兼容YUV数据格式的LCD控制器
王现岱曳圣撞苤２墨ＱＱ鱼歪差鱼期总篁墨至！期垒堑型丞遂鲑ｇ，
兼容ＹＵＶ数据格式的ＬＣＤ控制器
童正宁，吴旭凡，高谷刚，赵博生
（东南大学国家专用集成电路系统工程技术研究中心江苏南京２１００９６）
摘要：ＭＰＥＧ４解码过程中ＹＵＶ到ＲＧＢ的转换是一件非常耗时的工作。针对手持设备ＳＯＣ芯片ＭＰＥＧ４实时解码的挑战，介绍了一种能够同时兼容ＹＵＶ和ＲＧＢ数据的ＬＣＤ控制器的设计。着重介绍了ＹＵＶ数据到ＲＧＢ数据转换的２种实现方击：定点乘击实现和移位实现，并从转换效果、电路速度和开销的角度比较了２种方法的优缺点。实验证明在纯软件解码ＭＰＥＧ４的条件下该设计可以节省４０％的ＣＰＵ开销，大大提高整个系统的ＭＰＥＧ４解码性能。
关键词：系统芯片（ＳｏＣ），ＬＣＤ捏制器；ＹＵＶ，ＭＰＥＧ４；数据转换
中图分类号：ＴＮ９１９．８１文献标识码：Ｂ文章编号：１００４—３７３Ｘ（２００６）０６—０３７一０３
ＬＣＤＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒｏｆＣｏｍｐａｔｉｂｌｅＹＵＶＤａｔａＦｏｒｍａｔ
ＴＯＮＧＺｈｅｎｇｎｍｇ，ＷＵＸｕｆａｎ，ＧＡＯＧｕｇａｎｇ，ＺＨＡＯＢｏｓｈｅｎｇ
（Ｎａｕｏｎａ［ＩＣＥｎｇｍｅｅｒｌｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｓｕｔｕｔｅ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｍｖｅｒｓｌｔｙ，Ｎａｎｐｎｇ。２１００９６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＹＵＶｔＯＲＧＢｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎＩＳａｔｉｍｅ—ｃｏｎｓｕｍｉｎｇｔａｓｋＩｎＭＰＥＧ４ｄｅｃｏｄｉｎｇ．Ｆｏｒｔｈｅｃｈａｌｌｅｎｇｅｏｆｒｅａｌ—ｔｉｍｅｄｅｃｏｄｉｎｇｏｆＭＰＥＧ４ｉｎＳｏＣ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｆｌｋｉｎｄｏｆＬＣＤｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｗｈｉｃｈｃａｎｓｕｐｐｏｒｔｂｏｔｈＹＵＶａｎｄＲＧＢｄａｔａｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ．ＴｗｏｋｉｎｄｓｏｆｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｔｈｅｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｏｆＹＵＶｔｏＲＧＢＩＳｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ：ｉｎｔｅｇｒａｌｍｕｌｔｉｐｌｙａｎｄｓｈｉｆｔ．