應(yīng)用于平板電視 HQV技術(shù)原理簡(jiǎn)介

    HQV是美國(guó)Silicon Optix 公司開發(fā)的一組視頻優(yōu)化技術(shù)，它最早源于美國(guó)軍方巡航導(dǎo)彈的圖像處理導(dǎo)航技術(shù)，后被開發(fā)轉(zhuǎn)為民用而逐步商業(yè)化。經(jīng)過(guò)20 年不斷完善和提高而制成芯片，它可以被廣泛應(yīng)用在節(jié)目制作、高端影音處理和高檔終端顯示設(shè)備中，被稱為好萊塢質(zhì)量的視頻(Hollywood Quality Video, HQV) 處理方案。

    之前，HQV主要應(yīng)用于修復(fù)膠片、膠磁轉(zhuǎn)換中的去污點(diǎn)和劃痕，典型產(chǎn)品是視頻處理器。隨著視頻格式的不斷豐富，HQV也正被逐步應(yīng)用于電視信號(hào)的格式轉(zhuǎn)換以及DVD節(jié)目制作。 

    經(jīng)證實(shí)，得到HQV技術(shù)處理后的圖像質(zhì)量能得到有效提升，繼于諸多高端投影機(jī)上取得成功應(yīng)用之后，它在高端平板電視接收顯示產(chǎn)品中也得到應(yīng)用。像廈華的HQ系列液晶電視，它就把HQV 作為核心圖像處理芯片，在隔行-逐行轉(zhuǎn)換、圖像降噪和標(biāo)清/高清格式變換等方面均有良好的表現(xiàn)。

    據(jù)了解，HQV是目前業(yè)界最高端視頻圖像處理芯片之一，具有高達(dá)1×10exp（12）次/秒的處理能力，能以動(dòng)態(tài)自適應(yīng)的方式進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的像素檢測(cè)與處理，能夠最大化地提升畫面細(xì)節(jié)表現(xiàn)，并消除噪點(diǎn)，進(jìn)而完美地將標(biāo)清畫面轉(zhuǎn)化為高清畫質(zhì)。

平板電視視頻格式轉(zhuǎn)換原理

    之前，視頻信號(hào)格式變換電路主要是這樣的：一行信號(hào)或一場(chǎng)信號(hào)被重復(fù)使用，低速寫入，高速被讀出。不過(guò)，由于電視圖像是運(yùn)動(dòng)圖像，而且圖像運(yùn)動(dòng)的速度和方向是隨機(jī)的，上述方法被沒(méi)法對(duì)原來(lái)的運(yùn)動(dòng)圖像進(jìn)行任何處理，因此經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單視頻信號(hào)格式變換后的圖像質(zhì)量就顯得不夠平滑，甚至還會(huì)存在幀差效應(yīng)，并有可能形成圖像拖尾，使圖像邊緣模糊，更會(huì)影響重顯圖像質(zhì)量。

    而最新研制的視頻信號(hào)處理集成電路則大多采用快速運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)和高速運(yùn)動(dòng)圖像處理技術(shù)，這樣，它就能對(duì)運(yùn)動(dòng)圖像進(jìn)行高速存儲(chǔ)、插值運(yùn)算和補(bǔ)償。而且還可以有效減小運(yùn)動(dòng)圖像因場(chǎng)差效應(yīng)造成的邊緣鋸齒化，使顯示圖像變得更加自然。

    首先，我們來(lái)看插值算法的原理。先用兩個(gè)場(chǎng)存儲(chǔ)器把奇、偶兩場(chǎng)信號(hào)存儲(chǔ)起來(lái)，取本場(chǎng)中垂直相鄰的像素A 和B ，再加上前一場(chǎng)中與該像素在時(shí)間上相鄰的像素C，并找出這三個(gè)像素的亮度中間值。如果像素A、B、C的亮度值遞減，B就可以被認(rèn)為是亮度的中間值，這個(gè)中間值并不是平均值，而是A B C這三個(gè)像素中居中的亮度值。

