【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 中一般不會(huì)被人們提及。而由于液晶顯示器是利用液晶分子扭轉(zhuǎn)控制光的通斷，而液晶分子的扭轉(zhuǎn)需要一個(gè)過(guò)程，所以液晶顯示器的反應(yīng)時(shí)間要明顯長(zhǎng)于 CRT。 從早期的 25ms 到大家熟知的 16ms 再到最近剛剛出現(xiàn)的 12ms，反應(yīng)時(shí)間被本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 13 不斷縮短，液晶顯示器不適合娛樂(lè)的陳舊觀念正在受到巨大挑戰(zhàn)?？梢韵茸鲆粋€(gè)簡(jiǎn)單的換算： 30 毫秒 =1/=每秒鐘顯示 33 幀畫(huà)面； 25 毫秒 =1/=每秒鐘顯示 40 幀畫(huà)面； 16 毫秒 =1/=每秒鐘顯示 63 幀畫(huà)面； 12 毫秒 =1/=每秒鐘顯示 83 幀畫(huà)面?？梢钥闯?12ms 的誕生意味著液晶制造的一個(gè)巨大進(jìn)步。 但要注意的是，液晶顯示器都有一個(gè)掃描頻率的限制，特別是對(duì)于場(chǎng)頻 (又稱刷新率 )，很多都限制在 75Hz 以下，而就一般概念而言， 75Hz 意味著一秒刷新 75 幀畫(huà)面，這樣看上去就達(dá)不到 12ms 對(duì)應(yīng)的每秒 83 幀畫(huà)面了。 實(shí)際上，我們上面所說(shuō)的 12ms 反應(yīng)時(shí)間是針對(duì)全黑和全白畫(huà)面之間切換所需要的時(shí)間，這種全白全黑畫(huà)面的切換所需的驅(qū)動(dòng)電壓 是比較高的，所以切換速度比較快，可以達(dá)到 12ms；而實(shí)際應(yīng)用中大多數(shù)都是灰階畫(huà)面的切換 (其實(shí)質(zhì)是液晶不完全扭轉(zhuǎn)，不完全透光 )，所需的驅(qū)動(dòng)電壓比較低，故切換速度相對(duì)較慢。所以綜合起來(lái)，在灰階畫(huà)面下 75Hz 的刷新率已經(jīng)可以滿足 12ms 液晶面板的需求了。 當(dāng) 液晶從一個(gè)灰度級(jí)過(guò)渡到另一個(gè)灰度級(jí)時(shí)，是通過(guò)一個(gè)驅(qū)動(dòng)電壓使液晶單元從一種分子排列狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種分子排列狀態(tài)的過(guò)程，針對(duì)不同的灰度級(jí)組合，驅(qū)動(dòng)電壓大小是不一樣的， 施加在液晶上的驅(qū)動(dòng)電壓是和灰度級(jí)直之間的差值大小成正比關(guān)系的。 當(dāng)灰度級(jí)相差較大時(shí) 施加在液晶體上的 驅(qū) 動(dòng)電壓就高， 液晶的翻轉(zhuǎn)速度就越快，使得液晶單元的響應(yīng)時(shí)間 也 就越快。同樣， 當(dāng)灰度級(jí)相差較小時(shí) 施加在液晶體上的 驅(qū)動(dòng)電壓 就 低， 液晶的翻轉(zhuǎn)速度也相應(yīng)變慢，使得液晶的響應(yīng)時(shí)間也就變慢了。 從圖 22 也可以看出，當(dāng)從 0 灰度級(jí)到 255 灰度級(jí)時(shí)，比從 0 灰度級(jí)到 32 灰度級(jí)的響應(yīng)時(shí)間低得多 。過(guò)驅(qū)動(dòng)算法的工作原理就是將輸入圖像 各像素點(diǎn)的 灰度級(jí)進(jìn)行預(yù)處理，進(jìn)而改變灰度轉(zhuǎn)換時(shí)的驅(qū)動(dòng)電壓， 降低液晶顯示器 響應(yīng)時(shí)間。 圖 23 液晶顯示器過(guò)驅(qū)動(dòng)處理單元 框圖 過(guò)驅(qū)動(dòng)處理單元 幀存儲(chǔ)單元 表存儲(chǔ)單元 Pn Pn1 Po 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 14 如上圖所示， 表存儲(chǔ)單 元存著預(yù)先測(cè)量好的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)， 這些數(shù)據(jù)是在進(jìn)行過(guò)驅(qū)動(dòng)處理過(guò)程中所需要的數(shù)據(jù)。 