CN101286300B - 显示设备以及用于调节其亮度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种显示设备和一种用于调节该显示设备的亮度的方法。所述显示设备包括：面板单元，显示视频信号；发光单元，将光线提供到面板单元并使得视频信号可视化；发光控制单元，控制发光单元从而将光线提供到面板单元的每个局部区域；面板控制单元，补偿在每个局部区域中的视频信号的像素，以去除由提供到面板单元的局部区域的光线所产生的赝象。因为在每个局部区域中调节屏幕的亮度，所以提高了对比度，并提供改善的图像质量。

Description

显示设备以及用于调节其亮度的方法

技术领域

与本发明一致的设备和方法涉及一种显示设备和一种用于调节该显示设备的亮度的方法，更具体地讲，涉及一种能够根据输入的视频信号来局部地调节屏幕的亮度的显示设备，以及一种用于调节该显示设备的亮度的方法。

背景技术

诸如TV、膝上型电脑或桌上型电脑中的液晶显示器(LCD)的显示器于其上显示图像。因为这些类型的显示器自身不产生光，所以它们需要单独的光源以发射光线。LCD通常具有LCD面板和位于LCD面板的背部具有背光的发光单元，并在适当地调节LCD面板对于从发光单元照射的光的透射率的同时显示图像。

相关技术的LCD通常利用发光单元的均匀的背光，其中，发光单元以均匀的方式将光提供到整个LCD面板上。当使用均匀的背光时，包括暗的图像和亮的图像的所有图像由相同的亮度等级的光来表现。包括烟火或爆炸的图像具有一些需要由更高的亮度来表现的部分，但是，由于缺乏平衡方法，所以难以表现生动的图像。

此外，在均匀的背光处产生的光落到LCD面板上，从而导致干涉。结果，LCD不能显示如纯黑色的图像的零像素图像，并且对比度也降低。因为即使对可由较暗的光来表现的暗的图像，均匀的背光也发射相同亮度的光，所以功耗也增加。

发明内容

本发明的示例性实施例解决了上面的缺点和上面没有描述的其它缺点。此外，另外，本发明不需要克服上述缺点，并且本发明的示例性实施例可以不克服上述任何问题。

本发明提供一种能够根据输入的视频信号按屏幕的局部区域来调节发光单元的亮度的显示设备，以及一种用于调节该显示设备亮度的方法。

本发明还提供一种能够在局部区域中补偿像素以防止由于具有局部调节的亮度的发光单元所导致的视频信号的损失的显示设备，以及一种用于调节该显示设备的亮度的方法。

本发明还提供一种能够根据输入的视频信号来针对整个屏幕调节亮度和补偿像素并防止不必要的功耗的显示设备。

根据本发明的一方面，提供了一种显示设备，所述显示设备可以包括：面板单元，显示视频信号；发光单元，将光线提供到面板单元并使得视频信号可视化；发光控制单元，控制发光单元使得光线被提供到面板单元的每个局部区域；面板控制单元，补偿每个局部区域中的视频信号的像素以去除由提供到面板单元的局部区域的光线所产生的赝象。

面板控制单元利用由发光控制单元计算的用于控制发光单元的代表值来补偿局部区域的像素。

发光控制单元根据输入的视频信号的各个局部区域的RGB像素的大小来计算代表值，从而根据代表值来控制发光单元将光线提供到所述面板单元。

面板控制单元通过将像素补偿系数带入下面的数学表达式中来计算补偿的R’G’B’像素：

R′＝min(255，R*f_c)

G′＝min(255，G*f_c)

B′＝min(255，B*f_c)

其中，R、G、B表示补偿之前的像素，R’、G’、B’表示补偿之后的像素，f_c表示补偿系数。

面板控制单元利用下面的数学表达式来计算补偿系数：

f_c(i，j)＝1+Thr·LUT_BLU(f_b(i，j))·(LUT_GRAY(Y(i，j)))

其中，f_c(i，j)表示第(i，j)像素的补偿系数，Thr表示用于控制补偿增益的参数，f_b(i，j)表示第(i，j)像素的插值的亮度，LUT_BLU(f_b(i，j))表示基于查询表的插值的f_b(i，j)，Y(i，j)＝max(R(i，j)，G(i，j)，B(i，j))，LUT_GRAY(Y(i，j))表示基于查询表的Y(i，j)的插值的值。

面板控制单元通过对由下面的数学表达式获得的估算亮度进行插值来计算补偿的亮度：

$f_E=(m,n)=\underset{k}{\overset{\mathrm{BLK}\_\mathrm{NUM}}{\mathrm{\Σ}}}(L_{\mathrm{LD}}\left(k\right)*W_k(m,n))$

其中，f_E(m，n)表示(m×n)屏幕的各个局部区域的估算亮度，BLK_NUM表示局部区域的总数，L_LD(k)表示局部区域(k)的代表值，W_k(m，n)表示第(m，n)局部区域(k)的光学特性数据。

