專利名稱：一種基于誤差擴散算法的lvds接口集成電路實現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)字電視、數(shù)字視頻圖像處理與顯示技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種誤差擴散算法以及LVDS接口編碼，實現(xiàn)了在滿足給不同位數(shù)LVDS接口供數(shù)的同時減少誤差的作用，提高了視頻圖像顯示的效果。
背景技術(shù)：
LVDS技術(shù)的核心是采用極低的電壓擺幅高速差動傳輸數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)點對點或者一點對多點的鏈接，具有電磁干擾小、擺幅小、功耗小，對于噪聲的免疫力好等特點。由于上述優(yōu)點LVDS接口成為一種可以提供高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠桨咫娨曋髁鹘涌冢瑢?yīng)不同位寬的屏，有不同的LVDS接口。例如8位的屏需要8位的LVDS接口，4對差分對傳輸R、G、B三路各8位有效圖像數(shù)據(jù)。如果上屏圖像數(shù)據(jù)為10位寬，在現(xiàn)有技術(shù)中采用直接截取掉RGB像素數(shù)據(jù)低位的方法處理上屏圖像來滿足不同接口的需要，減少數(shù)據(jù)位寬的同時會對圖像質(zhì)量造成較大影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種基于誤差擴散算法的Ivds接口集成電路實現(xiàn)方法，該方法對輸入LVDS前的RGB圖像數(shù)據(jù)的每一路引入誤差擴散算法，減少直接舍去低位信號造成的圖像質(zhì)量下降，能夠完成Verilog-HDL的代碼編寫及功能實現(xiàn)，實現(xiàn)在滿足給不同位數(shù)LVDS接口供數(shù)的同時減少誤差的作用，從而有效提高視頻圖像顯示的效果。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來解決的:這種基于誤差擴散算法的Ivds接口集成電路實現(xiàn)方法，包括以下步驟:I)在Ivds編碼之前，對R、G、B三路分別進行誤差擴散處理，首先對輸入10位寬的信號進行去低位處理，分為高8位和低2位兩部分數(shù)據(jù)或者高6位和低4位兩部分數(shù)據(jù)；2)將分離出來的低位數(shù)據(jù)送入延遲電路中，獲得當前像素上面一行左上，正上，右上三個像素的低位數(shù)據(jù)eB、eC、eD ;通過寄存器延遲獲得當前像素左邊像素的低位數(shù)據(jù)eA ；3)將當前像素鄰近四像素的舍去低位數(shù)據(jù)eA、eB、eC、eD擴散到此像素上，即通過加法器，按照擴散比例將當前輸入數(shù)據(jù)與eA、eB、eC、eD相加，誤差擴散后的和再按照位寬要求舍位送入Ivds編碼。進一步，以上Ivds編碼，是根據(jù)屏的特性，為滿足不同刷新率、分辨率需要調(diào)整圖像點時鐘；為了滿足高場頻、高分辨率輸入圖像的物理點時鐘采用降低輸入圖像點時鐘并提高數(shù)據(jù)倍數(shù)的方式，選用多路lvds。進一步的，通過一條搭建的一進四出ram，將數(shù)據(jù)倍數(shù)增加以滿足編碼要求。進一步，誤差擴散處理時，擴散比例全部設(shè)定為1/4，電路上相當于右移兩位。上述針對圖像像素處理順序特點，控制器對圖像邊緣進行判斷，第一行、第一列和最后一列像素采用直通處理。
