金仲華+馬夾夾+徐洪杰+馬丙林+何小龍

摘要：隨著LCD液晶技術(shù)的發(fā)展和價格的不斷降低，液晶顯示技術(shù)逐漸應(yīng)用到了各個領(lǐng)域，其中包括計算機、通訊、醫(yī)療、工業(yè)控制、家庭娛樂、廣告、儀表等。本文針對醫(yī)療LCD液晶設(shè)備，研究了與其顯示性能相關(guān)的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)。

關(guān)鍵詞：LCD；色溫；內(nèi)置LUT；曲線數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)壓縮

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）21-0213-01

1 引言

LCD液晶顯示技術(shù)越來越多的應(yīng)用到了各個商用領(lǐng)域，除了作為普通辦公、家庭顯示之外，LCD還應(yīng)用到了醫(yī)療的影像診斷領(lǐng)域，如用于X-Ray、CT、超聲等設(shè)備上。醫(yī)療LCD顯示的要求與普通LCD的顯示不一樣，除了考慮亮度、對比度之外，還要考慮內(nèi)置的LUT。內(nèi)置的LUT反映了醫(yī)用LCD所具備的曲線標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)是為了統(tǒng)一影像在不同系統(tǒng)、不同應(yīng)用下的顯示效果，為醫(yī)用顯示器性能指定的規(guī)范，如DICOM PART3.14、Gamma CIE、Gamma2.0等標(biāo)準(zhǔn)。一般醫(yī)用LCD會內(nèi)置多個LUT。通常情況下，醫(yī)用LCD曲線標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到的顯示效果是通過LCD曲線數(shù)據(jù)來實現(xiàn)。該曲線數(shù)據(jù)影響著圖像的亮度及色溫變化。亮度是指畫面的明暗程度；色溫是照明光學(xué)中用于定義光源顏色的一個物理量，光源的色溫不同帶給人眼的感覺是不同的，高色溫低亮度會給人偏冷的感覺，畫面會偏藍(lán)；而低色溫高亮度給人一種悶熱的感覺，畫面會偏紅一些。更改醫(yī)用LCD內(nèi)置的曲線標(biāo)準(zhǔn)，即可以達(dá)到所需要的畫面效果。

2 簡易壓縮算法

曲線數(shù)據(jù)通常是存儲在LCD控制電路中一個容量較小的flash或E2PROM芯片內(nèi)，數(shù)據(jù)可分為R、G、B三槍數(shù)據(jù)。普通的LCD都具有256灰階（8bit LUT）能力，所謂灰階就是指顏色的亮度層次，它代表了由最暗到最亮之間不同亮度的層次級別。中間層級越多，所能夠呈現(xiàn)的畫面效果也就越細(xì)膩。但是由于256灰階中間層級的有限性，其無法顯示醫(yī)療影像細(xì)膩的灰階明暗及精確的灰階度，因此考慮采用更高比特的LUT來改善畫面的顯示質(zhì)量。本文結(jié)合在項目中使用的具有12比特處理能力的控制芯片602X系列，采用12bit的LUT。12bit的LUT從4095灰階（12bit）提取出最精確的256灰階（8bit），這類顯示器在灰階的表現(xiàn)上更加平滑、灰階等級更精確、顯示的畫面更細(xì)膩。

LUT曲線數(shù)據(jù)分為了R、G、B三槍數(shù)據(jù)，每一槍數(shù)據(jù)都有256組，有的CRT，每一槍數(shù)據(jù)還分為1024組，這里只討論256組情況。對于8bit的LUT，一個曲線標(biāo)準(zhǔn)需要占用的存儲空間為3*256=768個字節(jié)，而對于12bit的LUT則需要占用的存儲空間為（2*256）*3=1536個字節(jié)，存儲容量擴大2倍。一般LCD上會內(nèi)置多個曲線標(biāo)準(zhǔn)，那么在某些情況下，之前用于存儲曲線數(shù)據(jù)的芯片的容量已經(jīng)無法滿足12bitLUT的要求，因此，或考慮提升存儲芯片的容量或考慮采取一種合理簡易的壓縮算法來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的壓縮。提升存儲芯片容量，就面臨著增加研發(fā)開銷的問題，并且不斷更換存儲芯片，也不利于研發(fā)的進(jìn)行，因此本文結(jié)合在項目研發(fā)中遇到的數(shù)據(jù)壓縮問題，介紹一種合理簡易的壓縮算法來實現(xiàn)曲線數(shù)據(jù)的壓縮。