過(guò)驅(qū)動(dòng)算法就是將輸入的 圖像數(shù)據(jù)的 前一幀 Pn1和當(dāng)前幀 Pn 在 過(guò)驅(qū)動(dòng)處理 單元 中通過(guò)一系列比較處理，然后從表存儲(chǔ)單元里面取出需要的值然后通過(guò) 插值 計(jì)算得到目標(biāo) 灰度 值 用以 代替當(dāng)前幀 Pn 進(jìn)行 輸出，即 Po，同時(shí)將輸出 當(dāng)前幀 Pn存儲(chǔ)到幀存儲(chǔ)單元，作為下一幀的前一幀。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 15 第三章 針對(duì)高清 液晶 電視的 過(guò)驅(qū)動(dòng)算法 本章主要闡述了 一種 針對(duì)高清液晶電視 響應(yīng)時(shí)間 補(bǔ)償?shù)乃惴?過(guò)驅(qū)動(dòng)算法。 該算法的主 要思想是 對(duì)輸入的圖像幀的相鄰兩幀 （前一幀和當(dāng)前幀） 的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較 并 進(jìn)行 插值 處理 ，對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行一個(gè)預(yù)處理。通過(guò)過(guò)驅(qū)動(dòng)算法處理，每一幀輸入圖像 將 會(huì)產(chǎn)生一幀輸出圖像，使液晶 顯示器的 響應(yīng)時(shí)間降低。 算法流程 圖 處理流程圖如下圖所示： 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 16 圖 31 算法處理流程圖 在整個(gè)算法的處理流程中，需要對(duì)圖像 數(shù)據(jù)的讀取、 寫(xiě)出 和色彩空間轉(zhuǎn)換 ，以及 在對(duì)灰度值進(jìn)行插值處理時(shí)，需要用到插值 的 函數(shù)，將 在 后 面 分別 進(jìn)行說(shuō)明，其中，圖像數(shù)據(jù)的讀取和寫(xiě)出見(jiàn)附錄 4。 圖 像數(shù)據(jù)色彩空間轉(zhuǎn)換 尋址判斷 i,j 以及 x,y 的值 開(kāi)始 確認(rèn)目標(biāo)灰階和起始灰階 圖像數(shù)據(jù)由 RGN轉(zhuǎn)為 YUV 讀取圖像數(shù)據(jù) 結(jié)束 插值處理 用 OD 替換當(dāng)前灰度值 目標(biāo)灰階 =起始灰階 不處理直接輸出 圖像數(shù)據(jù)由 YUV轉(zhuǎn)為 RGB并輸出 是 否 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 17 對(duì) 于輸入的彩色圖像，常用的是 RGB 色彩空間，真彩圖采用的是 24 位實(shí)現(xiàn)方法 , 也就是紅綠藍(lán)每個(gè)通道有 8 位 即 256 色 階 。因此在本算法中，需要對(duì) 色彩空間進(jìn)行轉(zhuǎn)換 ，即將輸入圖像的 色彩空間從 RGB 轉(zhuǎn)到 YUV，其轉(zhuǎn)換公式為： 0. 29 9 0. 58 7 0. 11 4 00. 16 9 0. 33 2 0. 5 12 80. 5 0. 41 9 0. 08 1 12 8YRUGVB? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ? (31) 轉(zhuǎn)換過(guò)后，對(duì) YUV色彩空間中的 Y 分量進(jìn)行插值， 插值完成后，再將圖像數(shù)據(jù)從 YUV 色彩空間轉(zhuǎn)換回 RGB 色彩空間，轉(zhuǎn)換公式為： 1 0. 00 09 1. 40 170. 99 97 0. 34 36 0. 71 39 12 81. 00 18 1. 77 16 0. 00 03 12 8RYGUBV?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? (32) 雙線性 插值方法 雙線性插值是有兩個(gè)變量的插值函數(shù)的線性插值擴(kuò)展，其核心思想是在兩個(gè)方向分別進(jìn)行一次線性插值。 假如我們想得到未知函數(shù) f 在點(diǎn) P = (x, y) 的值，假設(shè)我們已知函數(shù) f 在 Q11 = (x1, y1)、 Q12 = (x1, y2), Q21 = (x2, y1) 以及 Q22 = (x2, y2) 四個(gè)點(diǎn)的值。 