DM8168 HDVPSS EDE图像边缘细节增强(一)

1.   边缘细节增强器（EDE）

1.1   概述

放大后的图像看起来会变得平滑而让人感觉清晰度不够，EDE（边缘和细节增强器：Edge and Detail Enhancement）用来恢复因放大而失去的高频信息或者增强高频信息，以便使画面看得显得更加清晰一些，EDE模块的组成是：LTI（Luma Transit Improvement）、CTI（Chroma Transit Improvement）和2D Peaking、水平和垂直peaking。它还提供一些高级特征，包括Negative Coring用来避免放大噪声，因为通常噪声看起来也像是一个peaking、基于coring的肤色检测以便估计特别是在人皮肤上的轮廓（contouring）和噪声（noise flicker）。

LTI（CTI）和peaking都是为了锐化图像。LTI（CTI）通常使用非线性技术以改善灰度和色度的边缘变化。Peaking通常使用线性技术（一般是FIR滤波）来提升图像中的高频信息。LTI（CTI）并不是像Peaking那样提升（boost）高频信息而是产生（create）高频信息以使画面看得更加清晰。

尽管LTI（CTI）都会使画面尖锐，但是它们通常应用于不同目的，比如像人脸这样相对平缓变化的区域，一般使用Peaking，而LTI（CTI）一般更倾向于应用于强烈变化的边缘区域，因为LTI（CTI）会导致尖锐的变化边缘和轮廓效果。

在我们的设计里，除了锐化色度变化边缘，CTI还能使色度跳变中心向灰度跳变中心移动，以消除灰度和色度跳变位置的失配。

在EDE中的peaking模块能是2D-peaking或者垂直peaking，2D-peaking可应用于灰度和色度，而垂直peaking仅应用于灰度，在2D-peaking中使用5x5的FIR滤波器，所有系数用户可编程，滤波输出值被剪切（clip）在规定的范围内。

1.1   特点

模块支持下面关键特征：

• 图像格式： YUV4：4：4，10-bit数据; 
•  LTI/CTI

                    LTI（灰度边缘锐化）、CTI（色度边缘锐化）增强边缘

               灰度和色度对齐，以获得更好的registration和清晰度

               基于Coring的肤色检测，用来估计轮廓和噪声

• Peaking

              2D peaking和垂直peaking，用来增强细节

                        2D peaking：Negative Coring非线性模块用来减少噪声

              2D peaking：5x5 peaking滤波器系数可编程

              垂直peaking：软化的limiting，减少剪切造成的缺陷

• 噪声鲁棒性

             Negative Noise Coring阻止放大噪声

              阻止剪切和轮廓化造成的缺陷

1.1   功能描述

图87显示了EDE模块的方块图，EDE模块由LTI、水平Peaking、CTI、线性缓冲和peaking模块组成。输入数据格式是YCbCr444，输出数据格式也是YCbCr444。

• LTI锐化Y边缘
• 水平peaking提升水平方向的peak
• CTI锐化色度边缘，并将色度的变化边缘与灰度变化边缘对齐
• 行缓冲存储数据用于peaking模块的垂直处理
• Peaking模块用于在峰值的2D或垂直位置的边缘
• 剪切模块剪切Y和C值用于保证输出数据在合理范围之内

1.1.1     操作原理

图88描述了LTI和peaking模块锐化图像示意

为了执行水平peaking或LTI，首先在一个搜索窗口里搜索水平突变。搜索窗口是26个像素，灰度变化的起始点（min/max）和终点（min/max）与中心值（均值），沿着斜坡，LTI算法发挥作用，基本方法是朝最大值移动斜坡的上半部分，朝最小值方向移动斜坡的下半部分，在边缘（起点和终点）使用Peaking，在其他部分啥也不做，LTI和peaking的增益由一个增益曲线来定义，斜坡越窄增益越强，斜坡约宽，增益越弱，除了规则的Peaking和LTI外，可变的基于核的肤色检测算法用来估计轮廓和噪声。

图89描述了CTI的算法，除了与LTI一样外，CTI搬移色度的斜坡中心到灰度的斜坡中心位置，以减少灰度和色度位置的失配。

CTI算法类似于LTI，有自己的独立的配置参数，水平Peaking并不应用于色度数据，用户能选择是否将色度和灰度的变化位置对齐，如果它们的中心不是匹配的，这一点我们在模拟视频源中经常看到，当这个特征被使能的时候，色度的变化中心将被搬移到灰度变化中心一致的位置上，搬移数量的设置由CTI对齐增益来确定。

2D peaking模块执行5x5的2D peaking，5x5 peaking滤波器系数是可编程的，由于系数矩阵是对称的，所以它们当中有8个系数需要编程。

在peaking期间，通常噪声也会被放大，Negative Coring在Coring区域引入了一个负的增益，这样，在输入端噪声能被消除，Coring阈值依赖于对噪声的测量，软化的limiting限制的设计减少了clipping造成瑕疵，比如极强光和极弱光。

在EDE模块中，用户可以选择2D peaking或垂直peaking，垂直peaking跨越5行的5个像素上，在peaking像素上，peaking仅应用于灰度，在peak附近的斜坡上，peaking应用于灰度和色度。