進一步，采用流水線技術(shù)，在時鐘上升沿觸發(fā)下產(chǎn)生三個鄰近像素的誤差和，誤差和作為一個輸入端接入并行加法器，減少并行加法器的輸入端口數(shù)，降低電路復(fù)雜度。本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明采用誤差擴散算法對進入接口前的像素分別進行處理。誤差擴散算法以眼睛的積分特性和低通特性為基礎(chǔ)，在一定距離外人眼對一個較小面積元灰度或色彩的感受是對該面積元內(nèi)的總灰度或總色彩的感受。如果將舍去的誤差按照一定比例擴散到周圍臨近的像素上，就一像素群而言，誤差沒有被舍去。但從整體上看，誤差擴散后原始圖像和顯示圖像的灰度誤差最小。


圖1為本發(fā)明視頻信號流向示意圖；圖2為誤差擴散算法將要舍棄低位信號擴散到其他像素示意圖；圖3為誤差擴散算法當前像素接受擴散到其上的誤差信號示意圖；圖4為信號誤差處理及傳遞流程；圖5為誤差擴散電路框圖；圖6為延遲電路框圖；圖7為Ivds接口示意圖；圖8為RGB信號進行Ivds的vesa編碼示意圖；圖9為120hzl080p圖像采用4路LVDS接口上屏電路框圖。
具體實施例方式參見圖1，本發(fā)明基于誤差擴散算法的Ivds接口集成電路實現(xiàn)方法，具體包括以下步驟:I)在Ivds編碼之前，對R、G、B三路分別進行誤差擴散處理，擴散比例全部設(shè)定為1/4，電路上相當于右移兩位。首先對輸入10位寬的信號進行去低位處理，分為高8位和低2位兩部分數(shù)據(jù)或者高6位和低4位兩部分數(shù)據(jù)；針對圖像像素處理順序特點，控制器對圖像邊緣進行判斷，第一行、第一列和最后一列像素采用直通處理。本發(fā)明的Ivds編碼，是根據(jù)屏的特性，為滿足不同刷新率、分辨率需要調(diào)整圖像點時鐘；為了滿足高場頻、高分辨率輸入圖像的物理點時鐘采用降低輸入圖像點時鐘并提高數(shù)據(jù)倍數(shù)的方式，選用多路lvds。其通過一條搭建的一進四出ram，將數(shù)據(jù)倍數(shù)增加以滿足編碼要求。2)將分離出來的低位數(shù)據(jù)送入延遲電路中，獲得當前像素上面一行左上，正上，右上三個像素的低位數(shù)據(jù)eB、eC、eD ;通過寄存器延遲獲得當前像素左邊像素的低位數(shù)據(jù)eA ；3)將當前像素鄰近四像素的舍去低位數(shù)據(jù)eA、eB、eC、eD擴散到此像素上，即通過加法器，按照擴散比例將當前輸入數(shù)據(jù)與eA、eB、eC、eD相加，誤差擴散后的和再按照位寬要求舍位送入Ivds編碼。以上采用流水線技術(shù)，在時鐘上升沿觸發(fā)下產(chǎn)生三個鄰近像素的誤差和，誤差和作為一個輸入端接入并行加法器，減少并行加法器的輸入端口數(shù)，降低電路復(fù)雜度。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述:
誤差擴散算法誤差擴散算法以眼睛的積分特性和低通特性為基礎(chǔ)，在一定距離外人眼對一個較小面積元灰度或色彩的感受是對該面積元內(nèi)的總灰度或總色彩的感受。觀看電視畫面時，不是一個個像素地觀看，而是觀看一個像素群，眼睛感受到的是這一像素群總的灰度或總色彩。接口電路送來的視頻信號都是逐行逐像素地傳送的，按照從上到下、從左到右的順序進行，當需要對圖像信號進行位寬調(diào)整舍去數(shù)據(jù)的低位時都會引起誤差，如果直接舍去這些誤差，將嚴重影響圖像的質(zhì)量。如果將這一誤差按照一定的比例擴散到周圍臨近的像素上，就當前像素而言，這個誤差是被舍去的，但是人眼感受到的灰度或色彩是當前像素及其周圍像素組成的像素群的灰度或色彩，就這個一個像素群而言，誤差沒有被舍去。因此，從整體來看，引入誤差擴散技術(shù)后原始圖像和顯示圖像的灰度誤差最小。綜合以上，本發(fā)明的誤差擴散算法是將當前像素的舍位誤差按一定比例擴散到鄰近的像素上，局部的誤差就在鄰近像素上得到了補償，經(jīng)過逐行逐像素的處理，既可完成對整幅圖像的處理，這種鄰近擴散的方法使系統(tǒng)具有了自我校正的能力，成為一個負反饋系統(tǒng)。