全球電視機市場已經進入薄形平面化時代，雖然平面電視的顯示器液晶面板與等離子顯示器的影像顯示性能，已經可以滿足家用電視的基本需求，不過平面電視的影像顯示方法、特性卻與傳統CRT不同，必需使用平面電視專用的影像處理引擎。此外隨著地表波數字電視的開播，今后家用電視面對影像數字化與多頻道化，要求平面電視必需能夠支持多樣化影像內容，提供觀視者舒適視覺特性的影像調整功能。

因此國外液晶電視機業者紛紛透過獨自的技術，整合電視影像處理電路系統，開發液晶電視影像處理用單芯片LSI。基本上電視影像處理芯片主要訴求是降低平面電視常見的三次元noise reducer，實現順暢鮮明的影像顯示。此外動態強度擴張器（Dynamic Level Expander）的追加，除了可以實現高畫質影像之外，還可以對應影像內容的影像處理技術，配合觀視者視覺特性獲得亮度調整效果。

上述對觀視者眼睛非常柔和的亮度控制技術，是根據實際家庭環境實態調查結果，與測試被測者對刺眼感度上限輝度調查結果，追加年輕與高齡者視覺特性差異構成的控制Algorithm，經過反復的實驗證實它可以有效減緩觀視者得視覺疲勞。本文要探討液晶電視用影像處理LSI的設計技術。

開發經緯

圖1是液晶電視的影像處理用LSI方塊圖；圖2是新、舊型液晶電視影像處理基板比較。本影像處理專用LSI整合高畫質三次元YC分離、三次元IP（Interlace Progressive）轉換，等高畫質影像處理電路與Multi影像處理電路，再將三次元影像處理必要的內存利用SiP技術制成單芯片，因此可以獲得電視影像處理基板小型化，大幅降低EMI、消費電力與制作成本等多重效益。此外高畫質影像處理電路的三次元DNR（Digital Noise Reducer）與DLE（Dynamic Level Expander）精度的提升，內建可以檢測亮度調整上必要的影像特征等功能，可以實現順暢鮮明的影像顯示與柔和的亮度調整特性。

影像處理技術

1、三次元noise reducer

液晶顯示器與等離子顯示器的大畫面化的結果，造成以往小畫面不易辨識的噪訊會清楚顯示在畫面上，此外液晶顯示器與等離子顯示器具備與CRT相異的特性，則是造成噪訊變得非常明顯的原因之一，因此影像高畫質化處理作業上消除噪訊成為重要的因素。

影像信號對時間方向具有很高的關連性，噪訊成份對時間方向的關連性卻非常低，三次元Noise Reducer（以下簡稱為3D-DNR）就是利用上述特性降低噪訊成份。它是利用畫格記憶（Frame Memory）對原信號與一個畫格前的差分值乘上系數，接著從原信號減掉與時間方向無關連性的信號成份。使用一個畫格前的信號減掉噪訊的信號，除了可以構成巡回型3D-DNR之外，還可以使噪訊降低效果變大。不過，一旦執行上述處理，同樣會對移動物體會實施時間方向的過濾（Filter），造成動畫模糊、拖尾等弊害。3D-DNR可以透過特殊的圖案識別處理辨識動態部位，不會對動態部位實施時間方向的過濾。

圖3是3D-DNR的結構，輸入的信號（A）會使已經去除噪訊成份的輸出信號（C）減掉與畫格已經延遲的信號獲得畫格差分信號（B），接著對畫格差分信號（B）實施振幅限制，再乘上1-K（0≦K〈1）的系數，最后再對已經作過延遲補償的原信號進行減算藉此降低噪訊。利用噪訊識別處理將辨識動態部位與噪訊成份辨識成動態部位時，它會使接近1，藉此防止時間方向的過濾。如圖4所示噪訊辨識電路會去除畫格差分值為任意（random）的pattern，只會對經過整合的pattern進行抽出動作。

2、動態強度Expander

為彌補液晶面板的動態范圍，必需依照影像內容自動控制亮度與對比，因此研究人員動態強度Expander（DLE）技術。DLE可以將以往黑色場景（scene）黑色潰散的影像，與白色場景（scene）白色色潰散的影像當作矩形圖（histogram）檢測，實時控制亮度與對比提高灰階的再現性（圖5）。