    我們?cè)俳o出另一組像素A′、B′、C′，新的插入行信號(hào)就是采用這一方法生成的。在靜態(tài)圖像中，像素C的值就是中間值。而運(yùn)動(dòng)圖像中，本場(chǎng)內(nèi)相鄰像素的相關(guān)性加大，即像素A 和B 的值比較接近，中間值便不可能是像素C的值，于是就實(shí)現(xiàn)了場(chǎng)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)圖像內(nèi)插，從而避免出現(xiàn)水平運(yùn)動(dòng)圖像的鋸齒形失真。

    在運(yùn)動(dòng)圖像的垂直和水平方向使用上述方法，內(nèi)插像素可以取得較好的效果。但在運(yùn)動(dòng)圖像的斜線方向，較好的內(nèi)插圖像像素卻不容易實(shí)現(xiàn)。為此，我們必須尋找新的運(yùn)動(dòng)圖像插值算法。

    我們可以利用前、后場(chǎng)某插入位置像素的大小和運(yùn)動(dòng)矢量，從而計(jì)算出新像素的大小。在進(jìn)行格式變換前，首先要確定輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的顯示格式，并計(jì)算出輸出像素的顯示時(shí)鐘頻率。

    這種視頻信號(hào)格式變換電路具有獨(dú)立的水平、垂直圖像格式變換功能，每幀圖像的線數(shù)（垂直方向的像素?cái)?shù)）、每秒的圖像幀數(shù)（刷新頻率）和水平方向的像素?cái)?shù)之間互不相關(guān)，格式變換就顯得更為靈活，這也就新的視頻信號(hào)格式變換。

    視頻信號(hào)格式變換主要完成以下工作：

    一、垂直方向的格式變換，表示一幀圖像垂直方向像素?cái)?shù)或有效行數(shù)的增減；

    二、水平方向的格式變換，表示一行圖像水平方向像素?cái)?shù)的增減；

    三、圖像幀頻（刷新頻率）變換，表示每秒重顯幀數(shù)的增減。

    我們知道，只要輸入/輸出信號(hào)格式不同，我們就必須對(duì)其進(jìn)行格式變換，這樣才能滿足顯示格式要求。而先進(jìn)的格式變換電路也可以完成去隔行效應(yīng)，減小行間閃爍。為了正確實(shí)現(xiàn)格式變換，我們還得通過(guò)鎖相環(huán)使輸出像素顯示時(shí)鐘頻率，進(jìn)而同輸入像素?cái)?shù)據(jù)率同步工作。

    在進(jìn)行內(nèi)插圖像處理時(shí)，我們首先根據(jù)連續(xù)兩幀信號(hào)的差值，確定原始圖像是靜止圖像還是運(yùn)動(dòng)圖像。如果幀差信號(hào)為零，就形成了靜止圖像，我們便能用相鄰的奇、偶場(chǎng)信號(hào)生成新的逐行信號(hào)；

    如果幀差信號(hào)不為零，且超過(guò)某個(gè)閾值，這就形成了運(yùn)動(dòng)圖像，運(yùn)動(dòng)圖像采用具有運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)膬?nèi)插法形成新的內(nèi)插行圖像信號(hào)。

HQV視頻格式轉(zhuǎn)換

HQV 視頻格式轉(zhuǎn)換

    基于像素處理的隔行-逐行轉(zhuǎn)換

    通常情況下，兩場(chǎng)圖像沒(méi)有變化時(shí)直接合并兩場(chǎng)信號(hào)，一旦出現(xiàn)任何運(yùn)動(dòng)，就會(huì)丟失一半數(shù)據(jù)。所以，靜態(tài)的圖形很清晰，但運(yùn)動(dòng)圖像則會(huì)比較模糊。

    HQV就采用基于運(yùn)動(dòng)像素補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ瑖?yán)格區(qū)別有用像素和失真像素, 對(duì)相對(duì)靜止的圖像部分采取保留有用圖像細(xì)節(jié)、丟棄失真像素的方式完成轉(zhuǎn)換。