圖2是誤差擴散算法的示意圖，虛心圓代表正在處理的像素，實心圓代表沒有處理且與正在處理像素相關(guān)的像素，空心圓代表其他的像素，(i，j)表示第i行第j列像素，E(i，j)表示該像素的量化的誤差，把E (i, j)按照圖中的方向和比例擴散到鄰近的四個未處理的像素上，誤差擴散只能擴散到未處理的像素上。從圖中可以看出，水平方向和垂直方向的比例較重，分別為7/16和5/16，左下方向和右下方向的比例較輕，分別為3/16和1/16。圖3中描述了從“誤差接收”的角度來計算當前像素灰度值的方法，當前像素P(i，j)接收四個已經(jīng)處理的鄰近像素A (i，j-l)，B (1-l，j-l)，C (1-l，j)，D (i_l，j+l)的比例分別是7/16、1/16、5/16、3/16，既當前像素的灰度，先加上這四份誤差后再送給LVDS接口。其模型如圖4所示，通過減法器將編碼器輸入端與輸出端相減來獲得編碼誤差，圖4中，ID表示延遲I個像素，IH表示延遲I行，1H+1D表示延遲I行加I個像素，1H-1D表示延遲I行減I個像素。6八，68，6(:，60分別是4、8、(:和0像素擴散到當前像素的誤差。在誤差擴散算法中，第一行，第一列和最后一列中的像素，不同時存在A、B、C、D四個鄰近像素，需要特殊處理。本發(fā)明采用“直通”方式，既加法器忽略四路誤差信號，使加法器的輸出端與輸入端“直通”，這種方式電路上容易實現(xiàn)。誤差擴散算法電路實現(xiàn)接口電路送來的數(shù)字視頻信號是3路10位寬的紅(R)、綠(G)、藍(B)基色信號，以其中一路信號為例，其它兩路信號的設(shè)計方法完全一樣。 為了給LVDS接口提供合適的6位寬和8位寬信號，需要對10位寬數(shù)據(jù)進行去低位處理，如果直接舍去，灰度級大大減少，圖像質(zhì)量很差，為此，引入誤差擴散技術(shù)，分別將低4位和低2位擴散到鄰近像素。圖5為誤差擴散電路的實現(xiàn)框圖。由加法器、控制器和延遲電路三個模塊組成。控制器根據(jù)Vsync、blank信號,在elk的上升沿產(chǎn)生bypass和work信號,控制器輸出控制信號到加法器，bypass控制加法器是否“直通”，work控制延遲電路是否工作。當當前像素屬于第一行、第一列或最后一列時，bypass=l,否則，bypass=0?？刂破鬏敵隹刂菩盘杦ork到延遲電路，在每一行的數(shù)據(jù)有效區(qū)并延遲一個時鐘的時區(qū)，work=l，其它時區(qū)(圖像信號的消隱期)work=0，延遲一個時鐘是因為加法器的輸出相對于輸入延遲了一個時鐘，這樣，延遲電路中的FIFO才能正確存儲加法器輸出的誤差信號。為了簡化電路便于硬件實現(xiàn)，圖中的擴散比例全部設(shè)定為1/4，電路上相當于右移兩位。延遲單元中，延遲I個像素就是延遲I個數(shù)據(jù)時鐘,延遲I行就是延遲N (N為一行的像素總數(shù))個數(shù)據(jù)時鐘，可以利用先進先出堆棧FIFO實現(xiàn)。圖5中，input代表圖像RGB信號中的一路信號。elk是input的數(shù)據(jù)時鐘，在elk上升沿，加法器對原像素input和經(jīng)過延遲的鄰近像素數(shù)據(jù)eA和(eB+eC+eD)共三路輸入進行處理，實現(xiàn)算法bit=input+[eA+ (eB+eC+eD) ]/4,其運算速度要求較高,這里采用并行加法器。當bypaSS=l時，加法器忽略所有的誤差，輸入和輸出“直通”，即bit=input。當input接近最大值1024時，加上誤差信號有可能產(chǎn)生溢出，使輸出bit變得非常小，造成錯誤，所以需要對加法器進行溢出飽和處理，既產(chǎn)生溢出時，強制bit為最大值1024。加法器輸出10位信號bit [9:0]，取高6位bit [9:4]和高8位bit [9:2]分別作為當前信號的誤差擴散信號。加法器中的誤差信號要除以4，然后再與input相加，以輸出為8位寬為例，其算法可改寫為:bit=[inputx4+eA+(eB+eC+eD)]/4,即先擴展input低2位，并取為“00”,相當于input乘以4，然后再與所有誤差相加，提取相加結(jié)果的高10位即可。加法器部分verilog描述如下:
