高清信號發(fā)展趨勢

隨著普通顯像管電視利潤的繼續(xù)下滑和以平板電視為主的高清數(shù)字電視需求量的迅猛增長，整個電視產(chǎn)業(yè)都將重心逐漸移到了高清數(shù)字電視上。無論是以液晶電視生產(chǎn)為主的夏普還是以等離子電視見長的松下都呈現(xiàn)出供不應(yīng)求的局面，數(shù)字電視的銷售額已經(jīng)超過傳統(tǒng)CRT電視。但是，數(shù)字高清電視并非像手機(jī)那樣是一個人人都能分一杯羹的市場，面對愿意出上萬元購買電視的消費(fèi)者，產(chǎn)品必須經(jīng)受苛刻的挑剔，而畫質(zhì)將是決定高清數(shù)字電視產(chǎn)品這個高端市場成敗的重要因素。

比起傳統(tǒng)電視，家電廠商對高清數(shù)字電視畫質(zhì)的重視程度要高出很多，但是最后卻發(fā)現(xiàn)，數(shù)字電視畫質(zhì)的提升比傳統(tǒng)顯像管電視代價要大得多。一方面顯示面積的增大導(dǎo)致很多忽略的問題變得急待改善，而另一方面顯示機(jī)制的改變又帶來很多新的問題，加之?dāng)?shù)字電視產(chǎn)業(yè)鏈的復(fù)雜性，使得數(shù)字電視畫質(zhì)提升變成一項系統(tǒng)工程，需要各個部分的共同努力才能完成，但是其中改動最容易，效果也最明顯的就是數(shù)字電視視頻處理系統(tǒng)。這主要得益于超大規(guī)模集成電路制造成本的降低以及數(shù)字視頻信號處理技術(shù)的成熟，因此各大廠商都在視頻信號處理系統(tǒng)的畫質(zhì)增強(qiáng)上下了很大功夫。

?因為數(shù)字電視是以像素為單位逐行顯示視頻圖像，所以數(shù)字電視視頻信號處理系統(tǒng)完成的核心工作就是隔行信號轉(zhuǎn)逐行信號和視頻的縮放，這兩個功能通常由一些專用芯片來完成，稱為視頻處理器。提供此類器件的廠商主要是一些國外芯片設(shè)計公司如Genesis、Samsung、pixelworks和Trident等，而臺灣的MTK和MSTAR憑借極高性價比也搶占了不少份額。但是，隨著消費(fèi)者對數(shù)字電視畫質(zhì)的要求越來越高，視頻處理器僅僅完成基本工作已經(jīng)難以滿足要求，在Genesis的新一代處理器Cortez和Samsung的對應(yīng)產(chǎn)品中，除了對基本功能更好的支持外，更多地加入了對畫質(zhì)進(jìn)行增強(qiáng)的技術(shù)，比如Genesis的True Life和Pixelworks的Digital Natural Expression（DNX）等等，這些技術(shù)都在畫質(zhì)哪些方面進(jìn)行了增強(qiáng)呢，以下將對此做一個比較詳細(xì)的說明。

畫質(zhì)增強(qiáng)介紹

自適應(yīng)去隔行

首先，要以逐行顯示屏幕顯示隔行的信號如PAL、NTSC，處理器的視頻信號去交錯能力必不可少。很多人可能會覺得這有何難，把隔行信號的兩場圖像合并起來不就行了！是的，這樣做確實可以，但是隔行信號的兩場內(nèi)容表現(xiàn)可能是有時間差的，對于運(yùn)動較為劇烈的視頻信號，簡單的合并圖像將產(chǎn)生嚴(yán)重的鋸齒，如圖3所示，所以這種方法很少采用。大部分軟解壓和低端處理器使用的是倍線方法，即直接將隔行信號圖像中的每一條線顯示成同樣的兩條線。這種方法能適應(yīng)大部分的視頻，但是對于圖像中很細(xì)的橫線將產(chǎn)生閃爍。因此，高端的視頻處理器比如Genesis的FLI2310和Pixelworks的PW1235采用的是基于運(yùn)動矢量的自適應(yīng)去交錯算法，利用前后若干場圖像內(nèi)容運(yùn)動量的大小計算得到當(dāng)前要顯示的圖像。