发光控制单元计算RGB像素的最大像素的局部灰度级直方图，并利用下面的数学表达式来计算局部代表值：

$L_{\mathrm{init}}\left(k\right)=f(L\_\mathrm{Thr}\·\mathrm{BLK}\_\mathrm{NUM}\left(\underset{i=1}{\overset{N_h}{\mathrm{\Σ}}}(N_i\·M_i^2)\right))$

其中，L_init(k)表示局部区域(k)的初始代表值，L_Thr表示用于局部区域(k)的亮度补偿的预定系数，BLK_NUM表示局部区域的总数，N_h表示灰度级的数量，N_i表示属于灰度级直方图的第(i)灰度级的像素的数量，M_i表示局部区域(k)的灰度级直方图的第(i)灰度级的平均像素。

发光控制单元对初始代表值进行空间滤波和时间滤波，并输出用于控制发光单元的代表值。

考虑根据像素对代表值的调节，面板控制单元补偿整个屏幕的亮度。

发光控制单元通过下面的数学表达式计算比率，并根据计算的比率来均匀地调节整个屏幕的代表值：

R_GD＝A/(A+Thr2*(255-A))

其中，R_GD表示所述比率，A表示截止灰度级，Thr2表示0-1的阈值。

所述截止灰度级是满足下面的数学表达式的最大灰度级：

$\underset{g=0}{\overset{A}{\mathrm{\&Sigma;}}}H\left(g\right)\&GreaterEqual;\mathrm{Cut}\_\mathrm{Thr},\mathrm{and}\underset{g=0}{\overset{A-1}{\text{\&Sigma;}}}H\left(g\right)<\mathrm{Cut}\_\mathrm{Thr}$

其中，g表示0至255灰度级，H(g)表示属于灰度级(g)的像素的数量，Cut_Thr表示预定的阈值，其中，在所述预定的阈值处有属于0至A灰度级的多个像素。

面板控制单元计算由下面的数学表达式补偿的R”G”B”像素：

R″＝min(255，R′*(f_HR(1/R_GD))^γ)

G″＝min(255，G′*(f_HR(1/R_GD))^γ)

B″＝min(255，B′*(f_HR(1/R_GD))^γ)

其中，f_HR表示无限冲击响应低通滤波器，γ表示伽玛补偿系数。

面板控制单元通过抖动R’G’B’像素来去除轮廓赝象。

根据本发明的另一方面，提供一种用于调节显示设备的亮度的方法，其中，所述显示设备包括显示视频信号的面板单元和将光线提供到面板单元并使得视频信号可视化的发光单元。所述方法的步骤可以包括：控制发光单元使得光线被提供到面板单元的每个局部区域；补偿在每个局部区域中的视频信号的像素，以去除由于提供到面板单元的每个局部区域的光线所产生的赝象。

所述补偿的步骤可以包括利用代表值来补偿局部区域的像素，其中，由发光控制单元来计算代表值以控制所述发光单元。

所述控制发光单元的步骤可以包括根据输入视频信号的各个局部区域的RGB像素的大小来计算代表值，从而根据代表值控制发光单元以将光线提供到面板单元。

所述补偿像素的步骤可以包括由通过将像素补偿系数带入下面的数学表达式来计算补偿的R’G’B’像素：

R′＝min(255，R*f_c)

G′＝min(255，G*f_c)

B′＝min(255，B*f_c)

其中，R、G、B表示补偿之前的像素，R’、G’、B’表示补偿之后的像素，f_c表示补偿系数。

所述补偿像素的步骤可以包括利用下面的数学表达式来计算补偿系数：

f_c(i，j)＝1+Thr·LUT_BLU(f_b(i，j))·(LUT_GRAY(Y(i，j)))

其中，f_c(i，j)表示第(i，j)像素的补偿系数，Thr表示用于控制补偿增益的参数，f_b(i，j)表示第(i，j)像素的插值的亮度，LUT_BLU(f_b(i，j))表示基于查询表的插值的f_b(i，j)，Y(i，j)＝max(R(i，j)，G(i，j)，B(i，j))，LUT_GRAY(Y(i，j))表示基于查询表的Y(i，j)的插值的值。

所述补偿像素的步骤可以包括通过对由下面的数学表达式获得的估算亮度进行插值来计算补偿的亮度：

$f_E=(m,n)=\underset{k}{\overset{\mathrm{BLK}\_\mathrm{NUM}}{\mathrm{\&Sigma;}}}(L_{\mathrm{LD}}\left(k\right)*W_k(m,n))$

其中，f_E(m，n)表示(m×n)屏幕的各个局部区域的估算亮度，BLK_NUM表示局部区域的总数，L_LD(k)表示局部区域(k)的代表值，W_k(m，n)表示第(m，n)局部区域(k)的光学特性数据。

所述控制发光单元的步骤可以包括计算RGB像素的最大像素的局部灰度级直方图，并利用下面的数学表达式来计算局部代表值：

$L_{\mathrm{init}}\left(k\right)=f(L\_\mathrm{Thr}\&CenterDot;\mathrm{BLK}\_\mathrm{NUM}\left(\underset{i=1}{\overset{N_h}{\mathrm{\&Sigma;}}}(N_i\&CenterDot;M_i^2)\right))$

