TV運(yùn)動畫面下的OSD顯示優(yōu)化

余明火

（深圳創(chuàng)維-RGB電子有限公司研發(fā)總部，廣東 深圳 518108）

OSD是On-Screen Display的簡稱，即屏幕菜單式調(diào)節(jié)方式，其作用是提供一個(gè)直觀的圖形界面，幫助用戶完成各種對電視機(jī)器的控制以及信息獲知任務(wù)，在對OSD觸發(fā)方式上，隨著智能電視的發(fā)展，已由傳統(tǒng)的遙控觸發(fā)發(fā)展到以鍵盤、智能手機(jī)等多元化設(shè)備觸發(fā)的方式，而OSD能提供的內(nèi)容也豐富多樣。視頻畫面主要由兩部分組成，第一部分是本身的視頻信號，第二部分是OSD界面。而視頻信號畫面基本上以運(yùn)動圖像為主，不可避免地會出現(xiàn)拖尾現(xiàn)象，為了解決該問題，各大電視廠商采取了一定的技術(shù)措施，如MEMC技術(shù)、120 Hz倍頻技術(shù)等。

OSD界面相對于視頻信號而言，大多是靜止的，用戶通過OSD觸發(fā)器（如鍵盤、手標(biāo)等）觸發(fā)OSD觸發(fā)信號，顯示模塊中顯示OSD界面，用戶可以通過該OSD界面進(jìn)行調(diào)整。例如：用戶操作遙控器觸發(fā)OSD觸發(fā)信號，電視機(jī)顯示屏上會出現(xiàn)OSD界面，用戶可以通過該OSD界面進(jìn)行調(diào)整。若觸發(fā)OSD這一事件發(fā)生在電視機(jī)播放運(yùn)動畫面時(shí)，將運(yùn)動視頻信號和OSD視頻信號混合在一起處理，同時(shí)對運(yùn)動畫面和OSD界面采用插幀技術(shù)處理（解決的是運(yùn)動畫面的卡頓問題），處理后的OSD界面也會運(yùn)動，這就會造成OSD顯示問題。隨著視頻播放的迅猛發(fā)展，尤其是各種3D OSD及3D，4K，2K等超高清視頻的出現(xiàn)，OSD界面的顯示效果問題越來越得到開發(fā)者的重視。

1 運(yùn)動畫面下的OSD顯示

MEMC（Motion Estimate and Motion Compensation）即運(yùn)動估計(jì)和運(yùn)動補(bǔ)償，是液晶電視中用到的運(yùn)動畫面補(bǔ)償技術(shù)[1]，目的是為解決運(yùn)動畫面的卡頓問題。運(yùn)動補(bǔ)償技術(shù)的原理是采用動態(tài)映像系統(tǒng)，在傳統(tǒng)的兩幀圖像之間加插一幀（或者若干）運(yùn)動補(bǔ)償幀[2]，將普通平板電視的刷新率進(jìn)行提升（例如50/60 Hz刷新率提升至100/120 Hz，60 Hz刷新率提升至240 Hz等），經(jīng)過運(yùn)動補(bǔ)償技術(shù)處理后，運(yùn)動畫面更加清晰流暢，優(yōu)于常態(tài)響應(yīng)效果，從而清楚顯示上一幀圖像的殘影，提高動態(tài)清晰度的效果，將影像拖尾降低到人眼感知不到的程度。

液晶電視要達(dá)到優(yōu)良的顯示效果，不僅對屏刷新率提出更高要求，還需要對輸入給顯示屏的視頻信號進(jìn)行處理[3]，在信號輸入給屏幕顯示前加MEMC模塊是多數(shù)電視廠商采用的方式[4]，即在信號板上增加MEMC模塊，其信號流程如圖1所示，即視頻信號經(jīng)過信號板上的圖像處理CPU后，傳輸給MEMC模塊處理，經(jīng)過MEMC模塊的運(yùn)動補(bǔ)償技術(shù)處理后，傳輸給顯示屏顯示。

圖1 信號流程圖

MEMC技術(shù)的出現(xiàn)有效解決了運(yùn)動畫面抖動、運(yùn)動畫面拖尾等問題。但不難發(fā)現(xiàn)，MEMC技術(shù)解決的是運(yùn)動畫面的問題，而當(dāng)運(yùn)動畫面疊加有靜止的OSD時(shí)，OSD顯示效果如何呢？

筆者在看電視的時(shí)候碰到過這樣的情況，在觀看運(yùn)動畫面時(shí)，用遙控器操作，電視機(jī)顯示屏上會出現(xiàn)OSD界面，運(yùn)動圖像運(yùn)動幅度比較大時(shí)，發(fā)現(xiàn)OSD顯示不良（如OSD字幕變形花屏、圖形扭曲、邊緣破碎感等），這種現(xiàn)象尤其是在超高清電視上非常明顯。這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是電視處理電視運(yùn)動視頻信號和相對靜止的OSD信號時(shí)是混合的，對運(yùn)動畫面采取插幀技術(shù)的同時(shí)，也對OSD采取了插幀技術(shù)，處理后OSD就會出現(xiàn)相對屏運(yùn)動的畫面，但是OSD相對顯示屏應(yīng)該是靜止的，從而出現(xiàn)了以上問題。

