【文章內(nèi)容簡介】 中一般不會被人們提及。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)需要一個過程，所以液晶顯示器的反應(yīng)時間要明顯長于 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)時間被本科畢業(yè)設(shè)計論文 13 不斷縮短，液晶顯示器不適合娛樂的陳舊觀念正在受到巨大挑戰(zhàn)?？梢韵茸鲆粋€簡單的換算： 30 毫秒 =1/=每秒鐘顯示 33 幀畫面； 25 毫秒 =1/=每秒鐘顯示 40 幀畫面； 16 毫秒 =1/=每秒鐘顯示 63 幀畫面； 12 毫秒 =1/=每秒鐘顯示 83 幀畫面。可以看出 12ms 的誕生意味著液晶制造的一個巨大進步。 但要注意的是，液晶顯示器都有一個掃描頻率的限制，特別是對于場頻 (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 幀畫面，這樣看上去就達不到 12ms 對應(yīng)的每秒 83 幀畫面了。 實際上，我們上面所說的 12ms 反應(yīng)時間是針對全黑和全白畫面之間切換所需要的時間，這種全白全黑畫面的切換所需的驅(qū)動電壓 是比較高的，所以切換速度比較快，可以達到 12ms；而實際應(yīng)用中大多數(shù)都是灰階畫面的切換 (其實質(zhì)是液晶不完全扭轉(zhuǎn)，不完全透光 )，所需的驅(qū)動電壓比較低，故切換速度相對較慢。所以綜合起來，在灰階畫面下 75Hz 的刷新率已經(jīng)可以滿足 12ms 液晶面板的需求了。 當 液晶從一個灰度級過渡到另一個灰度級時，是通過一個驅(qū)動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)的過程，針對不同的灰度級組合，驅(qū)動電壓大小是不一樣的， 施加在液晶上的驅(qū)動電壓是和灰度級直之間的差值大小成正比關(guān)系的。 當灰度級相差較大時 施加在液晶體上的 驅(qū) 動電壓就高， 液晶的翻轉(zhuǎn)速度就越快，使得液晶單元的響應(yīng)時間 也 就越快。同樣， 當灰度級相差較小時 施加在液晶體上的 驅(qū)動電壓 就 低， 液晶的翻轉(zhuǎn)速度也相應(yīng)變慢，使得液晶的響應(yīng)時間也就變慢了。 從圖 22 也可以看出，當從 0 灰度級到 255 灰度級時，比從 0 灰度級到 32 灰度級的響應(yīng)時間低得多 。過驅(qū)動算法的工作原理就是將輸入圖像 各像素點的 灰度級進行預處理，進而改變灰度轉(zhuǎn)換時的驅(qū)動電壓， 降低液晶顯示器 響應(yīng)時間。 圖 23 液晶顯示器過驅(qū)動處理單元 框圖 過驅(qū)動處理單元 幀存儲單元 表存儲單元 Pn Pn1 Po 本科畢業(yè)設(shè)計論文 14 如上圖所示， 表存儲單 元存著預先測量好的實驗數(shù)據(jù)， 這些數(shù)據(jù)是在進行過驅(qū)動處理過程中所需要的數(shù)據(jù)。 過驅(qū)動算法就是將輸入的 圖像數(shù)據(jù)的 前一幀 Pn1和當前幀 Pn 在 過驅(qū)動處理 單元 中通過一系列比較處理，然后從表存儲單元里面取出需要的值然后通過 插值 計算得到目標 灰度 值 用以 代替當前幀 Pn 進行 輸出，即 Po，同時將輸出 當前幀 Pn存儲到幀存儲單元，作為下一幀的前一幀。 本科畢業(yè)設(shè)計論文 15 第三章 針對高清 液晶 電視的 過驅(qū)動算法 本章主要闡述了 一種 針對高清液晶電視 響應(yīng)時間 補償?shù)乃惴?過驅(qū)動算法。 該算法的主 要思想是 對輸入的圖像幀的相鄰兩幀 （前一幀和當前幀） 的數(shù)據(jù)進行比較 并 進行 插值 處理 ，對圖像數(shù)據(jù)進行一個預處理。通過過驅(qū)動算法處理，每一幀輸入圖像 將 會產(chǎn)生一幀輸出圖像，使液晶 顯示器的 響應(yīng)時間降低。 算法流程 圖 處理流程圖如下圖所示： 本科畢業(yè)設(shè)計論文 16 圖 31 算法處理流程圖 在整個算法的處理流程中，需要對圖像 數(shù)據(jù)的讀取、 寫出 和色彩空間轉(zhuǎn)換 ，以及 在對灰度值進行插值處理時，需要用到插值 的 函數(shù)，將 在 后 面 分別 進行說明，其中，圖像數(shù)據(jù)的讀取和寫出見附錄 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 開始 確認目標灰階和起始灰階 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 替換當前灰度值 目標灰階 =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)計論文 17 對 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 位實現(xiàn)方法 , 也就是紅綠藍每個通道有 8 位 即 256 色 階 。因此在本算法中，需要對 色彩空間進行轉(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)換過后，對 YUV色彩空間中的 Y 分量進行插值， 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變量的插值函數(shù)的線性插值擴展，其核心思想是在兩個方向分別進行一次線性插值。 