其中，L_init(k)表示局部区域(k)的初始代表值，L_Thr表示用于局部区域(k)的亮度补偿的预定的系数，BLK_NUM表示局部区域的总数，N_h表示灰度级的数量，N_i表示属于灰度级直方图的第(i)灰度级的像素的数量，M_i表示局部区域(k)的灰度级直方图的第(i)灰度级的平均像素。

所述控制发光单元的步骤可以包括对初始代表值进行空间滤波和时间滤波，并输出用于控制所述发光单元的代表值。

还可以提供考虑根据像素对代表值的调节来补偿整个屏幕的亮度的步骤。

通过下面的数学表达式计算比率，并可以根据计算的比率来均匀地调节整个屏幕的代表值：

R_GD＝A/(A+Thr2*(255-A))

其中，R_GD表示所述比率，A表示截止灰度级，Thr2表示0-1的阈值。

所述截止灰度级是满足下面的数学表达式的最大灰度级：

$\underset{g=0}{\overset{A}{\mathrm{\&Sigma;}}}H\left(g\right)\&GreaterEqual;\mathrm{Cut}\_\mathrm{Thr},\mathrm{and}\underset{g=0}{\overset{A-1}{\text{\&Sigma;}}}H\left(g\right)<\mathrm{Cut}\_\mathrm{Thr}$

其中，g表示0至255灰度级，H(g)表示属于灰度级(g)的像素的数量，Cut_Thr表示预定的阈值，其中，在所述预定的阈值处有属于0至A灰度级的多个像素。

还可以提供计算由下面的数学表达式补偿的R”G”B”像素的步骤：

R″＝min(255，R′*(f_HR(1/R_GD))^γ)

G″＝min(255，G′*(f_HR(1/R_GD))^γ)

B″＝min(255，B′*(f_HR(1/R_GD))^γ)

其中，f_HR表示无限冲击响应低通滤波器，γ表示伽玛补偿系数。

所述补偿像素的步骤包括通过抖动R’G’B’像素来去除轮廓赝象。

所述发光单元包括多个发光二极管、多个冷阴极荧光灯、多个场效应二极管或多个表面传导电子发射显示器中的至少一个。

附图说明

通过参照附图描述本发明的特定的示例性实施例，本发明的上述和其它的方面将更明显，附图中：

图1是根据本发明的示例性实施例的显示设备的框图；

图2是根据本发明的示例性实施例的显示设备的发光控制单元的框图；

图3是用于说明根据本发明的示例性实施例的用于计算显示设备的发光控制单元的代表值的方法的示图；

图4是用于说明根据本发明的示例性实施例的用于通过显示设备的发光控制单元来调节整个屏幕的亮度的方法的示图；

图5是根据本发明的示例性实施例的显示设备的面板控制单元的框图；

图6至图9是用于说明根据本发明的示例性实施例的用于补偿显示设备的面板控制单元的像素值的方法的示图；

图10是根据本发明的示例性实施例的用于调节显示设备的亮度的方法的流程图。

具体实施方式

现在，将参照附图来更加详细地描述本发明的特定的示例性实施例。

在下面的描述中，即使在不同的附图中，相同的附图标号也用于相同的元件。提供在描述中限定的诸如详细的结构和元件的内容以有助于全面理解本发明。因此，在没有那些具体限定的内容的情况下，可以实现本发明的构思也是显而易见的。此外，不描述公知的功能或结构，是因为关于它们的不必要的细节将使得本发明变得不清楚。

图1是根据本发明的示例性实施例的显示设备的框图。

参照图1，显示设备包括视频信号处理单元100、发光控制单元200、面板控制单元300、发光单元400和面板单元500。

发光单元400包括产生光的多个照明元件，并被分为多个局部区域。例如，发光单元400可以被分为8×8(即，64)个局部区域。每个局部区域包括被控制以具有相同亮度的一个或多个照明元件。照明元件可以包括发光二极管(LED)、冷阴极荧光灯(CCFL)、场效应二极管(FED)或表面传导电子发射显示器(SED)。

面板单元500调节来自发光单元400的光的透射率，从而将视频信号可视化并显示在屏幕上。面板单元500包括彼此面对的两块电极-产生板(electrode-generated board)，以及注入这两块板之间的液晶材料。当电压被施加到两个电极时，产生电场，从而导致在两块板之间的液晶分子移动，从而调节光的透射率。

视频信号处理单元100处理输入的视频信号使其适合于面板单元500的分辨率，并作为RGB视频信号输出。

发光控制单元200根据从视频信号处理单元100输出的RGB视频信号来控制发光单元400，从而调节发光单元400的多个照明元件的亮度。发光控制单元200包括局部亮度调节单元210和总体亮度调节单元230。

局部亮度调节单元210控制发光单元400以根据使用RGB视频信号计算的代表值(representative value)来调节屏幕的局部区域。代表值使用每个局部区域的RGB像素来计算，并用于局部区域的照明元件的亮度调节。

