基于显示画面的ELA去隔行算法

基于显示画面的ELA去隔行算法 Vol1 23 ,No1 3 第 23 卷 第 3 期 液 晶与显 示 2008 年 6 月 J un . ,2008 Chine se J o ur nal of L iquid Cr ystal s a nd Di splays () 文章编号 :100722780 20080320322205 基于显示画面的EL A 去隔行算法 1 ,2 1 ,2 3张方辉,杨 丹,王秀峰 ( 1 . 陕西省平板显示技术工程研究中心 ,陕西 西安 710021 , E2mail : zha ngf a nghui @su st . edu . cn ; 2 . 陕西科技大学 电气与信息工程学院 ,陕西 西安 710021 ; 3 . 陕西科技大学 材料科学与工程学院 ,陕西 西安 )710021 摘 要 : 在当前的去隔行算法中 ,场内去隔行法由于很好地实现了显示品质和运算成本的平( ) 衡而应用最为广泛 。其中 ,基于边沿的线平均算法 Edge2ba sed L ine Average , EL A由于在 图像边沿部位重建方面的优异现而为人们所熟知 。文章提出了一种基于显示画面的 EL A 去隔行算法 ,其原理是将显示画面划分为面型 、线型以及边沿型等 3 种类型 ,分别对它们采用 本文设计的算法进行去隔行处理 。实际模拟结果表明 ,该方法可以很好地避免边界模糊和锯 齿状画面等不良现象的出现 ,有效降低了运算的复杂度 。 关 键 词 : 视频处理 ; EL A 算法 ;逐行显示 ;去隔行 中图分类号 : O241 . 6 ; TN141文献标识码 : A 能为力了 。为了更精确地估算出边沿的方向性 , 1 引言有人提出了将 EL A 和线重复技术相结合的去隔 [ 4 ] [ 5 ,6 ] 在高品质逐行电视的普及过程中 ,去隔行技行法、自适应 去 隔 行 法以 及 所 谓 的 运 动 补 术的作用变得越来越重要 。传统的标清电视信号 [ 729 ] 偿去隔行法, 它 们 都 能 很 好 地 提 升 去 隔 行 品 ( ) SD TV均为隔行扫描方式 , 因此当要在等离子 质 ,但是其运算复杂度和成本大大提高 。在论文 电视和液晶电视等逐行显示设备上进行显示时 , [ 4 ]和[ 10 ]中 ,给出了估算边沿方向性的最佳阈值 。必须进行隔行到逐行的转换 。而该转换效果的好 提出了一种新型的基于显示画面的 EL A 算 坏直接影响了显示品质的优劣 。 常用的去隔行法有以下几种 : 场内去隔行法 法 。它首先将显示的隔行画面划分为面型画面 、 ( ( ) ) Int ra2fiel d、场间去隔行法 Int er2fiel d、混合去 ,然后利用本文给出的算线型画面和边沿型画面 [ 1 ,2 ] ( ) 隔行法 Hybri d Met ho d。场 内 去隔 行 法 的 法分别对上述画面进行去隔行处理 。模拟结果表 优点在于不需要额外的存储器来保存前场信息 , 明该方法可以获得很好的去隔行效果 。 ( 因此 成 本 低 。其 中 , 以 线 重 复 去 隔 行 法 L i ne ) ( ) Do ubli ng和线 平 均去 隔 行 法 L i ne A ve ra ge 的 2 基于显示画面的 EL A 算法应用最为 广泛 。但是 其 缺点 在于 会 使得 边界 模 糊 。为了解决这个问 ,后续发展出了许多基于 在实验过程 中 , 选 取 同 一 场 内 32 个 相 邻 像 判断方向关联性的去隔行算法 ,其中最为简单的 素 ,它 们 由 一 个 15 ×2 阵 列 和 上 下 各 一 个 像 素 P ( 是 基 于 边 沿 的 线 平 均 算 法 Edge2ba sed L i ne ( ) ( ) x - 7 , y - 3 , n和 P x - 7 , y + 3 , n组成 ,如图 ) A vera ge , EL A,它利用同一场内相邻扫描行间 1 所示 。 我们将研究区域内像素之间亮度没有明[ 3 ] 3 个像素之间的方向关联性来实现线性补偿。 显差 对于方向性 很明 确的 边 沿 , 这 种 EL A 算 法可 以 ( ) 别的画面称为面型画面 [ 如图 2 a 所示 ] 。对于 获得很好的转换品质 ,但是 ,当边沿的方向性不容 面型 画 面 , 可 以 采 用 如 下 方 法 来 估 算 待 补 偿 点 易分辨时 ,比如水平边沿 ,传统的 EL A 算法就无 ( ) Int erpolat e d Pi xel的插值 : () 在图 1 中If | A R RA Y[ 0 ] [ 7 ] - A R RA Y [ 1 ] [ 7 ]| < Th re shol d 收稿日期 : 2007211212 ; 修订日期 : 2008202201 ( ( )) 基金项目 : 陕西省专利产业化项目 No . 2005 ZZ204;陕西省教育厅产业化项目 No . 06J C23 ( ( ) ) & & | A R RA Y[ 0 ] [ 6 ] - A R RA Y[ 1 ] [ 8 ]| < If | P x - k , y + 1 , n- P [ x - 14 - k, y - 1 , Th re shol d n ]| < Thre shol d , ( & &| A R RA Y[ 1 ] [ 6 ] - A R RA Y [ 0 ] [ 8 ]| < k = 14 ,13 ,12 ,11 ,10 ,9 ,8 ,7 ,6 ,5 ,4 ,3 ,2 ,1 ,0 。