假如我們想得到未知函數(shù) f 在點 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) 四個點的值。 圖 32 雙線性插值示意圖 首先在 x 方向進行線性插值，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)計論文 18 然后在 y方向進行線性插值，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) 如果選擇一個坐標系統(tǒng)使得 f 的四個已知點坐標分別為 (0,0)、 (0,1)、 (1,0)、(1,1)，那么插值公式就可以簡化為： ( , ) ( 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)目都對應(yīng)于給定的 f 的數(shù)據(jù)點數(shù)目。 線性插值的結(jié)果與插值的順序無關(guān)。首先進行 y 方向的插值，然后進行 x 方向的插值，所得到的結(jié)果是一樣的。 詳細處理過程 1) 對于輸入的圖像數(shù)據(jù)幀，提取相鄰的兩幀進行數(shù)據(jù)讀取，將圖像數(shù)據(jù)存儲在 *pColorTable1 和 *pColorTable2 中； 2) 用上面的轉(zhuǎn)換公式將存儲的數(shù)據(jù)從 RGB 色彩空 間轉(zhuǎn)換到 YUV 空間； 3) 然后針對每一像素的兩幀數(shù)據(jù)的 Y 分量進行比較， 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，則不進行處理；二是兩幀 Y分量不同時， 將 兩幀的 Y 分量的值分別對灰度間隔求整和求余得到i,j,x,y的值。然后在查找表 （查找表詳見附錄 4） 中查找出對應(yīng) 于坐標 ( i , j) 、 ( i+1 , j) 、 ( i , j+1)、 ( i+1 ,j+1 )四個點的值； 本科畢業(yè)設(shè)計論文 19 圖 33 以目標灰階 166 和原始灰階 85 為例 的雙線性插值 在查找表中取值 4) 通過雙線性插值計算出過驅(qū)動值 OD，并用 OD 代替目標灰度值 ； 5) 將處理過后的數(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。 代碼實現(xiàn) 過驅(qū)動 算法部分主要代碼及解釋見附錄 1。 PSNR 的計算 峰值信噪比（ PSNR），一種評價圖像的客觀標準。通常在經(jīng)過影像壓縮之后，輸出的影像通常都會有某種程度與原始影像 不 一樣。為了衡量經(jīng)過處理后的影像品質(zhì)，我們通常會參考 PSNR 值來認定某個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于 (2^n1)^2 的對數(shù)值 (信號最大值的平方， n 是每個采樣值的比特數(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。 因為硬件方面的限制，不能測量圖像幀之間的響應(yīng)時間，所以只能從處理后的圖像的失真度以及其他方面進行比較。 測試效果 本科畢業(yè)設(shè)計論文 20 以下是一組高清測試圖的效果對比： 圖 34 測試圖組的 第一幀圖片 圖 35 測試圖組的 第二幀圖片 本科畢業(yè)設(shè)計論文 21 圖 36 處理后的第二幀圖片 通過對比，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償了暗度，將變亮的地方補償了亮度。 這將使液晶響應(yīng)第二幀（處理后的第二幀圖像）的時間將會有所降低。 通過處理前后的第二幀圖片的對比計算，得出處理后的圖片的 峰值信噪比為 。 圖 37 雙線性插值 灰度值補償曲線圖，橫坐標為目標灰度值，縱坐標為補償?shù)幕叶戎? GL255 未補償時的曲線 GL128 GL0 本科畢業(yè)設(shè)計論文 22 從圖中可以看出 ，這一族曲線顯示了將輸出灰度作 為當前灰度的功能。請注意，如果 響應(yīng)時間 沒有改善（即液晶的反應(yīng)速度不夠快），所有的曲線都會落在從左下角到右上角的 那條 對角線上。在這個圖中，中心對角線兩側(cè)的數(shù)據(jù)不對稱說明了 灰度到灰度的上升過渡響應(yīng)時間和下降過渡響應(yīng)時間是不同的 ，結(jié)合圖22(GTG 上升過渡響應(yīng)時間直方圖 )可以看出，通過插值計算后，響應(yīng)時間得到了降低。 注意標注 GL255 的那條曲線， 這表示當原始灰度值是 255 時，如果目前灰度值低于 112， 0 灰度值將會被 用來代替目標灰度值 。這表示這個液晶如果要從全亮到 半 亮或者更暗，需要最大的下驅(qū)動以最大限度的提高響應(yīng)時間。 對于高清液晶電視來說， 雙線性插值也存在一些不足，每一次插值都需要訪問 4 次查找表， 因為高清液晶電視每一幀數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量都較大， 當在硬件實現(xiàn)時