ＴｈｅｃｏｍｐａｒｌｓｌｏｎＩＳｇｉｖｅｎｉｎｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｅｆｆｅｃｔ，ｓｐｅｅｄａｎｄｓｐｅｎｄｉｎｇｏｆｔｈｅｃｉｒｃｕｉｔＩｎｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｓｏｆｔｄｅｃｏｄｉｎｇｏｆＭＰＥＧ４，ｗｅｆｉｎｄｔｈｉｓｄｅｓｉｇｎｃａｎｓａｖｅａｓｍｕｃｈａｓ４０％ＣＰＵｒｅｓｏｕｒｃｅ，ｗｈｉｃｈｇｒｅａｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅＭＰＥＧ４ｄｅｃｏｄｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆａＳｏＣｓｙｓｔｅｍ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＳｙｓｔｅｍｏｎＣｈｉｐ（ｓｏＣ）。ＬＣＤｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；ＹＵＶ；ＭＰＥＧ４；ｄａｔａｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ
１引言
１．１颜色空间简介
（１）ＲＧＢ
任意一种色光Ｆ都可以用不同分量的Ｒ，Ｇ，Ｂ三色相加混合而成。
Ｆ＝ｒ［Ｒ］＋ｇ［Ｇ］＋ｂ［Ｂ］
调整ｒ，ｇ，ｂ三个系数的值，可以混合出介于黑色光和白色光之间的各种各样的色光。
（２）ＹＵＶ
ＹＵＶ是色彩空间的另一种格式，易于实现压缩，方便传输和处理。手持设备中的ＭＰＥＧ多使用ＹＵＶ４２０格式Ⅲ，本文中的ＹＵＶ就是特指ＹＵＶ４２０格式，即从帧头开始每４个组成“田”字形的相邻象素共用一对Ｕ／、，数据，而每个象素单独对应一个ｙ数据，如图１所示。
（３）ＹＵＶ到ＲＧＢ的转换
在计算机视觉和彩色图像处理任务中，ＹＵＶ颜色空间由于其颜色分量之间的正交性以及人类视觉系统对灰度和色差敏感性的差异，被广泛用于彩色图像压缩，而ＲＧＢ颜色空间是我们平时接触最多的颜色空间。２种颜色空间可以相互转换，其中ＹＵＶ（ＹＣｂＣｒ）空间到ＲＧＢ空间的转换公式［２３如下：
收稿日期２００５—１０—１４
Ｒ一１．１６４＊（ｙ一１６）＋１．５９６＊（Ｖ一１２８）
Ｇ一１．１６４＊（ｙ一１６）一０．８１３＊（Ｖ—１２８）一
０．３９１＊（Ｕ一１２８）（１）Ｂ＝１．１６４＊（ｙ一１６）＋２．０８１＊（【，一１２８）
其中ｙ，Ｕ，、厂分量是用８比特表示，同样Ｒ，Ｇ，Ｂ分量也用８比特表示。
图１ＹＵＶ４２０数据格式
１．２本文的意义
目前，在嵌入式系统中，彩色ＬＣＤ控制器的输入均是单一的ＲＧＢ数据。纯软的ＭＰＥＧ４解码，ＹＵＶ到ＲＧＢ的转换是一项很费时的工作，直接影响系统的实时性。考虑到在整个ＭＰＥＧ４的解码流程中，ＹＵＶ到Ｒ（、Ｂ的转换位于最后且是不基于象素块的操作，因此可以把这部分工作交给慨来完成。在现有的操作系统中，背景图，ＧＵＩ界面
以及弹出的窗口都使用ＲＧＢ图像来实现，如果ＬＣＤＣ只支持ＹＵＶ格式的图像，这将会给软件人员带来很大的工作量。因此，该方案是使ＬＣＤＣ支持部分ＲＧＢ与部分ＹＵＶ。
