻轉(zhuǎn)為8 K視頻,實(shí)現(xiàn)8 K超級分辨率提升。該方案將能夠快速應(yīng)用于8 K超高清電視等顯示產(chǎn)品,具有很好的應(yīng)用價值。

          1 系統(tǒng)原理

            8 K超高清電視系統(tǒng)如圖1所示,由TV SoC模塊、8 K超級分辨率提升(即)模塊、8 K碼流解碼及處理模塊、8 K MEMC(即8 K運(yùn)動估算補(bǔ)償)及格式轉(zhuǎn)換模塊、8 K屏組成。

            TV SoC模塊接收USB3.X、HDMI2.X等接口的輸入信號,包括2 K信號、4 K信號和8 K信號;對4 K信號直接解碼輸出4 K視頻,對2 K信號進(jìn)行解碼、2 K轉(zhuǎn)4 K處理后,輸出4 K視頻,對8 K信號不進(jìn)行解碼和圖像處理,直接輸出8 K碼流。8 K超級分辨率提升(即)模塊,對輸入的4 K視頻幀進(jìn)行像素插值轉(zhuǎn)換處理,將4 K視頻轉(zhuǎn)換成8 K視頻幀、輸出8 K視頻。8 K碼流解碼及處理模塊接收8 K碼流后,進(jìn)行解碼等處理、輸出8 K視頻。8 K MEMC及格式轉(zhuǎn)換接收到8 K視頻后,對視頻信號進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換及MEMC(運(yùn)動估算和運(yùn)動補(bǔ)償)和倍頻插幀處理,輸出8 K@120 Hz VBO的信號驅(qū)動8 K屏。8 K屏接收到VBO信號后,驅(qū)動像素點(diǎn)發(fā)光,實(shí)現(xiàn)8 K圖像顯示。

          2 關(guān)鍵技術(shù)原理

            8 K電視系統(tǒng)的核心關(guān)鍵技術(shù)是8 K信號處理及精確顯示和8 K超級分辨率圖像提升技術(shù)。

            1)8 K信號處理及精確顯示

            由于TV SoC芯片和屏驅(qū)動芯片的帶寬和處理能力限制,無法直接解碼8 K碼流和驅(qū)動8 K屏來顯示,需采用專門的模塊或技術(shù)來進(jìn)行8 K信號處理,從而實(shí)現(xiàn)8 K視頻圖像的精確顯示。

            8 K信號處理及精確顯示技術(shù)原理如圖2所示。TV SoC首先識別8 K信號格式、對其進(jìn)行解析預(yù)處理,輸出PCI格式的8 K TS碼流;然后利用8 K解碼芯片對8 K TS碼流進(jìn)行直接解碼,輸出8 K視頻幀,即8 K*4 K@60 Hz視頻;進(jìn)一步對8 K視頻幀進(jìn)行分解,將其分割成4個4 K視頻幀、即4個8 K*4 K@60 Hz視頻,通過4個4 K通道輸出給后端處理;后端分別對4個視頻幀進(jìn)行色域轉(zhuǎn)換、GAMMA校正、畫質(zhì)增強(qiáng)等處理,進(jìn)行MEMC和倍頻插幀處理;以及進(jìn)行視頻幀合成,將4個視頻幀同步來驅(qū)動8 K屏來,在8 K屏上顯示為1個8 K×4 K分辨率的圖像;通過上述技術(shù)來進(jìn)行8 K超高清信號的無損傳輸、解碼等處理,實(shí)現(xiàn)8 K視頻信號的精確顯示。

            2)8 K超級分辨率圖像提升技術(shù)

            目前超高清內(nèi)容主要為4 K、8 K內(nèi)容,需要進(jìn)行4 K轉(zhuǎn)8 K,使得4 K內(nèi)容在8 K電視上顯示時清晰度有較好的提升,實(shí)現(xiàn)8 K超級分辨率圖像提升與顯示增強(qiáng)。

            8 K超級分辨率圖像提升技術(shù)原理如圖3所示。首先對4 K視頻進(jìn)行降噪處理,然后基于對單幀圖像自相似性、局部紋理信息的實(shí)時分析,對4 K視頻圖像進(jìn)行實(shí)時圖像對象檢測和運(yùn)動追蹤估算,并在水平和垂直對角方向進(jìn)行像素插值,合理估算出每個像素點(diǎn)周圍四個像素點(diǎn)值,將4 K視頻圖像轉(zhuǎn)換成8 K視頻圖像,進(jìn)一步進(jìn)行圖像細(xì)節(jié)和邊沿增強(qiáng)處理,大幅提升圖像清晰度,使播放4 K視頻時基本達(dá)到8 K視頻的顯示效果。

            3)8 K MEMC及FRC(幀頻提升)技術(shù)