总体亮度调节单元230根据相同的比率来调节局部区域的代表值，从而可以根据在屏幕上显示的图像的亮度来调节屏幕的整体亮度(overallbrightness)。即，为了表现相对暗的图像，总体亮度调节单元230控制发光单元400，从而以相同的比率降低整个屏幕的亮度。可以根据从将在下面说明的局部像素补偿单元310输出的R’G’B’像素来调节整个屏幕的亮度。

面板控制单元300利用从视频信号处理单元100输出的RGB视频信号来补偿将被显示在面板单元500上的像素，从而提高屏幕的对比度。面板控制单元300包括局部像素补偿单元310和总体像素补偿单元330。

局部像素补偿单元310补偿各个局部区域中的RGB像素，以弥补(offset)由于发光单元400的局部亮度调节所导致的视频信号的损失。局部像素补偿单元310补偿RGB像素以去除局部亮度调节单元210对局部区域的亮度调节而产生的赝象(artifact)，并输出去除赝象的像素。

具体地讲，在应用了用于屏幕的光学特性(optical profile)之后，局部像素补偿单元310使用在局部亮度调节单元210处计算的代表值来估算各个局部区域的亮度。然后，局部像素补偿单元310补偿估算亮度以去除分块赝象(blocking artifact)。然后，局部像素补偿单元310使用补偿的亮度来计算各个局部区域的补偿系数，并输出R’G’B’像素，其中，R’G’B’像素为利用计算的补偿系数补偿的RGB像素。

因为总体亮度调节单元230以相同的比率来调节局部区域的代表值，所以总体像素补偿单元330能够补偿屏幕的亮度变化。即，因为总体亮度调节单元230控制发光单元400使得屏幕的整体亮度以相同的比率降低，所以在暗区域中的对比度降低，并且质量被劣化。为了对此进行补偿并实现以其原始的亮度来表现图像，根据局部区域的代表值的调节比率来获得R’G’B’像素，并将其输出。

下面将更加详细地说明根据本发明的示例性实施例的发光控制单元200和面板控制单元300的结构和操作。

图2是根据本发明的示例性实施例的显示设备的发光控制单元的框图，图3是用于说明根据本发明的示例性实施例的用于计算显示设备的发光控制单元的代表值的方法的示图。

参照图2，发光控制单元200包括局部亮度调节单元210和总体亮度调节单元230，其中，局部亮度调节单元210包括直方图计算单元211、亮度计算单元213、空间滤波单元215和时间滤波单元217。

如图3中所示，直方图计算单元211计算关于局部区域(k)的灰度级(graylevel)直方图。直方图计算单元211可以利用满足数学表达式1所表示的条件的像素来计算灰度级直方图：

[数学表达式1]

Y(i，j)＝max(R(i，j)，G(i，j)，B(i，j))

其中，Y(i，j)表示在坐标(i，j)处的像素的亮度，R(i，j)表示在坐标(i，j)处的像素的R-像素值，G(i，j)表示在坐标(i，j)处的像素的G-像素值，B(i，j)表示在坐标(i，j)处的像素的B-像素值。数学表达式1表示选择在坐标(i，j)处的RGB像素的最大值作为在坐标(i，j)处的像素的亮度。基于包括在一个局部区域(k)中的像素的亮度来计算灰度级直方图。

如图3中示出的示例中，直方图计算单元211利用数学表达式1来针对屏幕的全部的(1024×768)个局部区域计算灰度级直方图。

亮度计算单元213通过将灰度级直方图带入数学表达式2中来计算局部区域的初始代表值：

[数学表达式2]

$L_{\mathrm{init}}\left(k\right)=f(L\_\mathrm{Thr}\&CenterDot;\mathrm{BLK}\_\mathrm{NUM}\left(\underset{i=1}{\overset{N_h}{\mathrm{\&Sigma;}}}(N_i\&CenterDot;M_i^2)\right))$

其中，L_init(k)表示局部区域(k)的初始代表值，L_Thr表示用于局部区域(k)的亮度补偿的预定的系数，BLK_NUM表示局部区域的总数，N_h表示灰度级的数量，N_i表示属于灰度级直方图的第(i)灰度级的像素的数量，M_i表示局部区域(k)的灰度级直方图的第(i)灰度级的平均像素。参照图3中示出的示例，N_h＝8，N_i为属于R0至R7的像素的数量，M_i为R0至R7中的平均像素。

空间滤波单元215对初始代表值L_init进行空间滤波并输出结果。通过将初始代表值L_init应用于发光单元400的每个局部区域，由于局部区域的不同的亮度，在静态图像中产生分块赝象。通过空间低通滤波器对初始代表值L_init进行空间滤波以去除分块赝象，结果，经滤波的代表值L_s被输出。

时间滤波单元217对经空间滤波的代表值L_s进行时间滤波。当将经空间滤波的代表值L_s应用于发光单元400的局部区域时，由于局部区域的不同的亮度，在动态图像中出现闪烁。因此，通过时间低通滤波器对经空间滤波的代表值L_s进行时间滤波以去除闪烁。结果，经时间滤波的代表值L_LD被输出。

