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VEE強化螢幕顯示與用戶觀賞體驗

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QuickLogic資深產品行銷經理 Paul Karazuba

在提升背光源強化畫質與降低功耗的兩難中,廠商開發的VEE影像強化引擎技術,在無須調高背光源亮度下達成高背光源具備的鮮明畫質,符合了高光源/高畫質與低功耗節電的兩個極端需求…

QuickLogic資深產品行銷經理Paul Karazuba提到,QuickLogic為無晶圓廠半導體IC設計公司,以提供顛覆性矽晶片整合方案、聚焦於新世代無線平台為願景,專精於使用者體驗的改進以創造消費者、顧客、夥伴利益,並因應當前快速變化的行動平台趨勢,針對OEM/ODM客戶需求提供已驗證的IP功能區塊、韌體與驅動程式,強化用戶在行動裝置的體驗。他指出,一般在理想化的顯示畫面╱觀賞環境,其周遭的光源環境是被控制並設定在對人類眼睛最舒適的狀態,類似電影劇院內的暗室,而許多視訊影片內容,也是針對這樣的環境被創造出來。

但實際上的行動裝置顯示技術應用,會受限於周遭環境的光源條件,例如從白天外出時的戶外背景高亮度環境,一下到了室內或隧道的低光源環境,或者夜間低光源環境時,既有行動裝置的顯示往往又覺得太亮而需要調整,甚至是高低環境光源混雜的環境,都會迫使用戶頻繁的調整顯示螢幕的亮度,以求可輕易閱讀的畫面品質。

行動裝置的系統設計者,在這種背景光源多變的環境影響下,若要修正或強化畫面品質,大多數行動裝置OS提供標準的演算法則,就是直接去調整顯示螢幕(也就是背光源)的亮度。一般說來,調高背光源亮度,可以有更鮮明對比、更容易閱讀觀看的影像畫質;但調高背光源亮度也會增加功耗,縮短電池供電時間。

若以顯示器亮度為縱軸,環境背景光源為橫軸,以此進行顯示明亮度與可觀看性的線型分析,會發現當背光源調到最亮,使顯示器亮度對比最大的情況下,擁有最佳觀看品質、但相對功耗也達到最大的最理想畫質曲線;反過來把顯示器亮度╱對比調到最低,可以擁有最低的功耗線性,但相對的顯示幕閱讀性也變得最差的最理想功耗曲線。一般OEM的顯示與節電技術,只能在這兩條曲線之間求取平衡與取捨。QuickLogic則提供另類的選擇方案,藉由VEE 2.0與DPO 2.0技術,同時達到最理想的顯示器亮度╱觀看畫質,以及降低功耗並延展供電時間。

以人眼視覺原理發展出來的VEE硬體影像優化技術

Paul Karazuba進一步說明何謂VEE(Visual Enhancement Engine;視覺強化引擎)。VEE是一種以硬體為根基的顯示品質最佳化技術,它依據人類視覺系統對顯示螢幕上的明暗對比、動態可視範圍與顏色的特性,剔除掉未使用的色域、亮域並重新分配,以逐一畫面(frame by frame)的每一個畫素(pixel by pixel)為單位,做即時運算以及最佳化處理。VEE的處理步驟,則是針對每一個畫素與相鄰畫素做明亮度、顏色與可視範圍的取樣,並針對整個畫面做8個分割子畫面區域的處理。

Paul Karazuba以一張天有烏雲、上層有綿延山峰、山腰處有森林、近處有湖泊的典型風景照片為例,在未調整明亮度與對比值的情況下,原本雲層顯得明暗層次不足,山峰則有部份暗處細節不明顯,叢林中的樹枝與樹葉細節不夠細膩且糊在一起,同時湖面也顯得偏暗;當經過VEE即時運算處理後,雲層明亮對比調到中間值使得雲朵的明暗層次感增加,山岳部份暗處細節也變得清晰明顯,叢林的樹枝與樹葉細節則顯得更細膩,同時湖面變得更明亮且有透視感。