从 Th re shol d )大到小进行验证 ( ) ( ( ) ( ) Px - 7 , y , n= A RRA Y[ 0 ] [ 7 ] + A RRA Y P x - 7 , y , n= { P x - k , y + 1 , n+ P [ x - ( ) 14 - k, y - 1 , n ]}/ 2 ; [ 1 ] [ 7 ] + A RRA Y [ 0 ] [ 6 ] + A R RA Y [ 1 ] [ 8 ] + ) A R RA Y[ 1 ] [ 6 ] + A R RA Y[ 0 ] [ 8 ]/ 6 } 图 3 线型画面运算法则 Fig. 3 Algo rit hm fo r line p at t er n 如果显示画面既不是面型也不是线型 ,则将 ( ) 之视为边沿型画面 ,如图 2 c所示 。边沿型画面 的插值估算过程如下 : 选取如图 4 所示的 3 ×2 像素阵列 ,确定这些 () 像素之间的最小差异 第一最小差异。如果该最 小差异小于阈值 ,则将所对应的 2 个像素亮度值 的平均值作为插值赋予待补偿点 。 如果显示画面不满足面型画面的要求 ,则进( ) ( ) P[ x - 14 - k, y - 1 , 1 = | P x - k , y + 1 , n-D ( 入线型画面判断阶段 。参考图 3 ,如果像素 Px - 7 , n ]| ( )min k = 6 ,7 ,8 ) ( ) y - 3 , n和 P x - 7 , y + 3 , n之间的差异小于阈 D< Thre shol d , If 1 ( 值 ,则该画面为线型 画面 。其 中 , 当 像 素 P x - ( ) ( ) ( P x - 7 , y , n= { P x - + 1 , n+ P x - k , y ) ( ) 14 , y + 1 , n和 P x - 0 , y - 1 , n之间的差异小于( ) 14 - k, y - 1 , n ]} / 2 ; 阈值时 , 则待补偿点的插值等于上述两像素亮度 ( ) 值 的 平 均 值 。当 像 素 P x - 14 , y + 1 , n和 ( ) P x - 0 , y - 1 , n之间的差异大于阈值时 , 则接着 ( ) ( ) 验证 P x - 14 , y - 1 , n和 P x + 0 , y + 1 , n之间 的差异 , 当该差异小于阈值时 , 则待补偿点的插值 等于上述两像素亮度值的平均值 。否则将接着验 ( ) ( ) 证 P x - 13 , y + 1 , n和 P x - 0 , y - 1 , n之间的 差异 。依此类推 , 直到差异小于阈值为止 。如图 3 所示 , 线型画面的插值可估算如下 : ( ( ) ) | P x - 7 , y - 3 , n- P x - 7 , y + 3 , n| < If 图 4 3 ×2 像素阵列 Th re shol d , Fig. 4 3 ×2 pixel ar ray { 324 液晶与显示第 23 卷 如果第一最小差异大于阈值 ,则将像素阵列由 3 ×2 扩大到 7 ×2 ,如图 5 所示 。同时分别对 7 个 ( ) 像素单独分割成组 t ea m1 和 t ea m2, 每组包 含 3 个像素 ,且从左到右依次组合 。顺序比较这 两组像素亮度值之间的差异并找出其最小差异值 () 第二最小差异,如果该最小差异值小于阈值 ,则 将相应两组内 6 个像素亮度值的平均值作为待补 偿点的插值 。具体算法如下 : ( ) , n+ P [ x - 1 A V ERA GEteam1 = { P x - k1 , y - ( ) , n ] + P [ x - 1 k1 + 1 , y - ( ) k1 + 2, y - 1 , n ]} / 3 , k1 = 4 , 5 ,6 ,7 ,8 ( ( ) A V ERA GE= { P x - k, y + 1 , n+ P[ x - kteam2 2 2 ) ( + 1, y + 1 , n ] + P [ x - k+2 ) 2, y + 1 , n ]} / 3 , k= 4 , 5 , 6 ,2 7 ,8 D= | A V ERA GE- A V ERA GE| 2 team1 team2 min D< Thre shol d , If 2 ) ( ) ( ( P x - 7 , y , n= { Px - k1 , y - 1 , n+ P[ x - k1 + ( ) ) 1 , n ] + P [ x - k+ 2 ,1, y - 1 ) ( y - 1 , n ] + P x - k2 , y + 1 , n+ P ( ) [ x - k+ 1, y + 1 , n ] + P [ x -2 ( ) k+ 2, y + 1 , n ]} / 6 ;2 较第三组和第四组像素之间的差异并找出其中的 最小差异 ,并将相应两组内 6 个像素亮度值的平 均值作为待补偿点的插值 。 综上所述 ,可以将本文提出的基于显示画面 的 EL A 算法的计算流程归纳为如图 8 所示 。 图 5 7 ×2 像素阵列 Fig. 5 7 ×2 pixel a r ray 如果第二最小差异大于阈值 ,则继续将像素阵列扩大到 11 ×2 ,如图 6 所示 。类似地 ,顺序比 较第三组和第四组像素之间的差异并找出其中的 () 最小差异 第三最小差异。如果该差异值小于阈值 ,则将相应两组内 6 个像素亮度值的平均值作 为待补偿点的插值 。 