总体亮度调节单元230根据从局部像素补偿单元310补偿并输出的R’G’B’像素利用数学表达式3来调节屏幕的整体亮度。

[数学表达式3]

L_out(k)＝R_GD*L_LD(k)

其中，L_out(k)表示用于调节局部区域(k)的照明元件的亮度的最终值，R_GD表示用于调节整个屏幕的比率。

图4是用于说明根据本发明的示例性实施例的用于通过显示设备的发光控制单元来调节整个屏幕的亮度的方法的示图。

参照图4，按相同的比率R来调节整个屏幕的亮度，比率R由数学表达式4表示：

[数学表达式4]

R_GD＝A/(A+Thr2*(255-A))

其中，R_GD表示用来以均匀的方式调节整个屏幕的整体亮度的比率。A表示作为除白高斯噪声之外的局部区域的像素的最大灰度级的截止(cut-off)灰度级，Thr2表示0-1的阈值。

最大灰度级(A)满足数学表达式5：

[数学表达式5]

$\underset{g=0}{\overset{A}{\mathrm{\&Sigma;}}}H\left(g\right)\&GreaterEqual;\mathrm{Cut}\_\mathrm{Thr},\mathrm{and}\underset{g=0}{\overset{A-1}{\text{\&Sigma;}}}H\left(g\right)<\mathrm{Cut}\_\mathrm{Thr}$

其中，g表示0至255灰度级，H(g)表示属于灰度级(g)的像素的数量，Cut_Thr表示预定的阈值，其中，在该预定的阈值处有属于0至A灰度级的多个像素。

图5是根据本发明的示例性实施例的显示设备的面板控制单元的框图，图6至图9是用于说明根据本发明的示例性实施例的用于补偿显示设备的面板控制单元的像素值的方法的示图。

参照图5，面板控制单元300包括局部像素补偿单元310和总体像素补偿单元330，其中，局部像素补偿单元310包括亮度估算单元311、第一LUT存储单元314、亮度插值单元313、第二LUT存储单元314、补偿系数计算单元315、像素补偿单元316和抖动(dithering)单元317。

亮度估算单元311通过将通过局部亮度调节单元210得到的代表值L_LD带入数学表达式6中来估算每个局部区域的亮度：

[数学表达式6]

$f_E=(m,n)=\underset{k}{\overset{\mathrm{BLK}\_\mathrm{NUM}}{\mathrm{\&Sigma;}}}(L_{\mathrm{LD}}\left(k\right)*W_k(m,n))$

其中，f_E(m，n)表示(m×n)屏幕的各个局部区域的估算亮度，BLK_NUM表示局部区域的总数，L_LD(k)表示局部区域(k)的代表值，W_k(m，n)表示第(m，n)局部区域(k)的光学特性数据。

第一LUT存储单元314将光学特性数据存储为如图6中所示的查询表。图6示出了当局部区域(k)处于ON状态，同时所有的其它局部区域处于OFF状态时从每个局部区域的中心测量的光学特性数据。如图6中所示，处于导通状态的局部区域具有最高的亮度，亮度朝向离处于导通状态的局部区域越来越远的局部区域逐渐下降。

亮度插值单元313利用估算亮度(f_E)来对每个局部区域的第(i，j)像素执行插值。因为由发光单元400应用从局部亮度调节单元210输出的代表值L_LD，所以每个局部区域均具有如图7中所示的估算亮度(f_E)，结果，分块赝象出现。因此，通过对估算亮度(f_E)应用双立方插值或双线性插值来计算第(i，j)像素的插值的像素(f_b)，以防止分块赝象的产生。

第二LUT存储单元314存储如图8A和图8B中示出的示例的查询表。具体地讲，第二LUT存储单元314存储用于补偿第(i，j)像素的插值的像素(f_b)的第一查询表(LUT_BLU)以及用于补偿第(i，j)像素的亮度Y的第二查询表(LUT_GRAY)。

补偿系数计算单元315利用第二LUT存储单元314的查询表以及数学表达式7来计算补偿系数：

[数学表达式7]

f_c(i，j)＝1+Thr·LUT_BLU(f_b(i，j))·(LUT_GARY(Y(i，j)))

其中，f_c(i，j)表示第(i，j)像素的补偿系数，Thr表示用于控制补偿增益的参数，f_b(i，j)表示第(i，j)像素的插值的亮度，LUT_BLU(f_b(i，j))表示基于查询表的插值的f_b(i，j)，Y(i，j)＝max(R(i，j)，G(i，j)，B(i，j))，LUT_GRAY(Y(i，j))表示基于查询表的Y(i，j)的插值的值。

像素补偿单元316利用在补偿系数计算单元315处计算的补偿系数和下面的数学表达式8来补偿RGB像素，并输出R’G’B’像素：

[数学表达式8]

R′＝min(255，R*f_c)

G′＝min(255，G*f_c)

B′＝min(255，B*f_c)

