面向UHD显示器的视觉无损压缩

用于高端智能手机、汽车信息娱乐系统以及增强现实（AR）/虚拟现实（VR）设备的显示器正在变得越来越复杂，采用四倍HD或4K分辨率，而且采用更快的帧速，并支持RGB格式。这种演进为设计人员带来了新的挑战 – 他们一方面需要管理所需的数据带宽，同时还需要降低功耗，而且不能影响视觉质量。设计人员需要一种协议来通过显示接口（如MIPI® 显示串行接口（DSI®））实现视觉无损压缩。

视频电子标准协会（VESA）显示流压缩（DSC）标准实现了超高清（UHD）显示器的视觉无损和低延迟。VESA与MIPI联盟合作，把DSC标准纳入到MIPI DSI标准中。本文介绍了VESA DSC标准，并特别介绍了该标准如何将视觉无损的数据压缩率提高4倍之多，设计人员可以使用集成的MIPI DSI IP解决方案来实现这一功能。

挑战：需要更高带宽来支持更高分辨率的显示器

MIPI DSI提供低功耗、低延迟、低成本的“芯片到芯片”连接解决方案，用于将多媒体处理器与显示器或其他多媒体片上系统（SoC）相连接。它面向众多应用，包括移动设备（智能手机、平板电脑）、汽车（高级驾驶辅助系统（ADAS），例如信息娱乐）和多媒体（AR/VR）。然而，随着需求向高分辨率4K显示器转移，该规范的带宽限制成为一个挑战。

MIPI DSI以每四通道2.5 Gbps的速度运行在MIPI D-PHY物理链路上，因此，可以实现最大数据速率10 Gbps。然而，如下所述，高端视频和图像分辨率（如4K和3D 1080p）需要更高的带宽。

• 4K：每秒60帧（FPS）的24位RGB需要13 Gbps（12 Gbps用于有效区域）
• 3D 1080p：60 FPS 的24位RGB需要12 Gbps（11 Gbps用于有效区域）

对于更深的色彩模式，带宽需求甚至更高。这就造成一个问题，它通常要求设计者通过重新设计设备和电路来增加DSI数据通道，这进而又导致更长的设计时间、更高的成本和更大的风险。整合到MIPI DSI规范的VESA DSC可以帮助突破这种带宽限制，而不必大幅度改变ASIC架构和系统电路。

解决方案：显示流压缩（DSC）

MIPI与VESA合作将DSC整合到DSI中，已经“为源设备和显示设备的设计者提供了一种视觉上无损的、标准化的压缩方式，以便通过显示链路传输更多的像素数据，并节省显示驱动器IC中嵌入的帧缓冲器的内存”（VESA显示流压缩白皮书，2014年3月3日）。图1显示了集成到MIPI DSI中的VESA DSC框图。

DSC标准的优点

在压缩之前，图像被划分成一个多片网格。每个片段总是独立进行编码和解码，以确保传输错误不会影响到其他片段。每个DSC编码器可以由并行运行的多个核心组成，从而可以独立地对每个片段进行压缩。图2显示了DSC核心如何高效压缩图像的一个示例。本示例中（左侧），DSC编码器包含四个核心。一幅4K图像（左侧）被分割成4列x15行，并且所得到的每个片段都被相应的DSC核心（由不同的颜色指示）并行压缩。

质量评估

VESA严格测试了其算法，以评估在选定参数条件下的图像质量。一组经过挑选的志愿者，他们都不熟悉图像压缩技术，但具有良好视觉能力。向他们每个人提供一个应用，该应用能够在原始图像与解压缩图像之间进行交替显示。这些图像包括摄影照片、文本和计算机生成的人造图案。他们的任务尽力发现任何稍纵即逝的，可能的人为加工痕迹，以便检测出任何质量损失。然后将结果填入表格中，以计算出平均得分。VESA再依据该得分对压缩结果是否存在视觉损失进行分类。