大尺寸LCD圖像引擎的關(guān)鍵算法與前端設(shè)計(jì).pdf

1、在LCD顯示應(yīng)用領(lǐng)域，通常數(shù)據(jù)源輸出圖像的分辨率是變化，而從工業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化要求和獲得最佳顯示效果的角度出發(fā)，LCD顯示器的物理分辨率則是固定不變的。 這就需要將不同分辨率的輸入圖像經(jīng)過(guò)縮放后輸出到分辨率固定的LCD顯示器上，當(dāng)前工業(yè)上解決這一問(wèn)題的方案是在輸入數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)顯示設(shè)備之間設(shè)置LCD圖像引擎來(lái)實(shí)現(xiàn)縮放處理。LCD圖像引擎是面向LCD顯示器應(yīng)用的一種高度集成的圖像處理芯片，它在整個(gè)LCD顯示系統(tǒng)中具有不可取代的位置。

2、 本文在分析了大尺寸LCD圖像引擎的研究現(xiàn)狀之后，提出了擬開(kāi)發(fā)的大尺寸LCD圖像引擎的總體結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)目標(biāo)。針對(duì)該體系結(jié)構(gòu)，提出了一種基于2點(diǎn)的三次樣條插值算法，推導(dǎo)出了該算法的插值核函數(shù)的表達(dá)式，并基于該算法實(shí)現(xiàn)LCD圖像引擎的核心部分——圖像縮放引擎的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。主觀和客觀Q值評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法獲得的插值圖像質(zhì)量非常接近傳統(tǒng)的雙三次插值算法，而運(yùn)算復(fù)雜度和硬件實(shí)現(xiàn)開(kāi)銷(xiāo)卻低于后者，對(duì)于實(shí)時(shí)性要求較高的LCD圖像引擎來(lái)說(shuō)該算法

3、是一個(gè)性?xún)r(jià)比較高的插值算法。 為了提高經(jīng)過(guò)圖像縮放引擎處理后的圖像顯示質(zhì)量，在LCD圖像引擎中引入了圖像色彩調(diào)整技術(shù)。為了使圖像邊緣變得清晰可見(jiàn)，選用Laplacian 8鄰域圖像邊緣銳化模板來(lái)進(jìn)行圖像邊緣銳化，同時(shí)通過(guò)引入銳化因子w對(duì)該銳化算法進(jìn)行了改進(jìn)，使用戶(hù)可以根據(jù)自己的視覺(jué)特性來(lái)選擇銳化的強(qiáng)度；在對(duì)現(xiàn)有對(duì)比度調(diào)整原理進(jìn)行探討并分析它們的不足之后提出了一種基于雙重自動(dòng)閾值分割的分段線性變換對(duì)比度調(diào)整算法。該方法利用大津展之（

4、Otsu）提出的最大類(lèi)間方差法來(lái)進(jìn)行雙重閾值的自動(dòng)分割，得到將圖像分割為目標(biāo)區(qū)、背景區(qū)和過(guò)渡區(qū)的最佳分割點(diǎn)，然后利用該分割點(diǎn)來(lái)設(shè)置分段線性變換對(duì)比度調(diào)整法的相關(guān)參數(shù)，同時(shí)增加分段直線斜率控制權(quán)重w，使用戶(hù)可以方便地調(diào)節(jié)對(duì)比度的調(diào)整程度，通過(guò)圖像仿真比較分析，該方法調(diào)整效果良好有效；在介紹Gamma校正原理后，根據(jù)LCD顯示器特有的R、G、B三條Gamma曲線，提出了一種帶預(yù)修整的分通道Gamma校正算法，該算法經(jīng)過(guò)仿真可知比常用的Gam

5、ma＝2.2校正法更能復(fù)現(xiàn)原始圖像的顯示效果。 隨著LCD顯示需求不斷增大，數(shù)字圖像中表示每一像素的二進(jìn)制比特?cái)?shù)也不斷增多。但在許多實(shí)際應(yīng)用中，受特定顯示終端的精度影響，處理過(guò)程中多比特位表示的數(shù)字圖像在顯示之前需將像素的比特?cái)?shù)降低，以適應(yīng)顯示終端的要求。數(shù)字半色調(diào)技術(shù)被用來(lái)解決這個(gè)匹配問(wèn)題，有序抖動(dòng)和誤差擴(kuò)散是2種有效的半色調(diào)算法。針對(duì)Bayer算法由于抖動(dòng)矩陣固定不變所帶來(lái)的固有缺陷，本文提出了動(dòng)態(tài)Bayer抖動(dòng)算法，通過(guò)在

6、不同圖像幀之間輪換Bayer抖動(dòng)矩陣，既保證了圖像灰度信息量不變，又消除了圖像被烙上Bayer抖動(dòng)矩陣痕跡的固有缺陷。為了今后發(fā)展高檔LCD圖像引擎的需要，本文對(duì)誤差擴(kuò)散算法也進(jìn)行了深入的探討，提出了一種基于邊緣檢測(cè)和弱化擴(kuò)散矩陣的動(dòng)態(tài)誤差擴(kuò)散算法，該算法考慮了圖像邊緣的方向，依據(jù)該方向來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整擴(kuò)散系數(shù)，同時(shí)通過(guò)設(shè)置閾值，來(lái)控制擴(kuò)散矩陣的選取。為了減少誤差擴(kuò)散時(shí)誤差積累過(guò)快，提出了一個(gè)弱化的誤差擴(kuò)散矩陣，從圖像仿真效果來(lái)看該弱化矩陣良

7、好地減少了誤差擴(kuò)散的“龜紋”現(xiàn)象。從處理后圖像的主觀評(píng)價(jià)和客觀評(píng)價(jià)中可知，該算法可以得到更好的圖像處理效果。 基于本文提出的算法和LCD 體系結(jié)構(gòu)，使用硬件描述語(yǔ)言Velilog HDL 對(duì)該芯片進(jìn)行了RTL 級(jí)描述并使用相應(yīng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)軟件進(jìn)行了前仿真。為了降低ASIC 設(shè)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)，在LCD 圖像引擎芯片的設(shè)計(jì)流程中引入了FPGA 驗(yàn)證。在設(shè)計(jì)好FPGA 驗(yàn)證的總體方案之后，搭建了用于LCD 圖像引擎FPGA 驗(yàn)證的驗(yàn)證平臺(tái)，然