LCD定标器中图像后端处理方案的研究与设计

摘要

LCD定标器（Scaler）是集成在LCD显示系统中的图像缩放芯片，不同分辨率的输入图像经过定标器后，将会以固定的分辨率输出到LCD面板上进行显示。在定标器中实现缩放处理时，所采用的算法会引起图像失真，再加上显示设备的约束，会进一步导致缩放后图像质量下降。本文讨论的LCD定标器图像后端处理方案，主要功能就是对缩放后的图像进行质量补偿，也可以作为IP核的形式应用与其它图像处理系统。图像后端处理方案主要包括图像增强处理和图像色彩增强处理。其中，图像增强处理包括锐化、对比度/亮度调整和伽马校正功能，而图像色彩增强处理主要实现图像的半色调处理。
　　 本文在分析LCD定标器在平板显示系统中功能和体系结构的基础上，采用自顶向下（TOP-DOWN）的设计方法，给出了图像后端处理方案的前端设计和FPGA验证。文中详细介绍了该图像后端处理方案硬件实现的结构设计、算法选择、VLSI设计实现和FPGA验证。在讨论图像色彩增强模块的设计时，针对静态Bayer抖动算法会产生块状效应的缺陷，提出了随时间变换抖动矩阵的动态Bayer抖动算法。此外，本文还讨论了基于HVS的图像质量客观评价方法，与传统的客观评价方法进行了对比，并利用该评价方法对几种常见的半色调处理方案进行分析比较。
　　 本文用Verilog HDL实现了图像后端处理方案的前端设计流程，使用EDA工具进行了逻辑仿真和FPGA验证，并详细给出了FPGA测试环境的搭建和测试。通过逻辑验证和系统仿真结果显示该图像后端处理方案的设计满足预期的功能要求。