TV運動畫面下的OSD顯示優化

余明火

（深圳創維-RGB電子有限公司研發總部，廣東 深圳 518108）

OSD是On-Screen Display的簡稱，即屏幕菜單式調節方式，其作用是提供一個直觀的圖形界面，幫助用戶完成各種對電視機器的控制以及信息獲知任務，在對OSD觸發方式上，隨著智能電視的發展，已由傳統的遙控觸發發展到以鍵盤、智能手機等多元化設備觸發的方式，而OSD能提供的內容也豐富多樣。視頻畫面主要由兩部分組成，第一部分是本身的視頻信號，第二部分是OSD界面。而視頻信號畫面基本上以運動圖像為主，不可避免地會出現拖尾現象，為了解決該問題，各大電視廠商采取了一定的技術措施，如MEMC技術、120 Hz倍頻技術等。

OSD界面相對于視頻信號而言，大多是靜止的，用戶通過OSD觸發器（如鍵盤、手標等）觸發OSD觸發信號，顯示模塊中顯示OSD界面，用戶可以通過該OSD界面進行調整。例如：用戶操作遙控器觸發OSD觸發信號，電視機顯示屏上會出現OSD界面，用戶可以通過該OSD界面進行調整。若觸發OSD這一事件發生在電視機播放運動畫面時，將運動視頻信號和OSD視頻信號混合在一起處理，同時對運動畫面和OSD界面采用插幀技術處理（解決的是運動畫面的卡頓問題），處理后的OSD界面也會運動，這就會造成OSD顯示問題。隨著視頻播放的迅猛發展，尤其是各種3D OSD及3D，4K，2K等超高清視頻的出現，OSD界面的顯示效果問題越來越得到開發者的重視。

1 運動畫面下的OSD顯示

MEMC（Motion Estimate and Motion Compensation）即運動估計和運動補償，是液晶電視中用到的運動畫面補償技術[1]，目的是為解決運動畫面的卡頓問題。運動補償技術的原理是采用動態映像系統，在傳統的兩幀圖像之間加插一幀（或者若干）運動補償幀[2]，將普通平板電視的刷新率進行提升（例如50/60 Hz刷新率提升至100/120 Hz，60 Hz刷新率提升至240 Hz等），經過運動補償技術處理后，運動畫面更加清晰流暢，優于常態響應效果，從而清楚顯示上一幀圖像的殘影，提高動態清晰度的效果，將影像拖尾降低到人眼感知不到的程度。

液晶電視要達到優良的顯示效果，不僅對屏刷新率提出更高要求，還需要對輸入給顯示屏的視頻信號進行處理[3]，在信號輸入給屏幕顯示前加MEMC模塊是多數電視廠商采用的方式[4]，即在信號板上增加MEMC模塊，其信號流程如圖1所示，即視頻信號經過信號板上的圖像處理CPU后，傳輸給MEMC模塊處理，經過MEMC模塊的運動補償技術處理后，傳輸給顯示屏顯示。

圖1 信號流程圖

MEMC技術的出現有效解決了運動畫面抖動、運動畫面拖尾等問題。但不難發現，MEMC技術解決的是運動畫面的問題，而當運動畫面疊加有靜止的OSD時，OSD顯示效果如何呢？

筆者在看電視的時候碰到過這樣的情況，在觀看運動畫面時，用遙控器操作，電視機顯示屏上會出現OSD界面，運動圖像運動幅度比較大時，發現OSD顯示不良（如OSD字幕變形花屏、圖形扭曲、邊緣破碎感等），這種現象尤其是在超高清電視上非常明顯。這種現象產生的原因是電視處理電視運動視頻信號和相對靜止的OSD信號時是混合的，對運動畫面采取插幀技術的同時，也對OSD采取了插幀技術，處理后OSD就會出現相對屏運動的畫面，但是OSD相對顯示屏應該是靜止的，從而出現了以上問題。