對于一組12bit的LUT，理想情況下需要占用1536個字節(jié)，但是曲線數(shù)據(jù)的每一槍數(shù)據(jù)的特點是由小到大遞增，也就是說提供1536個字節(jié)的存儲空間并不是被百分百利用，起碼在256灰階數(shù)據(jù)中的低階部分可以用8比特（1個字節(jié)）甚至更少的空間來存儲，因此合理安排并壓縮數(shù)據(jù)對節(jié)省空間至關(guān)重要。傳統(tǒng)的壓縮算法大部分都具有針對性，而且實現(xiàn)起來比較復(fù)雜。因此本文結(jié)合在項目中遇到的曲線數(shù)據(jù)的特點，進(jìn)行了數(shù)據(jù)壓縮的設(shè)計和實施。根據(jù)LUT曲線數(shù)據(jù)的特點，對數(shù)據(jù)壓縮共分為了三個步驟，以曲線數(shù)據(jù)的R槍數(shù)據(jù)為例，壓縮前數(shù)據(jù)量是2*256=512個字節(jié)，一組數(shù)據(jù)型如136，146，155，163，171…。

第一次和第二次壓縮進(jìn)行了簡單的差值運算，公式如下：

B（0）=A（0）；

B（i）=A（i）-A（i-1），i>0

其中A為壓縮前的數(shù)據(jù)，B為壓縮后的數(shù)據(jù)。

經(jīng)過第二次壓縮后，各個數(shù)據(jù)值已經(jīng)縮小到256以下，所以原占用512個字節(jié)的數(shù)據(jù)可以被壓縮成256個字節(jié)。并且壓縮后數(shù)據(jù)的特點是256個數(shù)據(jù)中除了前后一段數(shù)據(jù)絕對值略大一些之外，中間其余的數(shù)據(jù)絕對值都要小于16，因此第三次壓縮分為了分段數(shù)據(jù)真值壓縮和符號位壓縮。根據(jù)第二次壓縮后數(shù)據(jù)的特點，將256個數(shù)據(jù)的前后段各20個字節(jié)的數(shù)據(jù)真值按字節(jié)存儲，剩下的216個字節(jié)的數(shù)據(jù)真值按照兩個字節(jié)壓縮存儲到一個字節(jié)的方法進(jìn)行壓縮。另開辟32個字節(jié)的空間用來存儲256個數(shù)據(jù)的符號位，這樣經(jīng)過三次壓縮后，原512字節(jié)的數(shù)據(jù)被壓縮至180個字節(jié)，壓縮比率達(dá)到了0.35。

3 小結(jié)

內(nèi)置LUT影響著醫(yī)用LCD的最優(yōu)顯示效果，而LUT是由對應(yīng)的曲線數(shù)據(jù)所決定，因此曲線數(shù)據(jù)對于醫(yī)用LCD有著至關(guān)重要的作用。曲線數(shù)據(jù)在LCD的控制電路中占據(jù)著較大的存儲空間，隨著LUT的升級，空間占用更為明顯。因此，為了節(jié)省空間需要采取一種合理的數(shù)據(jù)壓縮算法。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)壓縮算法具有一定的針對性，并且實現(xiàn)起來較為復(fù)雜。本文針對在項目中遇到的曲線數(shù)據(jù)的特點，進(jìn)行了數(shù)據(jù)壓縮的設(shè)計和實施，該算法簡單易于實現(xiàn)，壓縮比率達(dá)到了0.35。