利用圖像增強(qiáng)技術(shù)改善平板電視畫(huà)質(zhì)

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， LCDLCD或PDPPDP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RGBRGB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NTSCNTSC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)自兩方面，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SoCSoC，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：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、Jepico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(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。