圖 32 雙線性插值示意圖 首先在 x 方向進(jìn)行線性插值，得到 211 1 1 2 12 1 2 1( ) ( ) ( )x x x xf R f Q f Qx x x x???? 其中 11( , )R x y? (33) 212 1 2 2 22 1 2 1( ) ( ) ( )x x x xf R f Q f Qx x x x???? 其中 22( , )R x y? (34) y2 y y1 x1 x x2 Q11 R1 Q12 P Q22 R2 Q21 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 18 然后在 y方向進(jìn)行線性插值，得到 21122 1 2 1( ) ( ) ( )y y y yf P f R f Ry y y y???? (35) 這樣就得到所要的結(jié)果 f(x,y), 1 1 2 12 2 1 22 1 2 1 2 1 2 11 2 2 22 1 1 12 1 2 1 2 1 2 1( ) ( )( , ) ( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )f Q f Qf x y x x y y x x y yx x y y x x y yf Q f Qx x y y x x y yx x y y x x y y? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ?(36) 如果選擇一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)使得 f 的四個(gè)已知點(diǎn)坐標(biāo)分別為 (0,0)、 (0,1)、 (1,0)、(1,1)，那么插值公式就可以簡(jiǎn)化為： ( , ) ( 0 , 0) ( 1 ) ( 1 ) ( 1 , 0) ( 1 ) ( 0 , 1 ) ( 1 ) ( 1 , 1 )f x y f x y f x y f x y f x y? ? ? ? ? ? ? ? (37) 或者用矩陣運(yùn)算表示為： ? ? ( 0 , 0 ) ( 0 , 1 ) 1( , ) 1 ( 1 , 0 ) ( 1 , 1 )f f yf x y x x f f y?? ? ? ??? ? ? ? ?? ? ? ? (38) 與這種插值方法名稱不同的是，這種插值方法并不是線性的，它的形式是 ： 1 2 3 4( )( ),a x a a y a?? (39) 它是兩個(gè)線性 函數(shù)的乘積。另外，插值也可以表示為 1 2 3 4 .b b x b y b xy? ? ? (310) 在這兩種情況下，常數(shù)的數(shù)目都對(duì)應(yīng)于給定的 f 的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)目。 線性插值的結(jié)果與插值的順序無(wú)關(guān)。首先進(jìn)行 y 方向的插值，然后進(jìn)行 x 方向的插值，所得到的結(jié)果是一樣的。 詳細(xì)處理過(guò)程 1) 對(duì)于輸入的圖像數(shù)據(jù)幀，提取相鄰的兩幀進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，將圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在 *pColorTable1 和 *pColorTable2 中； 2) 用上面的轉(zhuǎn)換公式將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)從 RGB 色彩空 間轉(zhuǎn)換到 YUV 空間； 3) 然后針對(duì)每一像素的兩幀數(shù)據(jù)的 Y 分量進(jìn)行比較， 比較結(jié)果可能有以 下兩種處理方法：一是兩幀 Y 分量值相同，則不進(jìn)行處理；二是兩幀 Y分量不同時(shí)， 將 兩幀的 Y 分量的值分別對(duì)灰度間隔求整和求余得到i,j,x,y的值。