在VEE處理過之後,整個顯示畫面的畫質與可閱讀性提升,而顯示器亮度並未改變,此時再搭配DPO(Display Power Optimizer)顯示功耗最佳化技術,該技術是建構在OEM強調節能低功耗、可觀看體驗或兩者兼顧的設定下,把前面所說的最佳閱讀畫質曲線的實際功耗,往下壓低到幾乎與最佳功耗的曲線一致,達到擁有最佳觀賞畫質而功耗最低的境界。

實際客戶應用案例與功耗節省效果

Paul Karazuba表示,QuickLogic於2011年8月1日正式發表DPO v2.0晶片技術,它包含QuickLogic的IBC(Intelligent Brightness Control,智慧明亮度控制)功能,像是觀看YouTube、Hulu、Facebook、GYAO等線上串流視訊時,由於這些串流視訊內容在當初創造時就比較適合於低亮度╱動態可視範圍下觀看,因此若是以預設較高明亮對比的行動裝置來播放這一類串流視訊內容時,由於系統不會自動把明亮對比值往下調整,此將造成顯示裝置背光源亮度過高,徒然增加整體功耗。

藉由DPO v2.0與VEE引擎相互搭配,一旦發現系統正在播放這類只需低亮度對比就能有良好觀看品質的內容時,即會強制降低顯示幕的亮度與對比值,比DPO v1.0針對環境光源下的亮度調整還省下更多的電力。

Paul Karazuba也列表舉出幾個進行中的合作案例,例如在客戶A的10.1吋平板電腦,原廠預設明亮度80%,原始系統功耗為4.53W,使用VEE&DPO v1.0後,亮度提昇30%,整體功耗降到2.97W,總計節省1.56W並延展34%的供電時間;客戶B的8.9吋平板電腦,原廠預設明亮度65%,原始系統功耗為4.53W,使用VEE&DPO v1.0後亮度提昇30%,整體功耗降為3.95W,延展15%的供電時間;客戶C的5吋智慧型手機預設明亮度90%,原始功耗為1.6W,使用VEE&DPO v1.0後亮度提昇13%,整體功耗降到1.26W,延展21%的供電時間;客戶E的10.1吋平板電腦,原廠預設明亮度100%,原始系統功耗為5.7W,使用VEE&DPO v1.0後亮度提昇30%,整體功耗降到4.46W,延展22%的供電時間;客戶F的4吋OLED智慧型手機,原廠預設明亮度100%,原始系統功耗為1.68W,使用VEE &DPO v1.0後亮度提昇30%,整體功耗降到1.4W並延展17%的供電時間。他特別點出客戶D,其設計的7吋平板電腦,原始功耗2.42W,使用VEE&DPO v2.0後,整體功耗降到1.42W,電池供電時間延展了41%,這是因為在觀看YouTube/Hulu/Facebook/GYAO網路串流視訊為主的應用下,比其他僅使用DPO v1.0晶片方案的業者,可以再延長約10%的電池供電時間。

Paul Karazuba表示,VEE與DPO技術可以被實作、應用在平板電腦、智慧型手機以及體積小巧的微投影機(Pico Projector)上。若依照觀看內容特性與功耗分析,QuickLogic發現在觀看YouTube這類串流化視訊電影時,VEE與DPO節電效果最佳,在觀看原生電影、照片影像以及玩遊戲時,VEE節電效果是最佳而DPO次佳;上網瀏覽網頁時,VEE與DPO的節電效果都是次佳,在一般純文字環境下進行編輯、閱讀或文書處理時,VEE與DPO的節電效果表現就平平。

Paul Karazuba總結目前VEE與DPO等晶片技術,已經在QuickLogic的客戶可訂製化(CSSP)架構的ArcticLinkⅡ VX2晶片平台上實作。VEE技術可在任何用戶背景光亮度的情況下,提供超越顯示器預設的鮮明畫質,成為OEM廠商推廣的重點技術項目,用戶也不需要頻頻調整;而DPO晶片與VEE搭配,可以降低顯示裝置的功耗而無損用戶觀看的畫面品質,同時延伸41~50%的供電時間。最後Paul Karazuba表示,QuickLogic在論壇現場攤位展示許多機器,呈現低功耗且畫面視覺效果甚佳的具體成效,歡迎與會的業界先進蒞臨諮詢與交流。