    基于像素處理的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償

    HQV還能完成對(duì)前后4 場(chǎng)的分析，并對(duì)高清信號(hào)進(jìn)行處理，雖然數(shù)據(jù)處理量增加很多，卻仍可保證圖像處理的質(zhì)量。

    對(duì)角插補(bǔ)減少鋸齒效應(yīng)

    在隔行-逐行轉(zhuǎn)換處理之后，為了修復(fù)在運(yùn)動(dòng)區(qū)域丟失的細(xì)節(jié)，HQV芯片還可以進(jìn)行多方向的診斷過(guò)濾處理，使得在運(yùn)動(dòng)物體邊緣丟失的一些數(shù)據(jù)重建，從而消除圖像中的鋸齒。

    基于像素運(yùn)動(dòng)及時(shí)間濾波降噪

    我們知道，噪聲來(lái)自節(jié)目錄制、編輯處理、壓縮傳輸、信號(hào)接收、解壓變換以及顯示驅(qū)動(dòng)等各個(gè)環(huán)節(jié)。最簡(jiǎn)單的降噪方法是使用空間濾波器去除高頻信息，但信號(hào)中的特定噪聲和個(gè)別細(xì)節(jié)同時(shí)也被去除，圖像的質(zhì)量隨之下降。

    另外，一種時(shí)間噪聲濾波器可以充分利用了噪聲是圖像的隨機(jī)函數(shù)的特點(diǎn)，評(píng)估若干幀信號(hào)，通過(guò)識(shí)別幀與幀之間的差異剔除數(shù)據(jù)，并有效減少了噪聲。對(duì)于靜止圖像，這種降噪技術(shù)既保護(hù)大部分細(xì)節(jié)又降低了噪聲。但是，當(dāng)信號(hào)中存在運(yùn)動(dòng)物體，幀和幀之間必定存在差異，運(yùn)動(dòng)的物體沒(méi)有和噪聲分開, 就會(huì)引起重影和拖尾。

    這時(shí)，就得依靠HQV技術(shù)了，它采用像素運(yùn)動(dòng)適應(yīng)和噪聲適應(yīng)時(shí)間濾波器，進(jìn)而避免失真的出現(xiàn)。為了保護(hù)大多數(shù)的細(xì)節(jié)，還對(duì)運(yùn)動(dòng)像素進(jìn)行必要的噪聲處理。在靜止區(qū)域，降噪的能力由像素基礎(chǔ)即圍繞在像素周圍的噪聲程度來(lái)決定。在噪聲較小時(shí)，濾波器并不工作。這樣，我們就可以保證在任何指定的時(shí)間，處理后的視頻信號(hào)都帶有最少的噪聲，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更為真實(shí)、自然的畫面。

    基于大量像素關(guān)聯(lián)的細(xì)節(jié)銳化增強(qiáng)和縮放

    再有，細(xì)節(jié)增強(qiáng)是高清和標(biāo)清格式轉(zhuǎn)換中重要的處理方式，全部的數(shù)字視頻通過(guò)低通抗鋸齒濾波器來(lái)防止在數(shù)字處理過(guò)程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤顏色和波紋效果。HQV細(xì)節(jié)增強(qiáng)技術(shù)則應(yīng)用了保守算法，在處理前選擇性的識(shí)別模糊區(qū)域，避免出現(xiàn)暈輪或者缺陷。

    在對(duì)標(biāo)清轉(zhuǎn)高清電視信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，HQV芯片采用評(píng)估周邊1024個(gè)像素縮放的方法，并配合了細(xì)節(jié)增強(qiáng)技術(shù)，使得播放出的畫面更符合高清的標(biāo)準(zhǔn)。

    總體上講，HQV影像處理技術(shù)在提升畫質(zhì)的能力主要是源于它在逐行掃描、噪點(diǎn)抑制、標(biāo)清和高清倍頻轉(zhuǎn)換等方面的出眾，通俗些講可以包括以下幾點(diǎn)：

