图像引擎哪家强?MStar臻彩影像处理技术

2016-05-10 16:10:51     作者:朝歌      来源:原创

标签: 晨星芯片 索尼电视

说起图像引擎,相信不少朋友会首先想起索尼。索尼是较早的把“图像引擎”作为一个突出画质的产品核心价值包装成一个“品牌”的企业。早期的贵翔引擎,以及进入液晶电视时代之后的BE、BE2、BE3,再到后来的4K迅锐图像处理引擎PRO。



说起图像引擎,相信不少朋友会首先想起索尼。索尼是较早的把“图像引擎”作为一个突出画质的产品核心价值包装成一个“品牌”的企业。早期的贵翔引擎,以及进入液晶电视时代之后的BE、BE2、BE3,再到后来的4K迅锐图像处理引擎PRO……
  

其实每台液晶电视的机身上也有一个或多个类似于电脑显卡的芯片,它就是图像处理引擎芯片。液晶电视的画质效果除了液晶面板这一因素外,将全面取决于图像引擎所具备的性能和功能。在现今较为流行的液晶电视上,图像处理引擎更是相当的重要。除了纯数字通路HDMI接口外,从色差分量、AV、S端子、TV及VGA接口进入的视频信号都要通过图像引擎处理后,转换成适合自身电视播放的信号,从而显示到大家的面前。

相比人们看得见的液晶面板,图像引擎则显得比较默默无闻,很少会有厂商重点宣传自己在图像引擎技术上的积累,但事实上图像引擎对画质的影响一点都不亚于面板。由于图像信号在传输过程中一定会产生杂讯或失真,因此需要通过技术手段加以修复并增强画面表现。图像引擎就在这一过程中起到至关重要的作用。
  

但是,毕竟不是每个下游整机企业都有相应的芯片技术实力来独立研发图像引擎。为了控制研发成本,大多数企业采用采购专业的芯片供应商的解决方案。尤其是目前互联网智能电视大肆兴起,传统的整机企业与新兴的互联网电视企业之间的竞争日趋白热化。互联网企业凭借全新的营销模式,整合资源补贴硬件价格,腰斩价频出。更使得整机企业迫切需要整合的电视芯片整合方案,即CPU+图像引擎(GPU)。固然GPU早就有,但很多厂商含糊吹捧,在广告上宣传的天花乱坠,实际效果却相当的差强人意,甚至于一些特殊功能在开与关的情况下,居然没有任何的效果却别。

以目前较为主流的互联网智能电视为例,互联网内容和传统数字电视方式在播放体验和画面质量有较大差别,特别在大屏上表现非常明显,相对于数字电视进来的信号具体有以下4个问题

痛点1:中国的宽带速度整体偏低,网络视频容易卡顿,用户被迫降低视频品质;

解决方法:所幸,我们的政府已经在着手解决该痛点,由工信部牵头,李克强总理亲自督阵的宽带”提速降费”已在神州大地全面开展,全国固定宽带平均接入速率达19.4Mbps,直辖市、省会城市等主要城市固定宽带平均接入速率达22Mbps!这个问题有望在未来几年内解决。

痛点2:互联网视频的帧率低(30FPS以下),在60Hz刷新率的大尺寸电视上观看,运动画面会有非常明显的抖动、模糊、重影,我们称这种现象为Judder;随着大屏的比例加大这个问题越发明显,这个问题得到越来越多的用户重视。
  

痛点3:视频压缩率高带来的图像噪声较大,在大屏上越发明显,这里包括各类MPEG方块噪声,边缘噪声,动态点噪声等等Noise;

痛点4:互联网视频编码基本都采用YUV420的格式,颜色偏淡,色彩边沿容易出现渗色,影响画面质量;色彩表现力欠佳;

上述的4个痛点,不知道您是否有同感呢!