always (posedge elk or negedge reset) begin if(!reset) output <= 0; else if(bypass) output <= input; else output <= [inputx4+eA+ (eB+eC+eD) ]/4；
end圖6是延遲電路的具體實現(xiàn)，它由FIFO、兩個D觸發(fā)器DFFl和DFF2、兩個加法器ADDl和ADD2、一個比較器以及一些門電路組成。延遲電路的輸出送給圖5中的加法器，延遲電路的任務(wù)是正確地廣生當如像素上一行的二個鄰近像素B、C、D的誤差和:eB+eC+eD。只有work=l時，觸發(fā)器、加法器和FIFO才能工作；反之，觸發(fā)器、加法器和FIFO保持原有的數(shù)據(jù)不變。 輸入圖像信號input是按從左到右、從上到下的順序傳送的，加法器輸出第一個像素的誤差信號后，工作信號work=l, work接入FIFO的寫請求信號wrreq,接下來的elk上升沿，F(xiàn)IFO開始存儲接入輸入端的din的所有像素的誤差信號bit [3:0]或bit [1:0]，隨著FIFO對誤差信號的存儲，其存儲數(shù)據(jù)的單元數(shù)uesdw遞增。圖6中常數(shù)設(shè)定為N-5 (N為一行的像素總數(shù))，當usedw等于常數(shù)時，比較器就輸出為1，使FIFO的讀請求信號rdreq為I,FIFO輸出端dout開始輸出延遲了的誤差信號，以后的時鐘上升沿，wrreq和rdreq同時為1，F(xiàn)IF0每存儲一個數(shù)據(jù)，同時也輸出一個延遲了的數(shù)據(jù)，使usedw總是等于常數(shù)值，t匕較器輸出保持為1，rdreq也保持為1，F(xiàn)IFO的深度可取為一行的像素總數(shù)N。采用流水線技術(shù)得到誤差和eB+eC+eD,將誤差和帶入圖5加法器。引入誤差擴散算法后，通過人眼的空間積分，在視覺上提高了顯示灰度級，消除了輪廓，畫質(zhì)有明顯改善。3、LVDS原理及實現(xiàn)屏的位數(shù)與LVDS差分對(差分通道)有對應(yīng)的關(guān)系，10位的LVDS的輸出通道有5對差分對，8位的LVDS為4對，6位的LVDS為3對，他們的每一路差分對上都編碼7位RGB數(shù)據(jù)。誤差擴散之后的RGB信號都將編為7位數(shù)據(jù)的差分對，如圖7所示。10位LVDS每一路由誤差擴散模塊輸出的像素數(shù)據(jù)、行同步hs、場同步vs、行場有效de所組成:30+hs+vs+de+0+0=35=5x7,8 位的每一路:24+hs+vs+de+0=28=4x7,6 位的每一路:18+hs+vs+de=21=3x7。編碼方式如圖8所示。屏的刷新率(場頻)與點時鐘，分辨率有密切的關(guān)系，要最終顯示需要根據(jù)屏的物理點時鐘來調(diào)整輸入圖像點時鐘，一般屏的物理點時鐘是74.25Mhz，大于這個值時就得降低輸入圖像的點時鐘。對于1366x768 (1280x720)分辨率的屏，點時鐘的需求是74.25Mhz,剛好與屏的物理點時鐘是一樣的，所以單路LVDS即可。對于1920x1080分辨率的屏，輸入圖像的點時鐘頻率是148.5Mhz，而屏的物理點時鐘為74.25Mhz，所以采取的方法是:將輸入圖像的點時鐘頻率減半，數(shù)據(jù)加倍，因此需要采用雙路LVDS。以上是按60Hz分析，如果是常見的120Hzl920xl080的輸入圖像到120Hz的電視上，點時鐘將達到297Mhz，所以輸入點時鐘降頻到74.25Mhz的同時需要將數(shù)據(jù)翻4倍，故需要選用4路LVDS。以長虹電視為例，每一路LVDS對應(yīng)一對差分對，所以60Hzl080p電視2對差分對，120Hzl080p電視4對差分對。對于電路來說，為了不讓輸入點時鐘增加，可以將LVDS變成4路LVDS。電路結(jié)構(gòu)如圖9所示，其中用觸發(fā)器搭建I條一進四出ram，避免直接采用一進一出ram需要4條，節(jié)省了資源。