如圖2顯示，左圖為插幀前視頻和OSD信號混合好的效果，原來的第一幀圖像活動畫面在A點(diǎn)位置，第二幀圖像活動畫面在C點(diǎn)位置，在經(jīng)過MEMC處理模塊時(shí)，經(jīng)過運(yùn)動估算和處理估計(jì)，需要對運(yùn)動圖像進(jìn)行插幀；右圖中，插幀的位置為B點(diǎn)，相對第一幀是往左移動，OSD也相應(yīng)地往左移動，位置為D'，幀逐次顯示在屏上時(shí)，給人重影的感覺，因?yàn)榛顒赢嬅娑际菬o規(guī)則的，出現(xiàn)破碎、花屏等現(xiàn)象。

圖2 異常OSD顯示分析圖

2 OSD顯示的優(yōu)化

MEMC技術(shù)的出現(xiàn)解決了液晶電視運(yùn)動畫面拖尾等問題，卻帶來OSD顯示不良。為了解決這個(gè)問題，目前主要有兩種方法，第一種是對OSD加保護(hù)，第二種是對運(yùn)動視頻信號和OSD信號通過圖像解碼芯片進(jìn)入MEMC模塊前，分開傳輸給MEMC模塊。

OSD加保護(hù)的是電視廠商使用最多的一種方式，此種方式的原理是，圖像處理CPU在將視頻信號和OSD信號傳輸給MEMC模塊前，對OSD信號加特殊標(biāo)志，MEMC在對視頻信號運(yùn)動畫面進(jìn)行處理時(shí)，對OSD不做處理，在視頻信號為運(yùn)動畫面時(shí)采用，液晶電視機(jī)也能正常顯示OSD了。

雖然采用OSD加保護(hù)等措施，但有時(shí)仍然會出現(xiàn)OSD破碎的問題。圖3為第二種方式的信號傳輸原理圖。圖中顯示視頻信號和OSD信號分別給不同的HS LVDS由圖像處理CPU分開處理后傳輸給MEMC模塊。

圖3 信號傳輸原理圖

當(dāng)信號源發(fā)出的是運(yùn)動畫面時(shí)，電視機(jī)在接收到遙控指令（比如用戶遙控），需要調(diào)出OSD界面時(shí)，圖像處理CPU對視頻信號處理的同時(shí)，圖像處理CPU中的OSD信號處理模塊處理OSD信號，視頻信號、OSD信號分別經(jīng)過不同的HS LVDS傳輸給MEMC模塊。

MEMC模塊對OSD信號以及視頻信號分別進(jìn)行倍頻處理[5]。如圖4左所示，第一幀運(yùn)動圖像的相對位置為A，第二幀運(yùn)動圖像的相對位置為C，經(jīng)過運(yùn)算處理后的運(yùn)動圖像在相對位置為B；第一幀OSD圖像的相對位置為D，第二幀OSD圖像的畫面為D，經(jīng)過運(yùn)算處理后的運(yùn)動圖像仍然在相對位置D。插幀技術(shù)倍頻結(jié)束后，MEMC模塊中的視頻、OSD信號合并模塊，對OSD和視頻信號合成疊加，最后逐幀顯示在顯示屏上。如圖4右，視頻信號第一幀圖像、插入幀以及第二幀圖像所在的相對位置分別為A，B，C，而OSD信號第一幀圖像、插入幀以及第二幀圖像的相對位置仍然在D，沒有圖2中所示的插入幀位置由D變?yōu)镈'的現(xiàn)象。采用此方案后，不管視頻信號運(yùn)動的程度如何，都不會破壞OSD的完整性，也就不會出現(xiàn)OSD圖形文字花屏、破碎等現(xiàn)象了。

3 小結(jié)

對電視機(jī)而言，顯示信號由兩部分組成，其一是視頻信號，其二就是OSD信號。視頻信號是運(yùn)動的，OSD信號是靜止的，為了提高運(yùn)動信號的連續(xù)性，電視廠商的做法基本上是采用運(yùn)動估計(jì)和運(yùn)動補(bǔ)償技術(shù)，具體措施有在進(jìn)行MEMC運(yùn)算前對OSD進(jìn)行保護(hù)，也有將視頻信號和OSD信號在進(jìn)入MEMC運(yùn)算后分開傳輸，

圖4 分開傳輸OSD顯示分析圖

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[1]張谷一，溫娜.MEMC倍頻技術(shù)對LCD運(yùn)動圖像模糊的影響[J].電視技術(shù)，2009，33（8）：113-115.

[2]張永祥，盧巖，欒中，等.視頻圖像運(yùn)動補(bǔ)償系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].液晶與顯示，2013，28（3）：424-428.

[3]楊曉東.MEMC功能的介紹以及在電視中的使用[J].電子世界，2010（9）：53-54.

[4]MEMC-120Hz運(yùn)動補(bǔ)償技術(shù)[EB/OL].[2013-12-13].http://wenku.baidu.com/link?url=q1zzZwKeuK8MgH ?pVJzJX5YhMCpU6CjFrisAMq83BIZA51yQYXGniIfD0CjG?FjcgFgv7xq8L2y-SNgLlLddFx_Wapifu1rQis8I7_YMgtMz.

[5]余明火，洪文生，李堅(jiān).一種顯示系統(tǒng)：中國，201320333270.5[P].2013-11-27.