３７
万方数据
万方数据
１．１６４＊（ｙ一１６）＝（（ｙ一１６）＜＜３＋（ｙ一１６））＞＞３１．５９６＊（ｙ一１２８）＝（（ｙ一１２８）＜＜３＋（ｙ一１２８）＋
（、，一１２８）＜＜２）＞＞３
０．８１３＊（ｙ一１２８）＝（（ｙ一１２８）＜＜３一
（ｙ一１２８））＞＞３
０．３９１＊（Ｕ一１２８）一（（【，一１２８）＋
（Ｕ一１２８）＜＜１）＞＞３
２．０１８＊（Ｕ一１２８）一（【，一１２８）＜＜ｌ
（４）
图４乘法转换电路框图
这样，转换公式就变为：
Ｒ＝（（ｙ一１５Ｊ＜＜３＋（ｙ一１６）＋（ｙ一１２８）
＜＜３＋（ｙ一１２８）＋（Ｖ一１２８）＜＜２）＞＞３
Ｇ＝（（ｙ—１６）＜＜３＋（ｙ一１６）一（Ｖ一１２８）＜＜３＋（、厂一１２８）一（Ｕ～１２８）一（Ｕ一１２８）＜＜１）＞＞３（５）Ｂ＝（（ｙ一１６）＜＜３＋（ｙ一１６）＋（【，一１２８）＜＜４）＞＞３在具体实现电路时，同样用２个时钟周期来完成整个转换过程。在第一个周期内，先把式（４）的几个移位加法电路计算完毕，并锁存中问结果。在第二个时钟周期内，做式（５）的加减法运算。最后对得到的数据进行饱和处理。这种用移位电路的近似计算方法，可以完全不用乘法器，实现起来简单，电路面积小，功耗低ｃ５“］，运算速度快。但是应用这种方法的转换电路的转换精度稍低。
３对两种转换电路的评估
在图像处理领域，目前最常用的评价方法是峰值信噪比（ＰＳＮＲ）：设有原始图像Ａ一｛ａ。）∈产“和处理后的图像Ｂ＝｛ｂ。）∈产Ｎ，ＰＳＮＲ定义为：
ＰＮＳＲ一１０ｌｏｇｌ。—＿——≯鲁上——一（６）
志善善（口ｖ＿∥
Ｍ×Ｎ纠掣一”’７
其中分母为处理后图像与原始图像象素差值平方的数学期望，等于Ｅ｛（口一６）２），ｂ。为图像象素所能取得的最大值，若数据以８ｂ表示，则以就为２８—１—２５５。
这里采用了ａｋｌｙｏ，ｃｏｎｔａｉｎｅｒ，ｆｏｒｅｍａｎ和ｃｏａｓｔｇｕａｒｄ４幅ＱＣＩＦ标准测试图片作为评价对象。
图５即是２种转换电路转换后的４幅图像的ＰＳＮＲ值。可以看出，经过乘法器转换电路转换后，图像的ＰＳＮＲ值在３８左右；经过移位转换电路转换后，图像的ＰＳＮＲ值在３２左右。一般，ＰＳＮＲ大于３８的图像就可以
说属于高保真图像，３０以上的图像的保真度也很高，人眼几乎看不出图像失真，因此２种转换电路处理后图像的ＰＳＮＲ值都符合要求。
图５转换图像的ＰＳＮＲ
转换速度是转换电路的另一个重要指标，电路频率直接影响转换速度。表１是２种转换电路综合结果的比较，使用的是ｓｙｎｏｐｓｙｓ的ＤｅｓｉｇｎＣｏｍｐｄｅｒ和ＳＭＩＣ的０．１８扯ｍＣＭＯＳ工艺库，乘法电路中乘法器使用的是Ｄｅ—
ｓｉｇｎＷａｒｅ库中的ＩＰ。所有数据都是在最坏情况下测得，其中面积单位为工艺库定义的单位面积。
表１两种转换电路速度和面积的比较
上述评估表明，３位移位转换电路即可满足图像质量的要求，移位转换电路要优于乘法转换电路。
４对性能的提升
下面来评估增强型ＬＣＤＣ在播放ＭＰＥＧ４图像时对于系统解码性能的提高。