其中，f_c表示用于RGB像素的补偿系数。根据上面的数学表达式8，从255和由该补偿系数补偿的像素中选择较小的值，使得R’G’B’像素不会超过最大亮度(即，255)并使图像饱和。

抖动单元317抖动从像素补偿单元316输出的R’G’B’像素并输出结果。当利用从像素补偿单元316输出的R’G’B’像素来表现图像时，图像通常具有轮廓(contour)赝象，但轮廓赝象通过抖动来去除。

总体像素补偿单元330利用来自抖动单元317的抖动过的R’G’B’像素来补偿由总体亮度调节单元230改变的屏幕的整体亮度。具体地讲，总体像素补偿单元330利用下面的数学表达式来补偿R’G’B’像素，并输出补偿过的R”G”B”像素：

[数学表达式9]

R″＝min(255，R′*R_re)

G″＝min(255，G′*R_re)

B″＝min(255，B′*R_re)

其中，R_re表示用来补偿由总体亮度调节单元230改变的屏幕的整体亮度的系数。根据数学表达式9，从255和由该系数补偿的像素中选择较小的值，使得R”G”B”像素不会超过最大亮度(即，255)并使图像饱和。R_re可以通过将作为用于以均匀的方式调节屏幕的整体亮度的比率的比率R_GD带入数学表达式10来计算(见图9)：

[数学表达式10]

R_re＝(f_HR(1/R_GD))^γ

其中，f_HR表示无限冲击响应(IIR)低通滤波器，γ表示伽玛补偿系数。

图10是根据本发明的示例性实施例的用于调节显示设备的亮度的方法的流程图。

参照图10，局部亮度调节单元210计算每个局部区域的代表值L_LD(S600)。代表值L_LD为调节值，用于根据用于输入信号的各个局部区域的RGB像素的大小来控制在每个局部区域中的发光单元400将光提供到面板单元500。

在基于代表值L_LD来补偿视频信号的损失之后，局部像素补偿单元310计算R’G’B’像素(S620)。当利用代表值L_LD来控制发光单元400时，通常出现不同类型的赝象，从而阻碍了原始图像的精确表现并因此使图像质量劣化。因此，通过估算利用代表值L_LD调节每个局部区域中的发光单元400的影响，从输入的RGB像素获得R’G’B’像素。

总体亮度调节单元230根据R’G’B’像素来调节代表值L_LD，并计算最终值L_out(S640)。具体地讲，总体亮度调节单元230通过基于相同的比率来调节各个局部区域的代表值L_LD来获得最终值L_out，从而根据R’G’B’像素来调节整个屏幕的整体亮度，并输出最终值L_out。

然后，总体像素调节单元330通过补偿由最终值L_out导致的整个屏幕的亮度变化来计算R”G”B”像素(S660)。例如，如果由总体亮度调节单元230来控制发光单元400以相同的比率降低屏幕的整体亮度，则通常会使相对暗的区域中的对比度劣化。因此，R’G’B’像素根据比率被补偿为R”G”B”像素，从而可以使用R’G’B’像素的亮度来表现图像，其中，以所述比率来调节各个局部区域的代表值。

因此，可以控制屏幕的亮度并提高每个局部区域中的对比度，从而可以调节整个屏幕的亮度。上面说明的示例性的方法不仅可应用于LCD，而且可应用于表现视频信号的其它类型的显示器。

根据如上面说明的本发明的示例性实施例，可以调节在每个局部区域中的发光单元的亮度，去除随亮度的调节而产生的赝象，并提高屏幕的对比度。

此外，可以有效地调节整个屏幕的亮度，补偿由于调节所导致的图像的损失，降低功耗，并提高图像质量。

前述示例性实施例和优点仅为示例性的，并不意在被理解为对本发明的限制。本发明的构思可以被容易的应用到其它类型的设备。此外，本发明的示例性实施例的描述意在示出而不意在限制权利要求的范围，并且对于本领域的技术人员来说，许多变形、修改和变化将是显而易见的。

Claims (23)

1.一种显示设备，所述显示设备包括：

面板，显示视频信号；

发光器，将光线提供到所述面板并使得视频信号可视化；

发光控制器，根据视频信号的对应区域的亮度值控制所述发光器将光线提供到所述面板的每个局部区域；

面板控制器，根据视频信号的对应区域的亮度值来补偿每个局部区域中的视频信号的像素，

其中，发光控制器包括：

局部亮度调节单元，控制所述发光器以通过利用亮度值来调节所述面板的每个局部区域的亮度；

总体亮度调节单元，控制所述发光器以通过利用局部区域的代表值和补偿的像素将所述面板的每个局部区域的亮度调节为相同的比率来将所述面板的整体亮度调节为相同的比率，其中，局部区域的代表值由所述局部亮度调节单元计算，所述面板控制器利用局部区域的代表值来补偿每个局部区域中的像素。

2.如权利要求1所述的显示设备，其中，所述发光控制器根据视频信号的各个局部区域的RGB像素的大小来计算代表值，从而根据代表值来控制所述发光器将光线提供到所述面板。