如圖2顯示，左圖為插幀前視頻和OSD信號混合好的效果，原來的第一幀圖像活動畫面在A點位置，第二幀圖像活動畫面在C點位置，在經過MEMC處理模塊時，經過運動估算和處理估計，需要對運動圖像進行插幀；右圖中，插幀的位置為B點，相對第一幀是往左移動，OSD也相應地往左移動，位置為D'，幀逐次顯示在屏上時，給人重影的感覺，因為活動畫面都是無規則的，出現破碎、花屏等現象。

圖2 異常OSD顯示分析圖

2 OSD顯示的優化

MEMC技術的出現解決了液晶電視運動畫面拖尾等問題，卻帶來OSD顯示不良。為了解決這個問題，目前主要有兩種方法，第一種是對OSD加保護，第二種是對運動視頻信號和OSD信號通過圖像解碼芯片進入MEMC模塊前，分開傳輸給MEMC模塊。

OSD加保護的是電視廠商使用最多的一種方式，此種方式的原理是，圖像處理CPU在將視頻信號和OSD信號傳輸給MEMC模塊前，對OSD信號加特殊標志，MEMC在對視頻信號運動畫面進行處理時，對OSD不做處理，在視頻信號為運動畫面時采用，液晶電視機也能正常顯示OSD了。

雖然采用OSD加保護等措施，但有時仍然會出現OSD破碎的問題。圖3為第二種方式的信號傳輸原理圖。圖中顯示視頻信號和OSD信號分別給不同的HS LVDS由圖像處理CPU分開處理后傳輸給MEMC模塊。

圖3 信號傳輸原理圖

當信號源發出的是運動畫面時，電視機在接收到遙控指令（比如用戶遙控），需要調出OSD界面時，圖像處理CPU對視頻信號處理的同時，圖像處理CPU中的OSD信號處理模塊處理OSD信號，視頻信號、OSD信號分別經過不同的HS LVDS傳輸給MEMC模塊。

MEMC模塊對OSD信號以及視頻信號分別進行倍頻處理[5]。如圖4左所示，第一幀運動圖像的相對位置為A，第二幀運動圖像的相對位置為C，經過運算處理后的運動圖像在相對位置為B；第一幀OSD圖像的相對位置為D，第二幀OSD圖像的畫面為D，經過運算處理后的運動圖像仍然在相對位置D。插幀技術倍頻結束后，MEMC模塊中的視頻、OSD信號合并模塊，對OSD和視頻信號合成疊加，最后逐幀顯示在顯示屏上。如圖4右，視頻信號第一幀圖像、插入幀以及第二幀圖像所在的相對位置分別為A，B，C，而OSD信號第一幀圖像、插入幀以及第二幀圖像的相對位置仍然在D，沒有圖2中所示的插入幀位置由D變為D'的現象。采用此方案后，不管視頻信號運動的程度如何，都不會破壞OSD的完整性，也就不會出現OSD圖形文字花屏、破碎等現象了。

3 小結

對電視機而言，顯示信號由兩部分組成，其一是視頻信號，其二就是OSD信號。視頻信號是運動的，OSD信號是靜止的，為了提高運動信號的連續性，電視廠商的做法基本上是采用運動估計和運動補償技術，具體措施有在進行MEMC運算前對OSD進行保護，也有將視頻信號和OSD信號在進入MEMC運算后分開傳輸，

圖4 分開傳輸OSD顯示分析圖

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[1]張谷一，溫娜.MEMC倍頻技術對LCD運動圖像模糊的影響[J].電視技術，2009，33（8）：113-115.

[2]張永祥，盧巖，欒中，等.視頻圖像運動補償系統的設計與實現[J].液晶與顯示，2013，28（3）：424-428.

[3]楊曉東.MEMC功能的介紹以及在電視中的使用[J].電子世界，2010（9）：53-54.

[4]MEMC-120Hz運動補償技術[EB/OL].[2013-12-13].http://wenku.baidu.com/link?url=q1zzZwKeuK8MgH ?pVJzJX5YhMCpU6CjFrisAMq83BIZA51yQYXGniIfD0CjG?FjcgFgv7xq8L2y-SNgLlLddFx_Wapifu1rQis8I7_YMgtMz.

[5]余明火，洪文生，李堅.一種顯示系統：中國，201320333270.5[P].2013-11-27.