圖像增強(qiáng)技術(shù)在液晶電視中的應(yīng)用分析

摘 要：電視作為一個(gè)視聽產(chǎn)品，畫質(zhì)是其重要的指標(biāo)，越來越受到消費(fèi)者的關(guān)注和重視。文章介紹了幾種常用的圖像增強(qiáng)技術(shù)在電視產(chǎn)品中的應(yīng)用，并對(duì)這些技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析。

關(guān)鍵詞：畫質(zhì)；圖像增強(qiáng)；動(dòng)態(tài)對(duì)比度；直方圖

引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技水平的提高，3D技術(shù)、智能電視、網(wǎng)絡(luò)功能紛紛被移植進(jìn)電視，電視產(chǎn)品越來越趨于同質(zhì)化。而對(duì)于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)趨于同質(zhì)化的今天，提升核心技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力已成為企業(yè)間新一輪的發(fā)展重心。因此，擁有卓越的畫質(zhì)，同時(shí)為消費(fèi)者提供包括超清、互聯(lián)網(wǎng)在內(nèi)的更多的電視體驗(yàn)方式，才能更加適應(yīng)未來消費(fèi)者的需求。

改善平板電視畫質(zhì)的途徑主要有兩種：一是從顯示器件方面，使用更高規(guī)格的顯示屏，如采用對(duì)比度和亮度更高、響應(yīng)時(shí)間更短的顯示屏，但性能指標(biāo)越高，顯示屏的制造成本也越高，這無疑會(huì)增加電視制造廠商的生產(chǎn)成本；二是從視頻處理芯片方面，采用圖像增強(qiáng)技術(shù)來提升畫質(zhì)，彌補(bǔ)顯示器件固有的不足，從而提升平板電視的顯示效果[1]。在當(dāng)今成本制勝的市場(chǎng)環(huán)境下，國內(nèi)電視制造廠家不得不采用量大面廣的中低端平板顯示屏，所以平板電視產(chǎn)品只能通過視頻處理芯片的圖像增強(qiáng)技術(shù)來提升畫質(zhì)，從而提高產(chǎn)品的性價(jià)比，滿足人們的需求。

1 圖像增強(qiáng)技術(shù)在電視中的應(yīng)用

平板電視實(shí)現(xiàn)彩色圖像重現(xiàn)的過程中，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^程，都有可能對(duì)畫質(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)電視圖像畫質(zhì)可能有著不同程度的削弱[2]。

TV、高清分量信號(hào)、HDMI等外部視頻信號(hào)通過視頻解碼芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后送到圖像處理與控制電路中處理，圖像處理器集成有圖像隔/逐行處理、比例放大或縮小、OSD控制、MCU等功能模式。通過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)（LVDS）送到平板顯示屏顯示。在圖像處理器中引入圖像增強(qiáng)技術(shù)，既可以改善圖像處理過程中的降質(zhì)，又可以根據(jù)顯示器的一些特性作反向處理，比如反伽瑪校正[3]等來改善平板電視的顯示效果。文章介紹了幾種常用的圖像增強(qiáng)技術(shù)在電視產(chǎn)品中的應(yīng)用，下面對(duì)這幾項(xiàng)圖像增強(qiáng)技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析。

1.1 DCTI/DLTI

為了增強(qiáng)系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)，彌補(bǔ)信號(hào)在傳輸過程中的損失，目前高端的視頻處理芯片都采用了DCTI/DLTI（瞬時(shí)彩色/亮度增強(qiáng)）技術(shù)。其原理是把在傳輸過程中因衰減導(dǎo)致信號(hào)變化減緩恢復(fù)為劇烈的變化，使圖像中的物體邊緣更加清晰、色彩過渡更加銳利。典型的DCTI一般采用的基于二階差分的色度瞬間特性改善算法，假設(shè)水平處理窗口為2m個(gè)像素點(diǎn)寬，相應(yīng)的水平增強(qiáng)信號(hào)為：

y（n）=■-■ （1）

根據(jù)信號(hào)增強(qiáng)的強(qiáng)度可以調(diào)節(jié)參數(shù)k，因此處理后的信號(hào)可表示為：

x'（n）=x（n）+k*y（n） （2）

通過對(duì)信號(hào)邊緣變陡，從而提高圖像的清晰度，使彩色圖像更加清晰亮麗，過渡鮮明，避免了彩色拖邊模糊的問題。

1.2 ICM（Independent Color Management）

傳統(tǒng)的電視無法顯示人眼的動(dòng)態(tài)觀測(cè)的所有顏色，為了讓畫面能夠吸引用戶，電視圖像顏色需要更加飽和鮮明。ICM即獨(dú)立彩色管理（Independent Color Management），其原理就是利用偽彩色的提升技術(shù)，在HSI顏色空間進(jìn)行處理，通過一個(gè)可配置的二維查找表的數(shù)值設(shè)定對(duì)變換后的色度信號(hào)進(jìn)行非線性優(yōu)化處理，使得圖像顏色更準(zhǔn)確，畫面更加鮮艷，細(xì)節(jié)更加清晰，具有更靈活的可設(shè)計(jì)領(lǐng)域，并且具有更多的色調(diào)來進(jìn)行顏色校正。Realtek公司推出的視頻處理芯片目前具有7軸顏色控制、藍(lán)延伸和相鄰色彩保護(hù)等特點(diǎn)。