然后在查找表 （查找表詳見(jiàn)附錄 4） 中查找出對(duì)應(yīng) 于坐標(biāo) ( i , j) 、 ( i+1 , j) 、 ( i , j+1)、 ( i+1 ,j+1 )四個(gè)點(diǎn)的值； 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 19 圖 33 以目標(biāo)灰階 166 和原始灰階 85 為例 的雙線性插值 在查找表中取值 4) 通過(guò)雙線性插值計(jì)算出過(guò)驅(qū)動(dòng)值 OD，并用 OD 代替目標(biāo)灰度值 ； 5) 將處理過(guò)后的數(shù)據(jù)從 YUV 色彩空間轉(zhuǎn)換回 RGB 空間 ； 6) 如果一幀處理完成則輸出圖像，否則循環(huán)執(zhí)行步驟 3。 代碼實(shí)現(xiàn) 過(guò)驅(qū)動(dòng) 算法部分主要代碼及解釋見(jiàn)附錄 1。 PSNR 的計(jì)算 峰值信噪比（ PSNR），一種評(píng)價(jià)圖像的客觀標(biāo)準(zhǔn)。通常在經(jīng)過(guò)影像壓縮之后，輸出的影像通常都會(huì)有某種程度與原始影像 不 一樣。為了衡量經(jīng)過(guò)處理后的影像品質(zhì)，我們通常會(huì)參考 PSNR 值來(lái)認(rèn)定某個(gè)處理程序夠不夠令人滿意。它是原圖像與處理圖像之間均方誤差相對(duì)于 (2^n1)^2 的對(duì)數(shù)值 (信號(hào)最大值的平方， n 是每個(gè)采樣值的比特?cái)?shù) )，它的單位 是 dB。公式如下： 22551 0 * lo g ( )PSN R M SE? (311) 其中 1()F ram esiz e nnnIPM SE Fram esi ze??? ? (312) 其中， MSE 是原圖像與處理圖像之間均方誤差。 PSNR 的單位為 dB。所以PSNR 值越大，就代表失真越少。 因?yàn)橛布矫娴南拗?，不能測(cè)量圖像幀之間的響應(yīng)時(shí)間，所以只能從處理后的圖像的失真度以及其他方面進(jìn)行比較。 測(cè)試效果 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 20 以下是一組高清測(cè)試圖的效果對(duì)比： 圖 34 測(cè)試圖組的 第一幀圖片 圖 35 測(cè)試圖組的 第二幀圖片 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 21 圖 36 處理后的第二幀圖片 通過(guò)對(duì)比，可以很明顯的看出 處理后的第二幀圖片將第一幀圖中將變暗的地方補(bǔ)償了暗度，將變亮的地方補(bǔ)償了亮度。 這將使液晶響應(yīng)第二幀（處理后的第二幀圖像）的時(shí)間將會(huì)有所降低。 通過(guò)處理前后的第二幀圖片的對(duì)比計(jì)算，得出處理后的圖片的 峰值信噪比為 。 圖 37 雙線性插值 灰度值補(bǔ)償曲線圖，橫坐標(biāo)為目標(biāo)灰度值，縱坐標(biāo)為補(bǔ)償?shù)幕叶戎? GL255 未補(bǔ)償時(shí)的曲線 GL128 GL0 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 22 從圖中可以看出 ，這一族曲線顯示了將輸出灰度作 為當(dāng)前灰度的功能。請(qǐng)注意，如果 響應(yīng)時(shí)間 沒(méi)有改善（即液晶的反應(yīng)速度不夠快），所有的曲線都會(huì)落在從左下角到右上角的 那條 對(duì)角線上。在這個(gè)圖中，中心對(duì)角線兩側(cè)的數(shù)據(jù)不對(duì)稱說(shuō)明了 灰度到灰度的上升過(guò)渡響應(yīng)時(shí)間和下降過(guò)渡響應(yīng)時(shí)間是不同的 ，結(jié)合圖22(GTG 上升過(guò)渡響應(yīng)時(shí)間直方圖 )可以看出，通過(guò)插值計(jì)算后，響應(yīng)時(shí)間得到了降低。 注意標(biāo)注 GL255 的那條曲線， 這表示當(dāng)原始灰度值是 255 時(shí)，如果目前灰度值低于 112， 0 灰度值將會(huì)被 用來(lái)代替目標(biāo)灰度值 。這表示這個(gè)液晶如果要從全亮到 半 亮或者更暗，需要最大的下驅(qū)動(dòng)以最大限度的提高響應(yīng)時(shí)間。 對(duì)于高清液晶電視來(lái)說(shuō)， 雙線性插值也存在一些不足，每一次插值都需要訪問(wèn) 4 次查找表， 因?yàn)楦咔逡壕щ娨暶恳粠瑪?shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量都較大， 當(dāng)在硬件實(shí)現(xiàn)時(shí)