TV运动画面下的OSD显示优化

余明火

（深圳创维-RGB电子有限公司研发总部，广东 深圳 518108）

OSD是On-Screen Display的简称，即屏幕菜单式调节方式，其作用是提供一个直观的图形界面，帮助用户完成各种对电视机器的控制以及信息获知任务，在对OSD触发方式上，随着智能电视的发展，已由传统的遥控触发发展到以键盘、智能手机等多元化设备触发的方式，而OSD能提供的内容也丰富多样。视频画面主要由两部分组成，第一部分是本身的视频信号，第二部分是OSD界面。而视频信号画面基本上以运动图像为主，不可避免地会出现拖尾现象，为了解决该问题，各大电视厂商采取了一定的技术措施，如MEMC技术、120 Hz倍频技术等。

OSD界面相对于视频信号而言，大多是静止的，用户通过OSD触发器（如键盘、手标等）触发OSD触发信号，显示模块中显示OSD界面，用户可以通过该OSD界面进行调整。例如：用户操作遥控器触发OSD触发信号，电视机显示屏上会出现OSD界面，用户可以通过该OSD界面进行调整。若触发OSD这一事件发生在电视机播放运动画面时，将运动视频信号和OSD视频信号混合在一起处理，同时对运动画面和OSD界面采用插帧技术处理（解决的是运动画面的卡顿问题），处理后的OSD界面也会运动，这就会造成OSD显示问题。随着视频播放的迅猛发展，尤其是各种3D OSD及3D，4K，2K等超高清视频的出现，OSD界面的显示效果问题越来越得到开发者的重视。

1 运动画面下的OSD显示

MEMC（Motion Estimate and Motion Compensation）即运动估计和运动补偿，是液晶电视中用到的运动画面补偿技术[1]，目的是为解决运动画面的卡顿问题。运动补偿技术的原理是采用动态映像系统，在传统的两帧图像之间加插一帧（或者若干）运动补偿帧[2]，将普通平板电视的刷新率进行提升（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），经过运动补偿技术处理后，运动画面更加清晰流畅，优于常态响应效果，从而清楚显示上一帧图像的残影，提高动态清晰度的效果，将影像拖尾降低到人眼感知不到的程度。

液晶电视要达到优良的显示效果，不仅对屏刷新率提出更高要求，还需要对输入给显示屏的视频信号进行处理[3]，在信号输入给屏幕显示前加MEMC模块是多数电视厂商采用的方式[4]，即在信号板上增加MEMC模块，其信号流程如图1所示，即视频信号经过信号板上的图像处理CPU后，传输给MEMC模块处理，经过MEMC模块的运动补偿技术处理后，传输给显示屏显示。

图1 信号流程图

MEMC技术的出现有效解决了运动画面抖动、运动画面拖尾等问题。但不难发现，MEMC技术解决的是运动画面的问题，而当运动画面叠加有静止的OSD时，OSD显示效果如何呢？

笔者在看电视的时候碰到过这样的情况，在观看运动画面时，用遥控器操作，电视机显示屏上会出现OSD界面，运动图像运动幅度比较大时，发现OSD显示不良（如OSD字幕变形花屏、图形扭曲、边缘破碎感等），这种现象尤其是在超高清电视上非常明显。这种现象产生的原因是电视处理电视运动视频信号和相对静止的OSD信号时是混合的，对运动画面采取插帧技术的同时，也对OSD采取了插帧技术，处理后OSD就会出现相对屏运动的画面，但是OSD相对显示屏应该是静止的，从而出现了以上问题。

如图2显示，左图为插帧前视频和OSD信号混合好的效果，原来的第一帧图像活动画面在A点位置，第二帧图像活动画面在C点位置，在经过MEMC处理模块时，经过运动估算和处理估计，需要对运动图像进行插帧；右图中，插帧的位置为B点，相对第一帧是往左移动，OSD也相应地往左移动，位置为D'，帧逐次显示在屏上时，给人重影的感觉，因为活动画面都是无规则的，出现破碎、花屏等现象。

图2 异常OSD显示分析图

2 OSD显示的优化

MEMC技术的出现解决了液晶电视运动画面拖尾等问题，却带来OSD显示不良。为了解决这个问题，目前主要有两种方法，第一种是对OSD加保护，第二种是对运动视频信号和OSD信号通过图像解码芯片进入MEMC模块前，分开传输给MEMC模块。

OSD加保护的是电视厂商使用最多的一种方式，此种方式的原理是，图像处理CPU在将视频信号和OSD信号传输给MEMC模块前，对OSD信号加特殊标志，MEMC在对视频信号运动画面进行处理时，对OSD不做处理，在视频信号为运动画面时采用，液晶电视机也能正常显示OSD了。

虽然采用OSD加保护等措施，但有时仍然会出现OSD破碎的问题。图3为第二种方式的信号传输原理图。图中显示视频信号和OSD信号分别给不同的HS LVDS由图像处理CPU分开处理后传输给MEMC模块。

图3 信号传输原理图

当信号源发出的是运动画面时，电视机在接收到遥控指令（比如用户遥控），需要调出OSD界面时，图像处理CPU对视频信号处理的同时，图像处理CPU中的OSD信号处理模块处理OSD信号，视频信号、OSD信号分别经过不同的HS LVDS传输给MEMC模块。

MEMC模块对OSD信号以及视频信号分别进行倍频处理[5]。如图4左所示，第一帧运动图像的相对位置为A，第二帧运动图像的相对位置为C，经过运算处理后的运动图像在相对位置为B；第一帧OSD图像的相对位置为D，第二帧OSD图像的画面为D，经过运算处理后的运动图像仍然在相对位置D。插帧技术倍频结束后，MEMC模块中的视频、OSD信号合并模块，对OSD和视频信号合成叠加，最后逐帧显示在显示屏上。如图4右，视频信号第一帧图像、插入帧以及第二帧图像所在的相对位置分别为A，B，C，而OSD信号第一帧图像、插入帧以及第二帧图像的相对位置仍然在D，没有图2中所示的插入帧位置由D变为D'的现象。采用此方案后，不管视频信号运动的程度如何，都不会破坏OSD的完整性，也就不会出现OSD图形文字花屏、破碎等现象了。

3 小结

对电视机而言，显示信号由两部分组成，其一是视频信号，其二就是OSD信号。视频信号是运动的，OSD信号是静止的，为了提高运动信号的连续性，电视厂商的做法基本上是采用运动估计和运动补偿技术，具体措施有在进行MEMC运算前对OSD进行保护，也有将视频信号和OSD信号在进入MEMC运算后分开传输，

图4 分开传输OSD显示分析图

：

[1]张谷一，温娜.MEMC倍频技术对LCD运动图像模糊的影响[J].电视技术，2009，33（8）：113-115.

[2]张永祥，卢岩，栾中，等.视频图像运动补偿系统的设计与实现[J].液晶与显示，2013，28（3）：424-428.

[3]杨晓东.MEMC功能的介绍以及在电视中的使用[J].电子世界，2010（9）：53-54.

[4]MEMC-120Hz运动补偿技术[EB/OL].[2013-12-13].http://wenku.baidu.com/link?url=q1zzZwKeuK8MgH ⁃pVJzJX5YhMCpU6CjFrisAMq83BIZA51yQYXGniIfD0CjG⁃FjcgFgv7xq8L2y-SNgLlLddFx_Wapifu1rQis8I7_YMgtMz.

[5]余明火，洪文生，李坚.一种显示系统：中国，201320333270.5[P].2013-11-27.