ＡＲＭｕｌａｔｏｒ是ＡＲＭ公司提供的软件模拟器，可以模拟ＡＲＭ公司各种内核的操作，给出内核运行指令的详细情况，是一种有效的源程序检验和测试工具。在ＡＲＭｕ—ｌａｔｏｒ运行程序时，ＡＤＳ（ＡＲＭＤｅｖｅｌｏｐｅｒＳｔａｔｅ）可以给出在运行某段时间内，其中的各个函数运行时间所占的整个运行时间的比例情况，也即程序的Ｐｒｏｆｉｌｅ。通过这一功能，可以准确地掌握各个函数运行时间的多少，加之特定的函数是用来完成特定任务的，可以得出解码程序各个部分的耗时情况。
在ＡＲＭｕｌａｔｏｒ上运行ＭＰＥＧ４的解码程序，解码程序都由ＡＲＭ内核来完成。这里给出一段时间内（２００帧）解码程序的Ｐｒｏｆｉｌｅ，从图６所示的饼状图中可以看出各个函数执行时间的比率，这里只给出占用时间比较大的几个函数的时间占用率。从图６还可以看出占用时间最多的函数为Ｉｍａｇｅ—ｏｕｔｐｕｔ，所占的时间比例大约为４０％，这个函数实现图像数据的ＹＵＶ到ＲＧＢ转换。所以可近似得到在整个ＭＰＥＧ４解码过程中，内核大约４０％的时间用在了数据从ＹＵＶ到ＲＧＢ的转换上。
采用本设计后处理器要做的仅是把图像解码到ＹＵＶ
（下转第４２页）
３９
万方数据
仿真结束时的弹目航迹如图６所示。
丌始
航迹解算
接收机噪声功棼＇ｆ算
仃源干扰功窄叫算
海杂破功率计算
Ｈ杯ｐ目破功率计算
Ｎ
塑检测型堕一二：＞雨＼／
土检测到【ｊ标
占达工作状态解算
［作状态判断二
■ｚ磊磊ｉ
输出导引数据
制导规律解算
图４仿真运行模块的工作流程
■蛙工ｔ｝口溶
ｒ搜索酝疗转触广跟臻煺ｒ记忆聃
融；目标∞广■■－
鼬功摹｛越州广—可。一
聃出Ｉ田Ｉ广—ｊ；一
方位ｌ奠１广’：’’ｎ群ｌｒ■—＝－
图５仿真运行中未制导雷达实时状态
４结语
在反舰导弹作战效能的评估中，仿真是一种高效的
工具。在仿真中，本文综合考虑了反舰导弹末制导雷达工作中的很多相关因素。然而，建立针对特定环境下的精确数学模型，逼真地复现反舰导弹末制导雷达的工作过程仍
是一项复杂的工作，许多相关因素还有待进一步深入研究。
图６反舰导弹与舰艇的航迹图
参考文献
［１］王国玉，肖顺平，汪连栋．电子系统建模仿真与评估［Ｍ］．长
沙：国防科技大学出版社，１９９９．
［２］丁鹭飞，耿富录．雷达原理［Ｍ］．西安．西安电子科技大学出
版社，２０００．
［３］刘隆和．无线电制导［Ｍ］．北京．国防工业出版社，１９９３．［４］刘隆和，曲爱华．海军战术导弹抗干扰技术基础［Ｍ］．北京：
电子工业出版社，１９８７．
［５］［美］ＭＷ朗．陆地和海面的雷达波散射特性［Ｍ］．薛德镛
译．北京：科学出版社，１９８１．
［６］［美］ＭＩ斯科尔尼克．雷达手册［Ｍ］．王军译．北京：国防工
业出版社，２００３．
州§¨似姊啉唧咏蝌㈣味嫦６错州＇∞帮秣螂嫦ｏ∞ｏ味谍秣嫦蝌●钟晡嘲§∞斟翻，∞荫ｏ∞轴钾∞州㈣钾＇Ｍａ州坨神戢钟●目ｅ鼎杈膏Ｎ∞州增群嘎旨∞ａ州供ｏ∞∞ａｏ●斟戢口∞ｅ，。ｅ群雌神ｅｅ拍
（上接第３９页）
图６
ＭＰＥＧ４解码程序的Ｐｒｏｆｄｅ
数据格式，４０％的工作量现在被ＬＣＤＣ完成了，从而可以大大提高整个系统的ＭＰＥＧ４解码性能。
参考文献
［１］ＧｈａｎｂａｎＭ．ＳｔａｎｄａｒｄＣｏｄｅｃｓ．ＩｍａｇｅＣｏｍｐｒｅｓｓｚｏｎ
ｔｏ
Ａｄ—
ｖａｎｃｅｄ
Ｖｉｄｅｏ
Ｃｏｄｉｎｇ［Ｍ］．Ｉｎｓｔｌｔｕｔｍｎ
ｏｆＥｌｅｃｔｒｍａｌ
Ｅｎｇｉ?
