高清信號發展趨勢

隨著普通顯像管電視利潤的繼續下滑和以平板電視為主的高清數字電視需求量的迅猛增長，整個電視產業都將重心逐漸移到了高清數字電視上。無論是以液晶電視生產為主的夏普還是以等離子電視見長的松下都呈現出供不應求的局面，數字電視的銷售額已經超過傳統CRT電視。但是，數字高清電視并非像手機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者，產品必須經受苛刻的挑剔，而畫質將是決定高清數字電視產品這個高端市場成敗的重要因素。

比起傳統電視，家電廠商對高清數字電視畫質的重視程度要高出很多，但是最后卻發現，數字電視畫質的提升比傳統顯像管電視代價要大得多。一方面顯示面積的增大導致很多忽略的問題變得急待改善，而另一方面顯示機制的改變又帶來很多新的問題，加之數字電視產業鏈的復雜性，使得數字電視畫質提升變成一項系統工程，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字電視視頻處理系統。這主要得益于超大規模集成電路制造成本的降低以及數字視頻信號處理技術的成熟，因此各大廠商都在視頻信號處理系統的畫質增強上下了很大功夫。

?因為數字電視是以像素為單位逐行顯示視頻圖像，所以數字電視視頻信號處理系統完成的核心工作就是隔行信號轉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，隨著消費者對數字電視畫質的要求越來越高，視頻處理器僅僅完成基本工作已經難以滿足要求，在Genesis的新一代處理器Cortez和Samsung的對應產品中，除了對基本功能更好的支持外，更多地加入了對畫質進行增強的技術，比如Genesis的True Life和Pixelworks的Digital Natural Expression（DNX）等等，這些技術都在畫質哪些方面進行了增強呢，以下將對此做一個比較詳細的說明。

畫質增強介紹

自適應去隔行

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容表現可能是有時間差的，對于運動較為劇烈的視頻信號，簡單的合并圖像將產生嚴重的鋸齒，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。這種方法能適應大部分的視頻，但是對于圖像中很細的橫線將產生閃爍。因此，高端的視頻處理器比如Genesis的FLI2310和Pixelworks的PW1235采用的是基于運動矢量的自適應去交錯算法，利用前后若干場圖像內容運動量的大小計算得到當前要顯示的圖像。

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?3:2Pull down

除了將隔行信號轉換為逐行信號，去交錯功能還要完成3:2幀頻轉換（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，每兩幀電影要轉換為五場TV信號，為了簡單，DVD就直接把其中一幀變為三場另一幀變為兩場，視頻處理器如果能正確的檢測到這種序列，就可以更準確地恢復電影畫面，從而進一步提高畫面質量。

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被引入了視頻處理器。例如，為了消除運動中斜線物體的繩化現象，Genesis采用了DCDi專利技術，而Pixelworks的DNX LAI技術也有類似能力，如圖5所示，運動中的高爾夫球棒出現階梯狀鋸齒，好像是一根擰了的繩子，通過專門針對低角度運動物體的去交錯算法處理后才恢復原來筆直的面貌。?

除上述所列主要去交錯技術之外，還有其他比如錯編輯幀補償等一些技術可以使數字視頻的質量得到更好的優化，相信此類技術將不斷推陳出新使數字電視的畫面更佳完美地呈現在大屏幕上。

??? 談到電視，能使購買者在商場柜臺上無數產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者強大的沖擊力。不過遺憾的是，數字電視的色彩很大程度上取決于顯示面板的質量，無論是液晶還是等離子，屏的好壞舉足輕重，好比顯像管質量決定了CRT電視的畫面質量一樣。然而，借助視頻處理器強大的處理能力，顯示屏幕可以從數字圖像信號的改善上得到一定的畫質提升。

高級亮色分離

由于從有線電視或視頻播放設備傳送到電視上的多為復合信號，這種信號混合有同步、亮度和色度信息，經過視頻解碼器后送入視頻處理器，而大多數視頻解碼器是二維亮色分離設計，對于高頻信號不能很好的分離。這樣，畫面的細節部分比如致密的樹葉等就會出現異常顏色。因此，高端處理器都會對解碼器亮色分離作進一步的補償，而補償的效果是極其明顯的，從特殊的畫面很容易看出，如圖6所示。?

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當然，采用具有三維亮色分離的視頻解碼器也可以達到此效果，補償后畫面的細節更加清晰銳利，顏色更加純正。

信號補償

為了增強系統的瞬態響應，彌補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）技術。該技術的原理是將傳輸過程中已經減緩的信號變化恢復為劇烈的變化，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?

在準確還原圖像的基礎上，很多視頻處理器還加入了藝術化的處理技術，Active Color Management（ACM主動色彩管理）和Adaptive Color/Contrast Enhancement（ACE自適應顏色/對比度增強）就是被主要采用的兩個畫面美化技術。ACM技術可以對自然界顏色區域中某些特殊種類的顏色進行單獨的補償和修正，而不影響其他種類顏色，比如膚色補償（Flesh Tone Compensation）就只是對膚色區域單獨進行補償，如圖8所示。類似的，這種技術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。這項技術可以說是大量經驗的體現，自然界的顏色多種多樣，要使顏色都向好的方向補償的確需要大量的試驗。

自適應調整?

自適應顏色和對比度增強技術則更是一項藝術性的工作，其原理是根據畫面像素級的亮度和色彩統計，逐幀重新調整亮度和色彩分布，使畫面的對比度更強，細節更加清晰，如圖9所示。該技術的難點主要是在增強程度的控制以及消除由于逐幀調整所帶來的圖像不穩定上。

噪聲抑制

?由于液晶、等離子等數字電視系統對于噪聲非常敏感，加之大屏幕的顯示效果比較明顯，同樣噪聲強度的信號在平板數字電視上顯示出來要比在CRT電視上嚴重很多。因此，數字電視的噪聲抑制是一項很重要的功能。雖然經過測量發現，幾乎所有的噪聲都來源于信號在模擬狀態的時候，但使用模擬手段抑制噪聲的難度遠大于采用數字處理技術，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力的液晶電視更加缺少暗部細節。而高端處理器采用的是Adaptive 3D Noise Reduction（自適應三維噪聲抑制）技術，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字電視主流，針對液晶顯示屏的畫質提升技術也逐漸受到重視。例如，為了消除由于液晶反應遲鈍而造成運動圖像模糊的液晶過驅動（LCD Over Drive）技術，或者稱為像素加速（Pixel Boost）技術在面向液晶電視的視頻處理器中得到了廣泛應用。該技術根據液晶面板響應特性對信號進行預加重，而使最終的顯示效果接近理想目標，如圖11所示。

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結語

綜上所述，隨著數字電視的逐漸普及，數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的處理能力，各家產品所集成的畫質增強技術也絕非僅有上述幾項。借助視頻處理器強大的視頻處理功能和集成度，數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朝向單芯片方向發展，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視頻處理器，將來也極有可能集成硅解調器，而使數字電視的視頻處理真正成為單芯片系統。但無論功能集成多么復雜，確保高畫質仍然是處理器的重要指標，相信更多更先進的畫質增強技術將繼續被引入視頻處理器當中，消費者將能真正感受到電視數字化后帶來的前所未有的高畫質體驗。

總結

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