權(quán)利要求
1.一種基于誤差擴散算法的Ivds接口集成電路實現(xiàn)方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)在Ivds編碼之前，對R、G、B三路分別進行誤差擴散處理，首先對輸入10位寬的信號進行去低位處理，分為高8位和低2位兩部分數(shù)據(jù)或者高6位和低4位兩部分數(shù)據(jù)； 2)將分離出來的低位數(shù)據(jù)送入延遲電路中，獲得當前像素上面一行左上，正上，右上三個像素的低位數(shù)據(jù)eB、eC、eD ;通過寄存器延遲獲得當前像素左邊像素的低位數(shù)據(jù)eA ； 3)將當前像素鄰近四像素的舍去低位數(shù)據(jù)eA、eB、eC、eD擴散到此像素上，即通過加法器，按照擴散比例將當前輸入數(shù)據(jù)與eA、eB、eC、eD相加，誤差擴散后的和再按照位寬要求舍位送入Ivds編碼。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于誤差擴散算法的Ivds接口集成電路實現(xiàn)方法，其特征在于，Ivds編碼，是根據(jù)屏的特性，為滿足不同刷新率、分辨率需要調(diào)整圖像點時鐘；為了滿足高場頻、高分辨率輸入圖像的物理點時鐘采用降低輸入圖像點時鐘并提高數(shù)據(jù)倍數(shù)的方式，選用多路lvds。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于誤差擴散算法的Ivds接口集成電路實現(xiàn)方法，其特征在于，通過一條搭建的一進四出ram，將數(shù)據(jù)倍數(shù)增加以滿足編碼要求。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于誤差擴散算法的Ivds接口集成電路實現(xiàn)方法，其特征在于，擴散比例全部設(shè)定為1/4，電路上相當于右移兩位。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于誤差擴散算法的Ivds接口集成電路實現(xiàn)方法，其特征在于，針對圖像像素處理順序特點，控制器對圖像邊緣進行判斷，第一行、第一列和最后一列像素采用直通處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于誤差擴散算法的Ivds接口集成電路實現(xiàn)方法，其特征在于，采用流水線技術(shù)，在時鐘上升沿觸發(fā)下產(chǎn)生三個鄰近像素的誤差和，誤差和作為一個輸入端接入并行加法器，減少并行加法器的輸入端口數(shù)，降低電路復(fù)雜度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于誤差擴散算法的lvds接口集成電路實現(xiàn)方法，其對輸入LVDS前的RGB圖像數(shù)據(jù)的每一路引入誤差擴散算法，減少直接舍去低位信號造成的圖像質(zhì)量下降。其中用fifo設(shè)計了誤差擴散算法時用到的行存，并對LVDS接口進行編碼時搭建一條一進四出ram，避免使用現(xiàn)有(一進一出)ram需要4條。本發(fā)明完成了對提出方法的VLSI設(shè)計，并對其中的關(guān)鍵點進行了深入研究，在此基礎(chǔ)上完成了Verilog-HDL的代碼編寫及功能實現(xiàn)。
文檔編號H04N5/765GK103200379SQ20131006016
公開日2013年7月10日 申請日期2013年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月26日
發(fā)明者何凱, 沈源 申請人:西安創(chuàng)芯科技有限責任公司