3.如权利要求1所述的显示设备，其中，所述面板控制器通过将像素补偿系数带入下面的数学表达式中来计算补偿的R’G’B’像素：

R′＝min(255，R*f_c)

G′＝min(255，G*f_c)

B′＝min(255，B*f_c)

其中，R、G、B表示补偿之前的像素，R’、G’、B’表示补偿之后的像素，f_c表示补偿系数。

4.如权利要求3所述的显示设备，其中，所述面板控制器利用下面的数学表达式来计算补偿系数：

f_c(i，j)＝1+Thr·LUT_BUL(f_b(i，j))·(LUT_GRAY(Y(i，j)))

其中，f_c(i，j)表示第(i，j)像素的补偿系数，Thr表示用于控制补偿增益的参数，f_b(i，j)表示第(i，j)像素的插值的亮度，LUT_BLu(f_b(i，j))表示基于查询表的插值的f_b(i，j)，Y(i，j)＝max(R(i，j)，G(i，j)，B(i，j))，Y(i，j)表示在坐标(i，j)处的像素的亮度，R(i，j)表示在坐标(i，j)处的像素的R-像素值，G(i，j)表示在坐标(i，j)处的像素的G-像素值，B(i，j)表示在坐标(i，j)处的像素的B-像素值，LUT_GRAY(Y(i，j))表示基于查询表的Y(i，j)的插值的值。

5.如权利要求4所述的显示设备，其中，所述面板控制器通过对由下面的数学表达式获得的估算亮度进行插值来计算补偿的亮度：

$f_E(m,n)=\underset{k}{\overset{\mathrm{BLK}\_\mathrm{NUM}}{\mathrm{\&Sigma;}}}(L_{\mathrm{LD}}\left(k\right)*W_k(m,n))$

其中，f_E(m，n)表示(m×n)屏幕的各个局部区域的估算亮度，BLK_NUM表示局部区域的总数，L_LD(k)表示局部区域(k)的代表值，W_k(m，n)表示第(m，n)局部区域(k)的光学特性数据。

6.如权利要求2所述的显示设备，其中，所述发光控制器计算RGB像素的最大像素的局部灰度级直方图，并利用下面的数学表达式来计算局部代表值：

$L_{\mathrm{init}}\left(k\right)=f(L\_\mathrm{Yhr}\&CenterDot;\mathrm{BLK}\_\mathrm{NUM}\left(\underset{i=1}{\overset{N_h}{\mathrm{\&Sigma;}}}(N_i\&CenterDot;M_i^2)\right))$

其中，L_init(k)表示局部区域(k)的初始代表值，L_Thr表示用于局部区域(k)的亮度补偿的预定系数，BLK_NUM表示局部区域的总数，N_h表示灰度级的数量，N_i表示属于灰度级直方图的第(i)灰度级的像素的数量，M_i表示局部区域(k)的灰度级直方图的第(i)灰度级的平均像素。

7.如权利要求6所述的显示设备，其中，所述发光控制器对初始代表值进行空间滤波和时间滤波，并输出用于控制所述发光器的代表值。

8.如权利要求1所述的显示设备，其中，总体亮度调节单元根据补偿的像素来调节代表值，从而根据补偿的像素来调节整个屏幕的整体亮度。

9.如权利要求3所述的显示设备，其中，所述发光控制器通过下面的数学表达式计算比率，并根据计算的比率来均匀地调节整个屏幕的代表值：

R_GD＝A/(A+Thr2*(255-A))

其中，R_GD表示所述比率，A表示作为除白高斯噪声之外的局部区域的像素的最大灰度级的截止灰度级，Thr2表示0-1的阈值。

10.如权利要求9所述的显示设备，其中，所述截止灰度级是满足下面的数学表达式的最大灰度级：

其中，g表示0至255灰度级，H(g)表示属于灰度级(g)的像素的数量，Cut_Thr表示预定的阈值，其中，在所述预定的阈值处有属于0至A灰度级的多个像素。

11.如权利要求9所述的显示设备，其中，所述面板控制器计算由下面的数学表达式补偿的R”G”B”像素：

R″＝min(255，R′*(f_IIR(1/R_GD))^γ)

G′′＝min(255，G′*(f_IIR(1/R_GD))^γ)

B″＝min(255，B′*(f_IIR(1/R_GD))^γ)

其中，f_IIR表示无限冲击响应低通滤波器，γ表示伽玛补偿系数。

12.如权利要求1所述的显示设备，其中，对应于局部区域的所述发光器包括多个发光二极管、多个冷阴极荧光灯、多个场效应二极管或多个表面传导电子发射显示器。

13.一种用于调节显示设备的亮度的方法，其中，所述显示设备包括显示视频信号的面板单元和将光线提供到所述面板单元并使得视频信号可视化的发光单元，所述方法的步骤包括：