此外為了避免對比控制遷移狀態時產生視覺性不協調感，因此刻意控制使它緩慢遷移具備時定數，不過面對場景改變的矩形圖急遽變化時，必需避免過度補正因此作場景改變的檢測，如此才能使遷移速度變快。除了矩形圖檢測之外，有關亮度與對比的控制則利用硬件方式封裝于LSI內部，因此不需要微處理器的控制，就能夠輕易封裝在液晶電視機內部。圖6是DLE的處理結果，由圖可知整體黑暗場景的對比提高，黑暗部位的灰階性也獲得大幅提升。

液晶電視的亮度控制技術
影響影像觀視度的條件，分別是：
①顯示裝置的亮度、輝度對比等光學特性；
②影像內容與亮度；
③觀視者的視覺特性（照明環境與年齡）。
家庭模式必需考慮家庭照明環境下，高齡者與年輕人的視覺特性，依此控制液晶電視的亮度。

1、家庭的照明環境

家庭照明環境比店鋪照明環境更暗，根據電視機的觀視條件調查結果顯示：家庭的畫面照度為108lx，店鋪的畫面照度為1000lx，兩者相差接近10倍左右，因此家庭的畫質調整必需設定成適合該亮度的環境。至于電視機的畫面輝度要求條件，必需考慮觀視者的順應輝度。圖7是根據家庭的電視機觀視條件實態調查結果，繪制的電視畫面照度與觀視者的視野輝度關系圖。此處假設：

Ei（lx）：畫面照度
La（cd/m2）：視野的平均輝度
如此一來家庭環境下的順應輝度環境，可以用下式表示：
La=0.1×Ei－－－－－－－－－－－－－－－（1）
利用式（1）可以從設置在畫面的照度傳感器求出背面領域的輝度（順應輝度）。

2、白色強度的上限輝度與家庭畫質模式

最近液晶電視機的峰值輝度普遍都超過500cd/㎡（白色輝度），不過該峰值輝度隨著顯示面積與順應輝度的不同，造成觀視者經常曝露在必要以上的刺眼感觀視環境下。圖8是將開始感到刺眼的輝度，當作要求電視影像的顯示輝度上限值，再以高齡者年輕者為對象，將順應輝度與視角size當作實驗變量數進行主觀評鑒實驗的結果。如圖8所示針對順應輝度的亮度改變感到刺眼的亮度時，高齡者與年輕人的視覺特性出現明顯差異，在大視角size高齡者與年輕人的刺眼感差異卻很小，在小視角size低輝度時年輕人會感到刺眼感。

此處假設：
a：刺眼感依存數
Lw：白色輝度
La：順應輝度
k：定數
如此一來刺眼感與順應輝度的關系可以用下式表示：
Lw=k×Laa－－－－－－－－－－－－－－-（2）

適合年輕人的視角size a=0.35~0.43，適合高齡者的視角size a=0.26~0.35，如果將視角size視為影像的平均輝度，依照觀視者的視覺特性與影像的平均輝度，設定成k值與a值時，理論上可以作最適宜的亮度表示。

家庭模式主要是作亮度控制，調整該適時視覺特性的影像平均輝度，如圖9所示在刺眼感改善輝度領域，由于年輕人從低平均輝度開始感到刺眼感，因此有關影像的平均輝度，采用比高齡者更低的條件開始控制，藉此使顯示輝度降低。

3、利用亮度控制降低疲勞的效果

未作亮度控制的液晶電視，高平均輝度的影像容易產生刺眼感，相較之下內建家庭畫質模式的液晶電視，即使影像的APL（Average Picture Level）很高時，也能夠使平均輝度會降低，因此可以減輕視覺疲勞。圖10是透過電視視聽進行眼睛疲勞的主觀評鑒實驗獲得的驗結果，圖上方是時間進度（time schedule），每位被測者合計視聽90分鐘的電視，接著根據4階段的評定尺度，進行圖中①～⑤的5個時點有關眼睛疲勞癥狀的主觀評鑒。主觀評鑒各進行15名，雖然圖中的坐標表示平均值與標準誤差，不過卻也證實利用亮度控制可以獲得疲勞降低的效果。

結語

隨著電視機的面板平面化與數字播放等大環境的變化與進步，一般認為未來消費者對高畫質液晶電視的需求越來越嚴苛，因此未來平面電視必需具備支持多樣化影像內容，提供觀視者高畫質、舒適視覺特性等影像功能等特性，這意味著液晶電視用影像處理LSI會受到重視。