ICM技術(shù)可以對(duì)顏色分種類分區(qū)域進(jìn)行單獨(dú)的補(bǔ)償和修正，而不影響其他的顏色，比如膚色補(bǔ)償就只是對(duì)膚色區(qū)域單獨(dú)進(jìn)行補(bǔ)償。ICM技術(shù)在HSI空間處理，提高了圖像處理的運(yùn)算速度和效率。

對(duì)于輸入的數(shù)字RGB信號(hào)首先統(tǒng)一變換為HSI信號(hào)，使亮度與色度信號(hào)分開，然后針對(duì)特定的顏色區(qū)域，通過一個(gè)可配置的二維查找表的數(shù)值設(shè)定對(duì)輸入的圖像信號(hào)進(jìn)行非線性優(yōu)化。二維查找表的參數(shù)數(shù)值是通過大量的主觀評(píng)測(cè)獲得的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，將HSI信號(hào)送入查找表單元進(jìn)行查表優(yōu)化，處理完成后再轉(zhuǎn)換為RGB分量輸出，最終實(shí)現(xiàn)顯示圖像色彩效果的改善。

（a）膚色補(bǔ)償原圖 （b）改進(jìn)后的圖像

圖1

1.3 DCC動(dòng)態(tài)對(duì)比度控制（Dynamic Contrast Control）

目前市面上比較便宜、功能單一的視頻處理芯片的對(duì)比度提升技術(shù)都是采用CRT時(shí)代的線性拉升技術(shù)，沒有完全利用整幅圖像的整個(gè)亮度范圍來顯示，而液晶顯示屏的對(duì)比度相比CRT來說一般都要低，因此需要使用DCC（動(dòng)態(tài)對(duì)比度提升）技術(shù)來提高LCD的動(dòng)態(tài)對(duì)比度，以彌補(bǔ)其不足。DCC技術(shù)可以根據(jù)需要提高圖像的動(dòng)態(tài)對(duì)比度，其原理是根據(jù)畫面像素灰度級(jí)的統(tǒng)計(jì)，通過自適應(yīng)直方圖均衡化處理[4]，逐幀重新調(diào)整灰度級(jí)的分布，使畫面的對(duì)比度更強(qiáng)，細(xì)節(jié)更加清晰，圖2 是效果圖。

（a）原始暗畫面及色彩度直方圖 （b）DCC處理后的畫面及色彩度直方圖

圖2

從圖2（a）可以看出，畫面大部分像素是在暗色區(qū)域，沒有應(yīng)用DCC技術(shù)的畫面，圖像顯得灰蒙蒙的，使用DCC技術(shù)把圖像中亮的部分進(jìn)行對(duì)比度提升，增大了動(dòng)態(tài)對(duì)比范圍，立體感變得更強(qiáng)，增加了整個(gè)畫面層次感。

2 結(jié)束語

目前視頻處理器的運(yùn)算能力越來越強(qiáng)、集成度越來越高，并逐漸向單芯片方向發(fā)展，越來越多的圖像增強(qiáng)技術(shù)被應(yīng)用到平板電視的畫質(zhì)提升之中，比如Dither、Motion Adaptive De-interlace、Film22/32、sharpness、peaking、Noise Reduction和sobel邊緣提取技術(shù)等的應(yīng)用都給平板電視的畫質(zhì)提升帶來顯著的效果，所介紹的只是其中的一個(gè)側(cè)面。

隨著電視的功能和應(yīng)用越來越豐富，消費(fèi)者對(duì)電視產(chǎn)品的畫質(zhì)要求也越來越高，確保高畫質(zhì)仍然是電視產(chǎn)品的重要指標(biāo)，相信更多更先進(jìn)的圖像增強(qiáng)技術(shù)將繼續(xù)被引入視頻處理芯片當(dāng)中，消費(fèi)者將能真正感受到前所未有的高畫質(zhì)體驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]孫即祥.圖像處理[M].北京：科學(xué)出版社，2004.

[2]鄭寶輝，陳強(qiáng).淺談高清晰度電視及其發(fā)展[J].無線電通信技術(shù)， 2001，23（4A）：63-68.

[3]丁志兵，鄭南寧，姚霽，等.視頻信號(hào)的數(shù)字化后處理及其實(shí)現(xiàn)[J].電視技術(shù)，2003，（12）：58-59.

[4]Yeganeh H，Ziaei A，Rezaie A.A novel approach for contrast enhancement based on histogram equalization /Computer and Communication Engineering，International Conference on.Kuala Lumpur： IEEE Communications Society，2008：256-260.