ｎｅｅｒｓ，２００３
［２］ＲａｆａｅｌＣＧｏｎｚａｌｅｚ，ＲｉｃｈａｒｄＥ
Ｗｏｏｄｓ．ＩＮｇｌｔａｌ
ＩｍａｇｅＰｒｏｃｅｓｓ
４２
ｍｇ［Ｍ］．（２ｎｄＥｄｍｏｎ）．Ｐｕｂｈｓｈｍｇ
ＨｏｕｓｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏｍｃｓＩｎ．
ｄｕｓｔｒｙ，２００２．
［３］ＡＭＢＡＳｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ（Ｒｅｖ２．ｏ）．ＡＲＭＬｌｍｉｔｅｄ，１９９９．
［４］ＧｏｒｄｏｎＢ，Ｃｈａｄｄｈａ
Ｎ，Ｔ
Ｈ—Ｙ
Ｍｅｎｇ．ＡＬｏｗ—ｐｏｗｅｒ
Ｍｕｌｔ，ｐｌｌｅｒｌｅｓｓ
ＹＵＶｔＯ
ＲＧＢＣｏｎｖｅｒｔｅｒＢａｓｅｄｏｎ
ＨｕｍａｎＶＩ—
ｓＩｏｎ
Ｐｅｒｅｅｐｔｍｎ．ＶＬＳＩＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ＶＩＩ，１９９４．
［５］Ｃｈａｎｄｒａｋａｓａｎ
Ａ。ＢｒｏｄｅｒｓｅｎＲ．Ｌｏｗ
Ｐｏｗｅｒ
ＤｉｇｉｔａｌＣＭＯＳ
Ｄｅｓｉｇｎ［Ｍ］ＫｌｕｗｅｒＡｃａｄｅｍｉｃＰｕｂｈｓｈｅｒ，１９９５．
［６］Ｉｎｓｅｏｋ
Ｃｈｉｎ，ＨｏｊｕｎＳｈ，ｍ．Ｌｏｗ—Ｐｏｗｅｒ
Ｃｏｌｏｒ
ＴＦＴＬＣＤＤ，ｓ－
ｐｌａｙｆｏｒＨａｎｄ—Ｈｅｌｄ
ＥｍｂｅｄｄｅｄＳｙｓｔｅｍｓ．ＩＳＬＰＥＤ’０２，Ａｕ一
．
ｇｕｓｔ，１２—１４，２００２，Ｍｏｎｔｅｒｅｙ，Ｃａｌｆｆｏｒｍａ，ＵＳＡ．Ｃｏｐｙｒｔｇｈｔ
２００２
ＡＣＭ１—５８１１３—４７５—４／０２／００８．
［７］ＫａｒｌＳａａｒｍｅｎ．ＣｏｍｐａｒｔｓｏｎｏｆＤｅｃｌｍａｔｌｏｎ
ａｎｄ
Ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｍｎ
Ｍｅｔｈｏｄｓ
Ｉｎ
Ｃａｓｅｏｆ
ＭｕｌｔｉｐｌｅＲｅｐｅａｔｅｄＲＧＢ—ＹＣｂＣｒ
Ｃｏｌｏｕｒ
ＩｍａｇｅＦｏｒｍａｔＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎｓ．ＣｌｒｃｍｔｓａｎｄＳｙｓｔｅｍ，１９９４．
［８］李从飞．点阵ＬＣＤ控制器ＭＳＭ６２２Ｂ—ＸＸ及其应用［Ｊ］．国
外电子元器件，２００４（１）：７２—７４．
作者简介童正宁男，１９８０年出生，硕士研究生在读。主要从事ＳｏＣ和数字集成电路方向的研究。
明
的盯
＂¨
Ҭ
万方数据
兼容YUV数据格式的LCD控制器
作者：童正宁， 吴旭凡， 高谷刚， 赵博生， TONG Zhengning， WU Xufan， GAO Gugang，ZHAO Bosheng
作者单位：东南大学,国家专用集成电路系统工程技术研究中心,江苏,南京,210096
刊名：
现代电子技术
英文刊名：MODERN ELECTRONICS TECHNIQUE
年，卷(期)：2006,29(6)
被引用次数：1次
参考文献(8条)
1.Ghanbari M Standard Codecs:Image Compression to Advanced Video Coding 2003
2.Rafael C Gonzalez;Richard E Woods Digital Image Process in 2002
3.AMBA Specification ,(Rev 2.0).ARM Limited 1999
4.Gordon B;Chaddha N;T H - Y Meng A Low - power Multiplierless YUV to RGB Converter Based on Human Vision Perception 1994
5.Chandrakasan A;Brodersen R Low Power Digital CMOS Design 1995
6.Inseok Choi;Hojun Shim Low -Power Color TFT LCD Display for Hand - Held Embedded Systems
7.Kari Saarinen Comparison of Decimation and Interpolation Methods in Case of Multiple Repeated RGB - YCbCr Colour Image Format Conversions 1994
8.李从飞点阵LCD控制器MSM622B-XX及其应用[期刊论文]-国外电子元器件 2004(01)
引证文献(1条)
1.严惠非规则颜色的快速匹配“查表法”算法的研究与实现[期刊论文]-电子测试
2013(20)
本文链接：https://www.wendangku.net/doc/f15160743.html,/Periodical_xddzjs200606019.aspx