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新一代圖像引擎誕生！MStar臻彩影像處理技術

2016-1-26 12:06| 發布者: 家電魔方| 查看: 32077| 評論: 0

　　說起圖像引擎，相信不少朋友會首先想起索尼。索尼是較早的把“圖像引擎”作為一個突出畫質的產品核心價值包裝成一個“品牌”的企業。早期的貴翔引擎，以及進入液晶電視時代之后的BE、BE2、BE3，再到后來的4K迅銳圖像處理引擎PRO……

　　其實每臺液晶電視的機身上也有一個或多個類似于電腦顯卡的芯片，它就是圖像處理引擎芯片。液晶電視的畫質效果除了液晶面板這一因素外，將全面取決于圖像引擎所具備的性能和功能。在現今較為流行的液晶電視上，圖像處理引擎更是相當的重要。除了純數字通路HDMI接口外，從色差分量、AV、S端子、TV及VGA接口進入的視頻信號都要通過圖像引擎處理后，轉換成適合自身電視播放的信號，從而顯示到大家的面前。

　　相比人們看得見的液晶面板，圖像引擎則顯得比較默默無聞，很少會有廠商重點宣傳自己在圖像引擎技術上的積累，但事實上圖像引擎對畫質的影響一點都不亞于面板。由于圖像信號在傳輸過程中一定會產生雜訊或失真，因此需要通過技術手段加以修復并增強畫面表現。圖像引擎就在這一過程中起到至關重要的作用。

　　但是，畢竟不是每個下游整機企業都有相應的芯片技術實力來獨立研發圖像引擎。為了控制研發成本，大多數企業采用采購專業的芯片供應商的解決方案。尤其是目前互聯網智能電視大肆興起，傳統的整機企業與新興的互聯網電視企業之間的競爭日趨白熱化。互聯網企業憑借全新的營銷模式，整合資源補貼硬件價格，腰斬價頻出。更使得整機企業迫切需要整合的電視芯片整合方案，即CPU+圖像引擎（GPU）。固然GPU早就有，但很多廠商含糊吹捧，在廣告上宣傳的天花亂墜，實際效果卻相當的差強人意，甚至于一些特殊功能在開與關的情況下，居然沒有任何的效果卻別。

　　以目前較為主流的互聯網智能電視為例，互聯網內容和傳統數字電視方式在播放體驗和畫面質量有較大差別，特別在大屏上表現非常明顯，相對于數字電視進來的信號具體有以下4個問題

　　痛點1：中國的寬帶速度整體偏低，網絡視頻容易卡頓，用戶被迫降低視頻品質；

　　解決方法：所幸，我們的政府已經在著手解決該痛點，由工信部牽頭，李克強總理親自督陣的寬帶”提速降費”已在神州大地全面開展，全國固定寬帶平均接入速率達19.4Mbps，直轄市、省會城市等主要城市固定寬帶平均接入速率達22Mbps！這個問題有望在未來幾年內解決。

　　痛點2：互聯網視頻的幀率低(30FPS以下)，在60Hz刷新率的大尺寸電視上觀看，運動畫面會有非常明顯的抖動、模糊、重影，我們稱這種現象為Judder；隨著大屏的比例加大這個問題越發明顯，這個問題得到越來越多的用戶重視。

　　解決方法：？

　　痛點3：視頻壓縮率高帶來的圖像噪聲較大，在大屏上越發明顯，這里包括各類MPEG方塊噪聲，邊緣噪聲，動態點噪聲等等Noise；

　　解決方法：？

　　痛點4：互聯網視頻編碼基本都采用YUV420的格式，顏色偏淡，色彩邊沿容易出現滲色，影響畫面質量；色彩表現力欠佳；

　　解決方法：？

　　上述的4個痛點，不知道您是否有同感呢！

　　問題拋出了，如何解決呢？網絡視頻有其特殊性，比如低幀率、噪聲大、色彩差，需要一個專門圖像處理引擎來處理。根據家電魔方得到的一手信息，隨著晶圓工藝的提升、散熱系統的改良、運算能力的提高，MStar晨星在去年開始將一種處理互聯網視頻圖像的引擎整合到MStar芯片的SOC里，這個引擎叫4K 臻彩引擎。在今后推出的中高端電視芯片中，都會內置其全新的圖像處理引擎——臻彩引擎。

　　4K臻彩引擎擁有什么強大的功能呢？

　　第一是解抖動，解決剛才提到的低幀率抖動問題；解抖動功能使低幀率畫面不在抖動、模糊、重影；這個功能相當于當年面對隔行信號閃爍問題一樣，有逐行處理技術來解決。

　　第二是消噪聲，消除編碼壓縮產生的數字噪聲，使畫面干凈自然；

　　第三是顏色還原，使圖像還原真實自然亮麗的色彩。

　　以下是具體的實現方法和效果：

　　解抖動

　　具體的技術說明，可以用常見的兩個模式來分析，第一張圖是針對24幀的原始video，MStar在24幀的這個模式下轉60Hz，傳統的做法是A幀重復3張，B幀重復2張，這樣形成一個60幀video流；而用de-judder技術是通過AB幀運算出物體的運動軌跡，再插補出另外3張畫面，使物體運動還原出原來的軌跡，使用戶看到的畫面是順暢的。

　　對于25和30的video晨星會轉成50和60，具體做法跟上面說明一樣，都是用算法插補出要插入的幀。

　　簡單概括就是，傳統的做法是重復插幀，這會導致畫面抖動，de-judder做法是采用運算差值補償插幀使畫面流暢、清晰。MStar這套方法不但適用于24，25，30等常規的低幀video，面對復雜互聯內容，常常會有20、16、15等不規則的幀率，MStar也能處理，MStar稱之為N2M de-judder。同時MStar這個de-judder功能可以處理的分辨率由最低的240 到目前最高4K 全都能做到無損支持。

下面我們看看有de-judder和沒有de-judder 功能下圖像實拍效果的對比情況。

左側畫面為使用了de-judder技術，右側畫面沒有使用de-judder技術

從圖上我們可以清楚看到左邊有de-judder功能畫面清晰，右邊沒有de-judder功能畫面模糊。

　　消噪聲

　　網絡內容還有一個非常大的問題是高壓縮率導致的數字噪聲，這里主要包括MPEG噪聲、隨機噪聲、背景噪聲，這些噪聲MStar的臻彩引擎都有相應技術消除，而且MStar是在保留圖像細節的情況下去噪聲的；具體請看下圖

　　從圖上我們可以看到數字噪聲非常明顯，有方塊狀的，是MPEG noise，有星狀的是mosqito noise，有大面積的是background噪聲，經過晨星de-noise處理后可以還原出清爽自然的畫面。

　　顏色還原

　　第三個問題是互聯網內容為了節省帶寬，video的色空間編碼格式多采用YUV420的格式編碼，并采用低碼率的方式壓縮，這樣直接導致圖像在顏色上出現滲色、色斑、色偏或色淡等問題。針對這些問題，MStar采用advance color技術來消除。Advance具體包含色塊瑕疵移除技術，可以有效解決色斑問題。