控制所述发光单元使得光线被提供到所述面板单元的每个局部区域；

补偿在每个局部区域中的视频信号的像素，以去除由于提供到所述面板单元的局部区域的光线所产生的赝象，

其中，控制的步骤包括：

由局部亮度调节单元控制所述发光器以通过利用亮度值来调节所述面板的每个局部区域的亮度；

由总体亮度调节单元控制所述发光器以通过利用局部区域的代表值和补偿的像素将所述面板的每个局部区域的亮度调节为相同的比率来将所述面板的整体亮度调节为相同的比率，其中，局部区域的代表值由所述局部亮度调节单元计算，

其中，补偿的步骤包括利用局部区域的代表值来补偿每个局部区域中的像素。

14.如权利要求13所述的方法，其中，控制所述发光单元的步骤包括根据视频信号的各个局部区域的RGB像素的大小来计算代表值，从而根据代表值控制所述发光单元将光线提供到所述面板单元。

15.如权利要求13所述的方法，其中，补偿像素的步骤包括通过将像素补偿系数带入下面的数学表达式来计算补偿的R’G’B’像素：

R′＝min(255，R*f_c)

G′＝min(255，G*f_c)

B′＝min(255，B*f_c)

其中，R、G、B表示补偿之前的像素，R’、G’、B’表示补偿之后的像素，f_c表示补偿系数。

16.如权利要求15所述的方法，其中，补偿像素的步骤包括利用下面的数学表达式来计算补偿系数：

f_c(i，j)＝1+Thr·LUT_BLU(f_b(i，j))·(LUT_GRAY(Y(i，j)))

其中，f_c(i，j)表示第(i，j)像素的补偿系数，Thr表示用于控制补偿增益的参数，f_b(i，j)表示第(i，j)像素的插值的亮度，LUT_BLU(f_b(i，j))表示基于查询表的插值的f_b(i，j)，Y(i，j)＝max(R(i，j)，G(i，j)，B(i，j))，Y(i，j)表示在坐标(i，j)处的像素的亮度，R(i，j)表示在坐标(i，j)处的像素的R-像素值，G(i，j)表示在坐标(i，j)处的像素的G-像素值，B(i，j)表示在坐标(i，j)处的像素的B-像素值，LUT_GRAY(Y(i，j))表示基于查询表的Y(i，i)的插值的值。

17.如权利要求16所述的方法，其中，补偿像素的步骤包括通过对由下面的数学表达式获得的估算亮度进行插值来计算补偿的亮度：

$f_E(m,n)=\underset{k}{\overset{\mathrm{BLK}\_\mathrm{NUM}}{\mathrm{\&Sigma;}}}(L_{\mathrm{LD}}\left(k\right)*W_k(m,n))$

其中，f_E(m，n)表示(m×n)屏幕的各个局部区域的估算亮度，BLK_NUM表示局部区域的总数，L_LD(k)表示局部区域(k)的代表值，W_k(m，n)表示第(m，n)局部区域(k)的光学特性数据。

18.如权利要求14所述的方法，其中，控制发光单元的步骤包括计算RGB像素的最大像素的局部灰度级直方图，并使用下面的数学表达式来计算局部代表值：

$L_{\mathrm{init}}\left(k\right)=f(L\_\mathrm{Yhr}\&CenterDot;\mathrm{BLK}\_\mathrm{NUM}\left(\underset{i=1}{\overset{N_h}{\mathrm{\&Sigma;}}}(N_i\&CenterDot;M_i^2)\right))$

其中，L_init(k)表示局部区域(k)的初始代表值，L_Thr表示用于局部区域(k)的亮度补偿的预定系数，BLK_NUM表示局部区域的总数，N_h表示灰度级的数量，N_i表示属于灰度级直方图的第(i)灰度级的像素的数量，M_i表示局部区域(k)的灰度级直方图的第(i)灰度级的平均像素。

19.如权利要求18所述的方法，其中，控制发光单元的步骤包括对初始代表值进行空间滤波和时间滤波，并输出用于控制所述发光单元的代表值。

20.如权利要求13所述的方法，还包括由总体亮度调节单元根据补偿的像素来调节代表值，从而根据补偿的像素来调节整个屏幕的整体亮度。

21.如权利要求15所述的方法，还包括通过下面的数学表达式计算比率，并根据计算的比率来均匀地调节整个屏幕的代表值：

R_GD＝A/(A+Thr2*(255-A))

其中，R_GD表示所述比率，A表示作为除白高斯噪声之外的局部区域的像素的最大灰度级的截止灰度级，Thr2表示0-1的阈值。

22.如权利要求21所述的方法，其中，所述截止灰度级是满足下面的数学表达式的最大灰度级：

其中，g表示0至255灰度级，H(g)表示属于灰度级(g)的像素的数量，Cut_Thr表示预定的阈值，其中，在所述预定的阈值处有属于0至A灰度级的多个像素。

23.如权利要求21所述的方法，还包括计算由下面的数学表达式补偿的R”G”B”像素：

R″＝min(255，R′*(f_IIR(1/R_GD))^γ)

G″＝min(255，G′*(f_IIR(1/R_GD))^γ)

B″＝min(255，B′*(f_IIR(1/R_GD))^γ)

其中，f_IIR表示无限冲击响应低通滤波器，γ表示伽玛补偿系数。

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