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?3:2Pull down

除了將隔行信號轉(zhuǎn)換為逐行信號，去交錯功能還要完成3:2幀頻轉(zhuǎn)換（3:2 Pulldown）檢測和處理（對于PAL則是2:2 Pulldown），這主要是由與DVD碟片的視頻來源于電影膠片，而美國電影的放映速度是每秒24幀，也就是說DVD存儲的視頻信號是每秒24幀的逐行圖像而播放出來的是每秒60場的NTSC隔行信號。因此，每兩幀電影要轉(zhuǎn)換為五場TV信號，為了簡單，DVD就直接把其中一幀變?yōu)槿龍隽硪粠優(yōu)閮蓤?#xff0c;視頻處理器如果能正確的檢測到這種序列，就可以更準(zhǔn)確地恢復(fù)電影畫面，從而進(jìn)一步提高畫面質(zhì)量。

抗鋸齒

但是大屏幕上去交錯后的圖像缺陷是如此明顯，為了消除這些問題，更多的信號處理技術(shù)被引入了視頻處理器。例如，為了消除運(yùn)動中斜線物體的繩化現(xiàn)象，Genesis采用了DCDi專利技術(shù)，而Pixelworks的DNX LAI技術(shù)也有類似能力，如圖5所示，運(yùn)動中的高爾夫球棒出現(xiàn)階梯狀鋸齒，好像是一根擰了的繩子，通過專門針對低角度運(yùn)動物體的去交錯算法處理后才恢復(fù)原來筆直的面貌。?

除上述所列主要去交錯技術(shù)之外，還有其他比如錯編輯幀補(bǔ)償?shù)纫恍┘夹g(shù)可以使數(shù)字視頻的質(zhì)量得到更好的優(yōu)化，相信此類技術(shù)將不斷推陳出新使數(shù)字電視的畫面更佳完美地呈現(xiàn)在大屏幕上。

??? 談到電視，能使購買者在商場柜臺上無數(shù)產(chǎn)品中最終選擇的總是那些圖像顏色較為出眾的品牌，畫面艷麗的色彩的確能給消費(fèi)者強(qiáng)大的沖擊力。不過遺憾的是，數(shù)字電視的色彩很大程度上取決于顯示面板的質(zhì)量，無論是液晶還是等離子，屏的好壞舉足輕重，好比顯像管質(zhì)量決定了CRT電視的畫面質(zhì)量一樣。然而，借助視頻處理器強(qiáng)大的處理能力，顯示屏幕可以從數(shù)字圖像信號的改善上得到一定的畫質(zhì)提升。

高級亮色分離

由于從有線電視或視頻播放設(shè)備傳送到電視上的多為復(fù)合信號，這種信號混合有同步、亮度和色度信息，經(jīng)過視頻解碼器后送入視頻處理器，而大多數(shù)視頻解碼器是二維亮色分離設(shè)計，對于高頻信號不能很好的分離。這樣，畫面的細(xì)節(jié)部分比如致密的樹葉等就會出現(xiàn)異常顏色。因此，高端處理器都會對解碼器亮色分離作進(jìn)一步的補(bǔ)償，而補(bǔ)償?shù)男Ч菢O其明顯的，從特殊的畫面很容易看出，如圖6所示。?

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當(dāng)然，采用具有三維亮色分離的視頻解碼器也可以達(dá)到此效果，補(bǔ)償后畫面的細(xì)節(jié)更加清晰銳利，顏色更加純正。

信號補(bǔ)償

為了增強(qiáng)系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)，彌補(bǔ)信號在傳輸過程中的損失，大部分處理器都采用了LTI/CTI（Luminance Transient Improvement/Color Transient Improvement瞬時亮度/色彩增強(qiáng)）技術(shù)。該技術(shù)的原理是將傳輸過程中已經(jīng)減緩的信號變化恢復(fù)為劇烈的變化，使圖像中的物體邊緣更加清晰色彩變化更加銳利，如圖7所示。

色彩增強(qiáng)?

