平板電視畫質(zhì)

平板電視實現(xiàn)彩色圖像重現(xiàn)過程中，視頻信號本身、A/D轉(zhuǎn)換、圖像縮放及電路上信號傳輸?shù)冗^程，都有可能對畫質(zhì)產(chǎn)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(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(xiàn)不同程度的色偏現(xiàn)象，特別是在低亮度圖像細節(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電路，實現(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(shù)字視頻信號等)通過視頻解碼芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)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(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)增強電路處理后，再通過LVDS傳輸給顯示屏做圖像顯示輸出。



圖1 平板電視信號處理框圖

在圖像處理與控制電路與LVDS間增加畫質(zhì)增強電路，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)增強電路及工作流程、圖像增強效果調(diào)節(jié)、軟件實現(xiàn)作具體介紹。

畫質(zhì)增強電路及工作流程

當前，畫質(zhì)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、Jepico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(nèi)嵌有圖像增強功能。現(xiàn)以L003為例說明圖像增強技術(shù)在平板電視中的實現(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、圖像分析、黑白電平延伸、3D色域變換、伽瑪校正、去抖動、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，3×3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；通過圖像邊沿增強實現(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現(xiàn)對比度增強；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的實際需要，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)輸出時鐘同步信號及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，需要外掛一個串行ROM來存儲各寄存器的設置參數(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)設置寄存器來控制各功能模塊的工作。

L003是一個純數(shù)字化信號的處理芯片，其周邊連接著圖像數(shù)據(jù)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(shù)字信號的傳輸，故周邊器件較少，布線可較為簡潔。



圖2 ACR色域變換示意圖

圖像增強功能調(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)來設置各功能寄存器，以獲得不同的圖像畫質(zhì)增強效果。在PC調(diào)節(jié)軟件中，可調(diào)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(zhuǎn)換)、圖像邊沿增銳化和色域變換等。

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(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)，實現(xiàn)不同程度的對比度增強效果。



圖3 效果1

圖像銳化調(diào)節(jié)：通過圖像邊沿增強的參數(shù)設置，可設置圖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(shù)，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(shù)，而對圖像的灰度區(qū)域采用較大的銳化系數(shù)。同時，在對圖像進行銳化時，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，能夠自動判斷并調(diào)整64級灰階下各灰階的色調(diào)和色度，不同灰階不會相互影響。為便于調(diào)整和軟件編程，用紅R、綠G、蘭B、黃Y、青C、紫M６個相關(guān)聯(lián)的顏色分量的飽和度和色調(diào)為基準參數(shù)進行調(diào)整，通過調(diào)節(jié)這６個參數(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，此時會使該灰階下的場景偏向黃綠色，體現(xiàn)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(diào)整的效果。



圖4 效果2

通過對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，便于調(diào)節(jié)者進行原始圖像與調(diào)節(jié)后圖像的比對，由于很多參數(shù)互相關(guān)聯(lián)，圖像增強并不是越強越好，圖像增強難免會帶來一些負面結(jié)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(diào)節(jié)者充分估計調(diào)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(shù)逐步調(diào)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(xiàn)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(zhì)增強選擇，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進行通信，軟件需要控制GPIO芯片的復位和ROM中的參數(shù)選取，以實現(xiàn)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(zhì)獲得顯著的提升。在圖3效果1中，圖像左邊為增強關(guān)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 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，右邊為通過黑白電平延伸及邊緣處理后的圖像。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，并強化了邊沿過渡，讓字符更為醒目。

結(jié)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(zhì)獲得提升，通過對圖像增強效果的合理化調(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)品的市場認同度。


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