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， LCDLCD或PDPPDP自身的發光特性也會影響圖像效果，就LCD而言，其發光體是冷陰極管加上RGBRGB濾光器，過濾出的頻譜并不很純正，色再生能力只能達到NTSCNTSC色域的75%左右，不同廠家或同廠家不同批次的LCD屏都有可能出現不同程度的色偏現象，特別是在低亮度圖像細節下。
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SoCSoC，是整個電視系統的主控制器，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。

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、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、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，內嵌有圖像增強功能。現以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、3×3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，3×3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2 ACR色域變換示意圖

圖像增強功能調節

L003各功能模塊的協調工作，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4K地址空間的寄存器。為方便產品開發和對圖像畫質的調節，L003可以通過控制接口與電腦進行通信，通過PC端的調節軟件現場調節不同的畫質效果(可以有４種)，調節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調節軟件中，可調節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)、圖像邊沿增銳化和色域變換等。

產品開發中，較難調節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：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，實現對黑白電平區域延伸的轉換。通過該調節，可看到圖像的細節獲得提升，圖像顯得更為透亮；可以通過調節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。