图像颜色处理(一)----由LCD屏幕显示像素格式引出的思考(调色板，CLUT)

最新推荐文章于 2024-08-19 10:12:37 发布

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#图像处理 #调色板 #颜色对照表CLUT

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本文深入探讨了LCD显示的基本原理，解释了为何一个像素通常需要多个字节表示，以及如何通过调色板技术减少framebuffer的存储空间，从而优化显示效率。

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一 what

（1）显示原理
我们知道，芯片控制LCD显示的时候，芯片会将需要显示的每个像素送给LCD，显然芯片内部是按照一个一个像素来处理的。
但是一个像素并不等于一个Byte，这又是为什么呢？一般一个像素由RGB三个元素组成，如果一个Byte表示一个像素，那么这个Byte分配给R、G、B分量的位数就更少了，这样表示的颜色范围就会非常少？因此我们需要两个或者更多的Byte表示一个像素，比如RGB565就需要2个Byte来表示一个像素，RGB888需要3个Byte表示一个像素，甚至有些RGB888需要4个Byte表示一个像素(这个像素中多了一个A分量，实际上是RGBA8888)
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（2）调色板
如下图所示，假设一款ARM SoC驱动控制一个LCD屏幕显示，此过程中是如何工作的呢？我们主要看两个步骤

1. LCD controller从frame buffer中取出数据。有人会问这个数据是怎么产生的呢？这个就要看不同使用情况了，下面举了两个例子
	(a) 比如我想在LCD上画线，我肯定知道画线需要的数据，准备好这个数据即可
	(b) 如果想要在LCD上显示图片，那肯定有图片格式，把这个图片数据存在某个地方即可
2. LCD controller将取到的数据送到LCD控制线上，传到LCD上即可

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显然上面是一个简单的使用场景，但是考虑一个的问题

假设我的LCD的分辨率是1280x720，格式是16bpp的，也就是RGB565，一个16bit的数据，高5位表示R，中间6位表示G，低5位表示B。那么在这个简单的例子中，我们需要多大的存储空间？
1280x720x16=14745600bit=1843200Byte=1800KB≈1.75MB，显然这个存储空间已经不小了

那么针对上面的问题，有没有什么减小存储空间大小的办法呢？
既然我们想要减小存储空间frame buffer的大小，但是这个frame buffer是对应LCD每个像素上的值，所以frame buffer的个数是无法减小的，它还是只能等于分辨率(1280x720)。
我们只能减小它的位数，之前frame buffer中每个数组项的内容是一个16bit的数据，我们可否使用8bit来表示呢？这样frame buffer的大小空间就减小了一半。但是如果用8bit来表示实际的RGB颜色的话，也无法表示RGB565中的三个分量，这时我们就引入了调色板palette，它是如何工作的呢？

1. LCD controller从frame buffer中取出数据，注意此时的数据不代表像素数据有效值，只代表像素值的索引。注意这里有两个数值，假设我们把frame buffer看成一个数组，那么数组下标代表是哪个像素，数组元素代表这个像素所需要的真正的颜色数据，即为像素值。
2. 根据像素值索引，到调色板中找像素值。
3. 将取出的像素值送到LCD控制线上，传给LCD。

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这时，我们再来看看占用的实际内存空间大小

1. frame buffer大小 = 1280x720x8 = 7372800bit = 921600Byte = 900KB
2. 调色板palette大小 = 256x16 = 4096bit = 512Byte
3. 总大小 = frame buffer大小 + 调色板palette大小 = 921600Byte + 512Byte
显然比第一种case中占用的内存大小小了差不多一半

当然因为调色板中的像素值是一个16bit，这是因为LCD的型号决定的。如果不考虑LCD的型号，我们也可以设置32bit，24bit。这样我们只需要修改调色板中的像素值即可，也就是说调色板占用的内存大小是可以变化的，framebuffer的大小只需要保证和分辨率大小一致就可以了。
（3）颜色对照表CLUT