问题抛出了,如何解决呢?网络视频有其特殊性,比如低帧率、噪声大、色彩差,需要一个专门图像处理引擎来处理。根据家电魔方得到的一手信息,随着晶圆工艺的提升、散热系统的改良、运算能力的提高,MStar晨星在去年开始将一种处理互联网视频图像的引擎整合到MStar芯片的SOC里,这个引擎叫4K 臻彩引擎。在今后推出的中高端电视芯片中,都会内置其全新的图像处理引擎――臻彩引擎。
  


4K臻彩引擎拥有什么强大的功能呢?

第一是解抖动,解决刚才提到的低帧率抖动问题;解抖动功能使低帧率画面不在抖动、模糊、重影;这个功能相当于当年面对隔行信号闪烁问题一样,有逐行处理技术来解决。

第二是消噪声,消除编码压缩产生的数字噪声,使画面干净自然;

第三是颜色还原,使图像还原真实自然亮丽的色彩。

以下是具体的实现方法和效果:

解抖动

具体的技术说明,可以用常见的两个模式来分析,第一张图是针对24帧的原始video,MStar在24帧的这个模式下转60Hz,传统的做法是A帧重复3张,B帧重复2张,这样形成一个60帧video流;而用de-judder技术是通过AB帧运算出物体的运动轨迹,再插补出另外3张画面,使物体运动还原出原来的轨迹,使用户看到的画面是顺畅的。
  


对于25和30的video晨星会转成50和60,具体做法跟上面说明一样,都是用算法插补出要插入的帧。

简单概括就是,传统的做法是重复插帧,这会导致画面抖动,de-judder做法是采用运算差值补偿插帧使画面流畅、清晰。MStar这套方法不但适用于24,25,30等常规的低帧video,面对复杂互联内容,常常会有20、16、15等不规则的帧率,MStar也能处理,MStar称之为N2M de-judder。同时MStar这个de-judder功能可以处理的分辨率由最低的240 到目前最高4K 全都能做到无损支持。

下面我们看看有de-judder和没有de-judder 功能下图像实拍效果的对比情况。
  

从图上我们可以清楚看到左边有de-judder功能画面清晰,右边没有de-judder功能画面模糊。
  

消噪声

网络内容还有一个非常大的问题是高压缩率导致的数字噪声,这里主要包括MPEG噪声、随机噪声、背景噪声,这些噪声MStar的臻彩引擎都有相应技术消除,而且MStar是在保留图像细节的情况下去噪声的;具体请看下图
  

从图上我们可以看到数字噪声非常明显,有方块状的,是MPEG noise,有星状的是mosqito noise,有大面积的是background噪声,经过晨星de-noise处理后可以还原出清爽自然的画面。

颜色还原

第三个问题是互联网内容为了节省带宽,video的色空间编码格式多采用YUV420的格式编码,并采用低码率的方式压缩,这样直接导致图像在颜色上出现渗色、色斑、色偏或色淡等问题。针对这些问题,MStar采用advance color技术来消除。Advance具体包含色块瑕疵移除技术,可以有效解决色斑问题。
  

2D CTI 有效解决渗色问题,以前CTI都是只有水平方向的处理,现在最新的技术可以做到水平和垂直方向都能做CTI,使渗色处理做的更全面完美。

3D 色域映射技术和独立自适应颜色处理技术可以有效还原YUV420 导致的色偏、色淡等问题。大家一起来看看下面3幅图。
  

第一张是渗色斑处理
  

第二张是渗色问题
  

第三张是矫正颜色偏和不够鲜艳问题,经过advance color调整后整体颜色纯正艳丽

以上就是MStar为互联网ott视频专门研发的4K臻彩引擎,具体包含了 De-Judder,De-Niose,Advance color技术。
  

在液晶电视时代,大家最关注的是面板,但面板并不是液晶电视画质的全部。面板只是个图像输出介质,图像信号的准确以及其他驱动技术也影响着画面表现力。相信随着MStar晨星4K臻彩引擎的推出,必将丰富整机企业的方案采购选择。从而使智能电视终端的画质表现得到根本性提升。

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