在準(zhǔn)確還原圖像的基礎(chǔ)上，很多視頻處理器還加入了藝術(shù)化的處理技術(shù)，Active Color Management（ACM主動色彩管理）和Adaptive Color/Contrast Enhancement（ACE自適應(yīng)顏色/對比度增強(qiáng)）就是被主要采用的兩個畫面美化技術(shù)。ACM技術(shù)可以對自然界顏色區(qū)域中某些特殊種類的顏色進(jìn)行單獨(dú)的補(bǔ)償和修正，而不影響其他種類顏色，比如膚色補(bǔ)償（Flesh Tone Compensation）就只是對膚色區(qū)域單獨(dú)進(jìn)行補(bǔ)償，如圖8所示。類似的，這種技術(shù)也可以處理其他種類顏色比如草地的綠色和花朵的紅色等。這項技術(shù)可以說是大量經(jīng)驗的體現(xiàn)，自然界的顏色多種多樣，要使顏色都向好的方向補(bǔ)償?shù)拇_需要大量的試驗。

自適應(yīng)調(diào)整?

自適應(yīng)顏色和對比度增強(qiáng)技術(shù)則更是一項藝術(shù)性的工作，其原理是根據(jù)畫面像素級的亮度和色彩統(tǒng)計，逐幀重新調(diào)整亮度和色彩分布，使畫面的對比度更強(qiáng)，細(xì)節(jié)更加清晰，如圖9所示。該技術(shù)的難點主要是在增強(qiáng)程度的控制以及消除由于逐幀調(diào)整所帶來的圖像不穩(wěn)定上。

噪聲抑制

?由于液晶、等離子等數(shù)字電視系統(tǒng)對于噪聲非常敏感，加之大屏幕的顯示效果比較明顯，同樣噪聲強(qiáng)度的信號在平板數(shù)字電視上顯示出來要比在CRT電視上嚴(yán)重很多。因此，數(shù)字電視的噪聲抑制是一項很重要的功能。雖然經(jīng)過測量發(fā)現(xiàn)，幾乎所有的噪聲都來源于信號在模擬狀態(tài)的時候，但使用模擬手段抑制噪聲的難度遠(yuǎn)大于采用數(shù)字處理技術(shù)，所以，視頻處理器基本上都具備降噪功能。對于低端的處理器，降噪的手段就是采取歸零的方法，因為暗場的噪聲最為明顯，處理器將直接把零電平附近的信號全部歸零以達(dá)到消除噪聲的目的。但這樣做的缺點是把暗場一些有用信號也變成了零電平，使本來就缺乏暗場表現(xiàn)力的液晶電視更加缺少暗部細(xì)節(jié)。而高端處理器采用的是Adaptive 3D Noise Reduction（自適應(yīng)三維噪聲抑制）技術(shù)，利用前后幾場的信息分析出哪些是噪聲哪些是信號從而更好的消除噪聲而不破壞原始信息，如圖10所示。?

過去動

隨著液晶電視成為新一代數(shù)字電視主流，針對液晶顯示屏的畫質(zhì)提升技術(shù)也逐漸受到重視。例如，為了消除由于液晶反應(yīng)遲鈍而造成運(yùn)動圖像模糊的液晶過驅(qū)動（LCD Over Drive）技術(shù)，或者稱為像素加速（Pixel Boost）技術(shù)在面向液晶電視的視頻處理器中得到了廣泛應(yīng)用。該技術(shù)根據(jù)液晶面板響應(yīng)特性對信號進(jìn)行預(yù)加重，而使最終的顯示效果接近理想目標(biāo)，如圖11所示。

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結(jié)語

綜上所述，隨著數(shù)字電視的逐漸普及，數(shù)字視頻處理器的競爭也將更加激烈，在基本功能差距不多的情況下，處理器的好壞將主要決定于其畫質(zhì)的處理能力，各家產(chǎn)品所集成的畫質(zhì)增強(qiáng)技術(shù)也絕非僅有上述幾項。借助視頻處理器強(qiáng)大的視頻處理功能和集成度，數(shù)字平板電視的成本也有望大大降低。未來主流視頻處理器將繼續(xù)朝向單芯片方向發(fā)展，在集成了3D Decoder、ADC等混合信號模塊后，DTV的MPEG2解碼器也將被集成進(jìn)視頻處理器，將來也極有可能集成硅解調(diào)器，而使數(shù)字電視的視頻處理真正成為單芯片系統(tǒng)。但無論功能集成多么復(fù)雜，確保高畫質(zhì)仍然是處理器的重要指標(biāo)，相信更多更先進(jìn)的畫質(zhì)增強(qiáng)技術(shù)將繼續(xù)被引入視頻處理器當(dāng)中，消費(fèi)者將能真正感受到電視數(shù)字化后帶來的前所未有的高畫質(zhì)體驗。

總結(jié)

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