图 8 运算流程 如果第三最小差异大于阈值 ,则继续将像素 Fig. 8 Co mp uting p rocess 阵列扩大到 15 ×2 ,如图 7 所示 。类似地 ,顺序比 3 模拟结果 图 9 所示为一场分辨率为 720 ×576 的画面 , 将其奇数行去掉 ,得到对应的隔行显示画面 ,如图 10 所示 ,其分辨率变为 720 ×288 。对该隔行画面 分别采取以下 2 种方式进行去隔行 :传统 EL A 去 隔行法和基于显示画面的 EL A 去隔行法 。我们 来观察其中的 3 个代表性画面 ,如图 9 中 Bloc k1 () ) ((面型画面、Block2 线型画面和 Block3 边沿型 ) 画面所示 ,对应的显示结果如图 11 所示 。 从图 11 可以看出 ,对于面型画面 ,两者的去 隔行效果基本相同 ; 对于线型画面 ,传统 EL A 算 法会导致断 线出 现 , 而基 于显 示 画面 的 EL A 算 ( ) 图 11两种去隔行法的模拟结果对比. a 原始法则可以很好地克服这个问题 ;对于边沿型画面 , ( ) ( ) 画面 ; b 传 统 EL A ; c 基 于 显 示 画 面 传统 EL A 算 法会 导 致锯 齿状 画 面出 现 , 而基 于 的 EL A . 显示画面的 EL A 算法则可以完美地重现原始画 Simulation result s of t he two de2interlace Fig. 11 面 。显然 ,采 用 基于 显示 画 面的 EL A 算 法 可 以 ( ) ( ) met hods1 a O ri gi nal p at t er n ; b Co n2 获得 更 好 的 去 隔 行 效 果 , 从 而 获 得 更 好 的 显 示 () ve ntio nal EL A ; cPropo sed EL A1 品质 。 表 1 所示为传统 ELA 和基于显示画面的 ELA ) 比。可见 ,在去隔行处理过程中 ,后者的抗干扰算法对 Bloc k1 和 Block3 进 行 去 隔 行 时 对 应 的 能力明显要强于前者 。 表 1 PSNR 值对比 ( PSN R 值 Pea k Si gnal2to2Noi se Ratio , 峰值信噪 Ta ble 1 PSN R of t he t wo de2interlaci ng met ho ds ( ) PSN R dB , 平均值 传统 EL A基于显示画面的 EL A Block 1 31 . 62 34 . 41 Block 3 27 . 18 28 . 89 4 结论 在去隔行过程中 ,对小角度线型画面和边沿 型画面的处理难度非常大 ,传统的去隔行算法通 常会导致边界模糊和锯齿状画面等不良现象的出 现 。实验结果表明 ,本文提出的基于显示画面的 EL A 算法能很好地解决上述问题 ,提供优异的去 隔行效果 , 从 而 获 得 良 好 的 显 示 品 质 , 其 PSN R 值也高于传统的 EL A 算法 。该算法对于显示画 () 面的鉴别 区分为面型 、线型和边沿型更加直观 和精确 ,因此在后续去隔行处理过程中其硬件复 杂度也低于 传 统 EL A 算法 , 因 此其 成本 仍 然相 对较低 。 326 液晶 与显示第 23 卷 参 考 文 献 : [ 1 ] Keit h J ack. 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In p a r tic ula r , t he EL A al go rit h m i s well k no w n fo r it s a dva nt a2 ge s i n reco n st r ucti ng t he edge s of i ma ge s , alt ho ugh it degra de s t he i ma ge qualit y w he re t he edge s a re no t clea r . In t hi s p ap er , ba sed o n t he di sp layed co nt e nt , t he viewe d p at t er n s were cla ssifie d i nto t hree t yp e s : smoo t h , li ne a nd edge , a nd t he n de2i nt erlaced sep a rat el y acco r di ng to t he sp eciall y de si gne d al go rit h m a s p ropo se d here . The si mulatio n re sult s sho wed t hat t he p ropo se d met ho d achieve s hi gher i ma ge qualit y b ut lo wer ha r dwa re co mp le xit y co mp a re d wit h co nve ntio nal EL A al go rit h m . Key words :vi deo p roce ss ; EL A al go rit h m ; p ro gre ssive TV device s ; de2i nt erlaci ng () 作者简介 :张方辉 1966 - ,男 ,山西曲沃人 ,副教授 ,博士研究生 ,主要研究方向 :平板显示技术 。