            采用運(yùn)動估算和運(yùn)動補(bǔ)償進(jìn)行智能插幀,將8 K×4 K@24/25/30 Hz信號轉(zhuǎn)換成8 K×4 K@50/60 Hz、或?qū)? K×4 K@50/60 Hz信號轉(zhuǎn)換成8 K×4 K@100/120 Hz,實(shí)現(xiàn)運(yùn)動畫面流暢、平穩(wěn)播放。運(yùn)動估算通過檢測運(yùn)動圖象在時域的變化幅度,精確算出圖像中運(yùn)動單元的運(yùn)動方向和速度,估算出內(nèi)插數(shù)據(jù);在某些場景下運(yùn)動檢測得到的運(yùn)動方向和速度并不能真正反映圖像運(yùn)動變化后的實(shí)際矢量數(shù)據(jù)、導(dǎo)致內(nèi)插數(shù)據(jù)失真,因此在運(yùn)動估算的基礎(chǔ)上針對特定場景采用運(yùn)動補(bǔ)償來避免顯示圖像失真。

            由于芯片處理帶寬等資源限制,方案將8 K視頻幀分解為4個4 K視頻幀來單獨(dú)進(jìn)行MEMC及FRC處理,對處理后的4個4 K視頻幀進(jìn)行同步校準(zhǔn)后驅(qū)動8 K屏來呈現(xiàn)為合成的8 K視頻圖像。

          3 產(chǎn)品方案

            8 K超高清電視產(chǎn)品方案如圖4所示。

            TV SoC通過USB3.0輸入接口讀取8 K信號后,將其轉(zhuǎn)換成PCI格式的8 K視頻碼流,通過PCI接口輸出給8 K解碼芯片。8 K解碼芯片(DECODE CHIP)利用強(qiáng)大的CPU、GPU及軟件算法,解碼出8 K視頻;對視頻進(jìn)行分割等處理,將8 K@60 Hz視頻分割成4路4 K@60 Hz視頻,并轉(zhuǎn)換成4路HDMI2.0格式的視頻信號輸出。4路HDMI2.0格式的4 K@60 Hz視頻信號分別輸入給4顆HV2芯片,每1顆HV2芯片將HDMI2.0格式的4 K@60 Hz轉(zhuǎn)換成8-lane VBO信號;然后利用FRC芯片對每1路8-lane VBO信號進(jìn)行MEMC處理及倍頻插幀處理,輸出4路4 K@120 Hz 16-lane VBO信號。最后每1路4 K@120 Hz 16-lane VBO視頻信號驅(qū)動8 K 120 Hz電視面板對應(yīng)的一個區(qū)域,4路4 K@120 Hz 16-lane VBO視頻信號驅(qū)動8 K 120 Hz電視面板的四個區(qū)域,實(shí)現(xiàn)8 K視頻圖像顯示。

            TV SoC通過輸入接口接收4 K視頻時,直接進(jìn)行解碼等處理(如果接收4 K以下分辨率視頻,還需將其轉(zhuǎn)換為4 K視頻),輸出4 K@60 Hz 8-lane VBO信號給超級分辨率轉(zhuǎn)換芯片(UPCONV CHIP)。超級分辨率轉(zhuǎn)換芯片對4 K視頻幀進(jìn)行像素插值、像素填充處理后,轉(zhuǎn)換成8 K視頻幀;然后進(jìn)行視頻分割等處理,輸出4路HDMI2.0格式的4 K@60 Hz視頻。及后續(xù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、MEMC處理、倍頻插幀處理等,驅(qū)動8 K 120 Hz面板實(shí)現(xiàn)8 K視頻圖像顯示。

          4 結(jié)論

            本文提出一種8 K超高清電視系統(tǒng)設(shè)計方案,詳細(xì)闡述了8 K超高清電視的系統(tǒng)原理、8 K信號處理及精確顯示和8 K超級分辨率圖像提升等關(guān)鍵技術(shù)、產(chǎn)品方案。系統(tǒng)采用專用8 K解碼芯片對8 K信號進(jìn)行解碼及采用專用算法將4 K視頻轉(zhuǎn)換成8 K視頻,然后將8 K為4個4 K視頻幀進(jìn)行處理及驅(qū)動8 K屏、合成顯示為1個8 K×4 K視頻圖像,實(shí)現(xiàn)8 K視頻圖像的精確顯示。該方案已應(yīng)用于創(chuàng)維8 K超高清電視樣機(jī),效果良好;將能夠快速應(yīng)用于8 K超高清顯示產(chǎn)品,具有很好的應(yīng)用價值。

            參考文獻(xiàn):

            [1]李超,時大鑫.超高清晰度顯示技術(shù)[J].現(xiàn)代顯示,2010,(5):99-103.

            [2]熊健.高效視頻編碼關(guān)鍵技術(shù)研究[D].電子科技大學(xué),2015.

            [3]趙超,趙海武,王國中,等.快速AVS2幀內(nèi)預(yù)測選擇算法[J].計算機(jī)應(yīng)用,2015,35(11):3284-3287.

            本文來源于《電子產(chǎn)品世界》2018年第6期第28頁,歡迎您寫論文時引用,并注明出處。



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