    1、最大程度的提升分辨率

    HQV芯片有提升6倍的處理能力，能將標(biāo)清畫面完美的轉(zhuǎn)換成高清畫質(zhì)。為了確保畫質(zhì)不失真，HQV在倍頻轉(zhuǎn)換時(shí)還增加了80%的像素。特別是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)像素增強(qiáng)技術(shù)，在保證優(yōu)質(zhì)畫質(zhì)的同時(shí)還不會(huì)帶來(lái)鋸齒及暈斑。

    2、像素逐點(diǎn)處理

    HQV影像芯片的逐點(diǎn)處理給我們帶來(lái)卓越的圖象效果，不同于其他的區(qū)域處理或跳楨而實(shí)現(xiàn)的全局優(yōu)化。

    3、噪點(diǎn)抑制

    當(dāng)數(shù)字影像被壓縮時(shí)會(huì)產(chǎn)生細(xì)紋、色塊及一些隨機(jī)噪點(diǎn)，而HQV則能基于智能化降噪技術(shù)，可以自動(dòng)辨識(shí)畫面中噪點(diǎn)并及時(shí)消除雜訊，凸顯畫面細(xì)節(jié)。

    4、將1080i的隔行轉(zhuǎn)換成逐行

    1080i/480i格式的影象以隔行的形式傳播，即單幅圖象只包含全部畫面信息的一半，將這些圖象的半場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行重組，即為逐行掃描。多角度過(guò)濾避免鋸齒的產(chǎn)生，而基于單像素的動(dòng)態(tài)自適應(yīng)技術(shù)則最大程度的帶來(lái)HD的高解析度。

HQV技術(shù)在平板電視中的應(yīng)用

    我們以廈華的好萊塢系列1080p液晶電視為例，其高寬比為16：9，物理分辨率為1920×1080，采用HQV 作為信號(hào)處理主芯片，其水平、垂直清晰度均可達(dá)到1080線的理論值。

    咱們知道，標(biāo)準(zhǔn)清晰度的活動(dòng)圖像是由DVD獲得，格式為720×576i/50 Hz，而高清圖像和活動(dòng)圖像則是由高清信號(hào)發(fā)生器提供，格式為1920×1080i/50 Hz，并通過(guò)分量接口饋入。一般來(lái)講，高清畫面需要暗背景層次清晰，噪聲小、顏色鮮艷、畫面通透、層次分明、色彩艷麗、運(yùn)動(dòng)細(xì)節(jié)清晰，不會(huì)沒(méi)有明顯的拖尾現(xiàn)象。而且圖像的線條平滑。輪廓清晰，鋸齒效應(yīng)得到明顯抑制。

廈華LC-52HQ36R液晶電視

    在信號(hào)源為DVD 標(biāo)準(zhǔn)清晰度節(jié)目源時(shí)，經(jīng)HQV視頻格式變換后，可以將720×576i的標(biāo)清圖像格式變換為1920×1080p的高清圖像顯示格式，而且畫質(zhì)非常優(yōu)異，不會(huì)有明顯的鋸齒和暈斑，其噪聲小且細(xì)節(jié)清晰，非常接近于高清節(jié)目的圖像效果。

    隨著CRT技術(shù)與模擬電視步入晚期，數(shù)字電視將會(huì)在以后很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)成為廣大消費(fèi)者的首選，而平板電視也就會(huì)隨著這樣的背景走進(jìn)越來(lái)越多國(guó)人的家庭當(dāng)中。平板電視相比于傳統(tǒng)的CRT電視有著不言而喻的優(yōu)勢(shì)，卻也不得不面對(duì)正處在初級(jí)階段的現(xiàn)實(shí)。所以說(shuō)，廣大平板電視廠商就需要用實(shí)際行動(dòng)去開發(fā)新的技術(shù)，以適應(yīng)平板電視產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，就像本文介紹的HQV視頻處理技術(shù)。相信隨著時(shí)間的推進(jìn)，會(huì)有更多的新技術(shù)被應(yīng)用在平板電視之上，這對(duì)消費(fèi)者來(lái)說(shuō)無(wú)疑是個(gè)巨大的利好消息。