淺談視頻顯示設(shè)備中平板顯示器的應(yīng)用

淺談視頻顯示設(shè)備中平板顯示器的應(yīng)用

平板電腦是當(dāng)前的電視發(fā)展趨勢(shì)。然而，在從之前的crt陰極射線管向平板電視的開(kāi)發(fā)中，中國(guó)沒(méi)有機(jī)會(huì)利用數(shù)字成像技術(shù)的發(fā)展機(jī)遇。顯示板塊和芯片處理技術(shù)與發(fā)達(dá)國(guó)家之間存在一定差距。目前，數(shù)字?jǐn)?shù)字波后電源主要來(lái)自歐洲、美國(guó)、日本和韓國(guó)等國(guó)家。因此為提升我國(guó)彩電業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,應(yīng)積極對(duì)平板數(shù)字電視的核心芯片進(jìn)行研發(fā)。以下本文就對(duì)基于SDRAM控制器的DTV100視頻后處理芯片的設(shè)計(jì)方案、相關(guān)技術(shù)指標(biāo)以及軟件實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行探討,力求帶動(dòng)我國(guó)彩電業(yè)發(fā)展,具體如下。1算機(jī)視頻信號(hào)織構(gòu)設(shè)計(jì)本文研究的DTV100后處理芯片其主要功能為利用視頻圖像處理與數(shù)字視頻技術(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)普通視頻信號(hào)、高清信號(hào)以及計(jì)算機(jī)視頻信號(hào)的格式轉(zhuǎn)換、掃描、三維降噪、升幀、畫(huà)質(zhì)改善、以及視頻縮放等功能,從而可實(shí)現(xiàn)不同信號(hào)源與器件間的有效連接,并消除畫(huà)面中的閃爍及色串等情況,提升畫(huà)面品質(zhì)與清晰度。其主要結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。DTV100芯片秩序通過(guò)內(nèi)部SDRAM控制器實(shí)現(xiàn)三維降噪、升幀、去隔行、3:2電影模式處理等操作,不但有效減少I(mǎi)/0管腳,同時(shí)還大大降低了成本。2支持3.2視頻處理及/視頻顯示1兼容ITU656格式的YUV隔行信號(hào)、計(jì)算機(jī)信號(hào)、高清YPbPr等視頻信號(hào)。2自適應(yīng)降噪與運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。3芯片的幀頻轉(zhuǎn)換以及輸入等致使均轉(zhuǎn)換成60Hz進(jìn)行逐行掃描。4實(shí)現(xiàn)3:2電影模式自動(dòng)檢測(cè)與處理。5可實(shí)現(xiàn)垂直及水平兩個(gè)方向的獨(dú)立視頻縮放。6可實(shí)現(xiàn)包括伽馬校正、改善色度、細(xì)節(jié)增強(qiáng)等高畫(huà)質(zhì)的處理及改善工作。7嵌入OSD引擎以及MCU8051核。8可實(shí)現(xiàn)芯片自測(cè)試功能以及對(duì)比演示。3芯片的設(shè)計(jì)與關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)3.1芯片設(shè)計(jì)后端設(shè)計(jì)本次研究的DTV芯片以由上至下的ASIC流程進(jìn)行設(shè)計(jì),具體設(shè)計(jì)流程見(jiàn)下圖。芯片的前端設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)規(guī)格設(shè)計(jì)方案、子模塊算法設(shè)計(jì)、聯(lián)合仿真、時(shí)序驗(yàn)證、FPGA驗(yàn)證、ASIC綜合以及硬件實(shí)現(xiàn)等幾個(gè)方面。后端設(shè)計(jì)包括方案優(yōu)化、布局布線設(shè)計(jì)、仿真驗(yàn)證以及芯片加工制造等。芯片采用0.25μmCMOS工藝進(jìn)行設(shè)計(jì),芯片版圖面積為16.1平方毫米。邏輯電路共100萬(wàn)門(mén),功耗設(shè)計(jì)為0.9w,以PQFP208工藝封裝。3.2三維自適應(yīng)沉降技術(shù)3.2.1幀差檢測(cè)控制為了能夠有效減少視頻畫(huà)面里的色傳及高斯噪聲等現(xiàn)象,該芯片采用三維自適應(yīng)降噪技術(shù),此種技術(shù)原理是通過(guò)SDRAM進(jìn)行上一幀圖像信息的儲(chǔ)存,再將當(dāng)前幀數(shù)和上一幀數(shù)進(jìn)行對(duì)比,取得幀差。視頻輸入模塊需要先通過(guò)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器對(duì)噪聲進(jìn)行預(yù)先檢測(cè),將檢測(cè)結(jié)果作為控制降噪因子K值。檢測(cè)器借助幀差對(duì)正在進(jìn)行的幀圖進(jìn)行靜止與運(yùn)動(dòng)的區(qū)分,邊緣檢測(cè)器需要對(duì)現(xiàn)圖像進(jìn)行細(xì)致檢測(cè),將檢測(cè)結(jié)果作為降噪音質(zhì)K值,D3.2.2運(yùn)動(dòng)區(qū)域k值的選取算法硬件實(shí)現(xiàn)間圖2,以行存為輸入幀,并在SDRAM中讀取反饋幀,并均作流水線儲(chǔ)存,一次利于之后的檢測(cè)及降噪因子選取。噪聲水平與K值呈反比,k值越大,視頻圖像運(yùn)動(dòng)也越為劇烈。通常情況下,視頻圖像中靜止的區(qū)域k值應(yīng)當(dāng)在0.1-0.5之間,運(yùn)動(dòng)的區(qū)域K值取0.5-0.8。分別處理亮度、色度時(shí),為了在不同視頻場(chǎng)景下進(jìn)行相應(yīng)的色串與降噪處理,其K值的選取也是不同的。3.3視頻收縮技術(shù)3.3.1點(diǎn)像素值的計(jì)算為了有效解決不同分辨率時(shí)的視頻圖像失真問(wèn)題,提出了基于雙線性差值法的視頻縮放技術(shù),來(lái)解決圖像在不同大小下失真問(wèn)題。雙線性差值法的公式如下。注:公式(2)中V(i,j)是(i,j)點(diǎn)像素值,d為(I,j)點(diǎn)與(i,j)點(diǎn)間的距離。先假設(shè)垂直縮放因子為m/n,將原圖像與縮放后的圖像中的某一部分截取,以原圖像中的m個(gè)點(diǎn)(即縮放后圖像中的n個(gè)點(diǎn))設(shè)為一個(gè)循環(huán),并在原圖像中設(shè)立坐標(biāo)系,假設(shè)原圖像的像素均為邊長(zhǎng)1的格點(diǎn),那么縮放后圖像的格點(diǎn)則為m/n,同時(shí)兩端像素點(diǎn)的距離邊緣也將變?yōu)?/2,與m/2n,那么縮放后的某一像素點(diǎn)在原圖像中對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)則為:將x取整,縮放后圖像的某一點(diǎn)在原圖像中的對(duì)應(yīng)坐標(biāo)i則為:Int(·)采取取整運(yùn)算,那么則可得到縮放后圖像中的某一點(diǎn)和其在原圖中對(duì)應(yīng)點(diǎn)的垂直距離d為:3.3.2單元數(shù)據(jù)讀取本次研究的DTV100視頻后處理芯片通過(guò)上述算法實(shí)現(xiàn)視頻縮放,具體的硬件實(shí)現(xiàn)框架見(jiàn)下圖。寫(xiě)控制模塊中根據(jù)垂直縮放或水平縮放,即行或點(diǎn)的順序?qū)⒃瓐D像數(shù)據(jù)寫(xiě)入SDRAM,設(shè)每8行(或點(diǎn))為一循環(huán),比例映射模塊將縮放比例等參數(shù)帶入到公式(5)中,以輸入行場(chǎng)為i值,縮放比例為d值,生成的輸出有效信號(hào),以此控制接下來(lái)的單元數(shù)據(jù)的寫(xiě)入與讀取。并讀取存入SDRAM存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù),根據(jù)有效信號(hào)與數(shù)據(jù),生成讀地址,之后將計(jì)算所需要的V(i,j)與V(i+1,j)同時(shí)讀取。再將比例映射模塊得出的d值及讀取模塊帶入到公式(2),得出由原圖像按比例縮放的圖像。3.3.3工作時(shí)鐘芯片測(cè)試將次新品與同類(lèi)芯片進(jìn)行性能比較,結(jié)果顯示,其性能具有一定優(yōu)勢(shì),并可代替國(guó)外同類(lèi)進(jìn)口產(chǎn)品,具體見(jiàn)表1。此芯片經(jīng)測(cè)試,其工作時(shí)鐘能夠達(dá)到120MHz,兼容高清、標(biāo)清以及計(jì)算機(jī)等不同信號(hào)的處理,并可滿足預(yù)期功能要求指標(biāo)。在性價(jià)比、與動(dòng)補(bǔ)償、視頻縮放、清晰度等方面都顯示出了良好的性能,并可代替同類(lèi)國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品,且造價(jià)顯著低于同類(lèi)進(jìn)口產(chǎn)品,值得推廣。4數(shù)字dtv200視頻后處理芯片設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)為提升我國(guó)彩電業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,需要積極對(duì)平板數(shù)字電視的核心芯片進(jìn)行研發(fā),基于此種目的,本文對(duì)基于SDRAM控制器的DTV100視頻后處理芯片展開(kāi)