CN102324222A - 用于背光区域控制系统中显示画面影像的补偿装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于背光区域控制系统中显示画面影像的补偿装置，显示画面影像依据多个背光源分成相对应数目的影像区块，区块明暗变化值决定装置接收显示画面影像，计算各影像区块的平均值、最大值及初始值。质量/功率节省优先决定装置依据各影像区块的平均值、初始值、第一门坎值及第二门坎值，分别对各影像区块产生背光控制信号。时间上滤波器依据各影像区块的背光控制信号适应性的产生各影像区块的背光脉冲宽度调变信号。背光扩散的近似装置依据各影像区块的背光脉冲宽度调变信号，产生背光扩散影像。影像补偿装置依据背光扩散影像对显示画面影像进行补偿，从而产生补偿画面影像。应用本发明，可以降低计算量及硬件电路面积，且改善影像质量。

Description

用于背光区域控制系统中显示画面影像的补偿装置及方法

技术领域

本发明涉及背光区域控制技术领域，特别涉及一种用于背光区域控制系统中显示画面影像的补偿装置及方法。

背景技术

现有的LCD显示器中使用多个背光源，通过该多个背光源可调控LCD显示器的多个显示区域，从而达到省电目的。背光区域控制(backlight localdimming)指LCD显示器的多个背光源会根据显示画面影像亮度自动进行调整，而非处在全亮状态。

在现有的LCD显示器中，其背光源一般皆处在全亮状态，当显示暗态画面时，可以通过降低液晶穿透率达成，因此，对于降低耗电量完全没有帮助。相对的，背光区域控制(backlight local dimming)则是随画面明暗而变化，因此在显示暗态画面时，背光源亮度随之降低，故可减少整体背光源的耗电量。

背光区域控制除可降低耗电量之外，亦可改善LCD显示器画质表现，例如，可大幅提高动态对比值。背光区域控制对于LCD显示器画质提升还不仅于此，因背光源区域控制的背光源可通过调光方式，从而提升LCD显示器的灰阶数。

在LCD显示器整体耗电量中，以背光模块所占比重最大，约为66％。在LCD显示器的尺寸大型化后，由于需要更高亮度显示画面，其耗电量与亮度正比，因此，所耗电力更大。而以节能角度来看，背光区域控制是LCD显示器可大幅降低耗电量的发展方向，再者，其所衍生的提升画质优势，可谓是目前所有背光源中的最佳解决方案。

现有背光区域控制方法虽然能达到提升画面对比与降低功率消耗的效果，但往往在不适当的背光决定与影像补偿之下，影像质量反而降低，常常出现色偏、画面有波纹效应、失去亮部细节的箝制效应、画面闪烁、在暗幅背光不够暗且在亮幅背光不够亮等问题。因此，背光区域控制的技术仍有改善的空间。

发明内容

本发明的目的主要在于提供一用于背光区域控制系统中显示画面影像的补偿装置及方法，以降低计算量及降低硬件电路面积，且同时改善影像质量。

依据本发明的一特色，本发明提出一种用于背光区域控制系统中显示画面影像的补偿装置，用以估测该背光区域控制系统中多个背光源背光扩散后该显示画面影像的像素，该多个背光源以矩阵形式排列，该显示画面影像依据该多个背光源分成相对应数目的影像区块，该补偿装置包含一区块明暗变化值决定装置、一质量/功率节省优先决定装置、一时间上滤波器、一背光扩散的近似装置、及一影像补偿装置。区块明暗变化值决定装置用以接收显示画面，从而计算影像区块的平均值及最大值，并依据平均值及最大值用以计算该影像区块的一初始值。质量/功率节省优先决定装置连接至区块明暗变化值决定装置，依据影像区块的平均值、初始值，以及一第一门坎值与一第二门坎值，以分别产生相对应影像区块的一背光控制信号。时间上滤波器连接至质量/功率节省优先决定装置，依据该背光控制信号产生相对应该影像区块的一背光脉冲宽度调变信号。背光扩散的近似装置连接至时间上滤波器，依据该背光脉冲宽度调变信号，从而产生一背光扩散影像。影像补偿装置连接至背光扩散的近似装置，依据该背光扩散影像用以对显示画面影像进行补偿，从而产生一补偿显示画面影像。

依据本发明的另一特色，本发明提出一种用于背光区域控制系统中显示画面影像的补偿方法，用以估测该背光区域控制系统中多个背光源利用背光扩散后对显示画面影像的像素，并依据背光扩散影像对显示画面影像进行影像补偿，多个背光源以矩阵形式排列，显示画面影像依据多个背光源分成相对应数目的影像区块，该补偿方法首先在区块明暗变化值决定步骤中，用以接收显示画面，从而计算对应各影像区块的平均值及最大值，并依据平均值及最大值用以计算该对应影像区块的一初始值；在质量/功率节省优先决定步骤中，接收各影像区块的平均值及初始值，依据各影像区块的平均值、初始值，以及一第一门坎值与一第二门坎值，用以分别产生相对应各影像区块的一背光控制信号；在时间上滤波步骤中，依据背光控制信号产生相对应影像区块的一背光脉冲宽度调变信号；在背光扩散的近似步骤中，依据背光脉冲宽度调变信号，从而产生一背光扩散影像；最后在影像补偿步骤中，依据背光扩散影像用以对该显示画面影像进行补偿，从而产生一补偿显示画面影像。这样，使用可调整的第一门坎值及第二门坎值以决定是否进行背光调整，可以抑制箝制效应；补偿后的影像与原生影像在色坐标的差距做到最小化，可降低显示画面影像与补偿显示画面影像之间的色彩偏移，改善影像质量；且只需存储一第三门坎值个补偿系数，可降低计算量，并简化硬件的复杂度，从而降低硬件电路面积。

附图说明

图1为本发明一种背光区域控制系统中显示画面影像的补偿装置的结构示意图。

图2为本发明区块明暗变化值决定装置的结构示意图。

图3为本发明计算装置执行计算各影像区块最大值的示意图。

图4为本发明背光扩散的近似装置的结构示意图。

图5为本发明一种背光区域控制系统中显示画面影像的补偿方法的流程示意图。

附图中的标号说明

补偿装置100

区块明暗变化值决定装置110

质量/功率节省优先决定装置120

时间上滤波器130        背光扩散的近似装置140

影像补偿装置150        背光驱动电路160

时序控制电路170        面板驱动电路180

液晶显示面板190        区块191

背光源193

显示画面影像10         影像区块11

RGB至HSV转换装置210    计算装置220

等化单元410            背光种子影建立单元420

第一计算单元430        第二计算单元440

距离计算单元450        双线性转换单元460

步骤S510～步骤S580

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。

图1为本发明一种背光区域控制系统中显示画面影像的补偿装置100的结构示意图，该补偿装置100使用于一液晶显示器中。该液晶显示器的液晶显示面板190的后方设置有多个背光源193，多个背光源193以矩阵形式排列，其中显示画面影像10依据多个背光源193分成相对应数目的影像区块11，亦即，液晶显示面板190可视为包含多个以矩阵形式排列的区块191，用以分别对应影像区块11，从而显示该显示画面影像，并且一一对应至背光源193，而多个背光源193分别由一背光驱动电路160所控制及驱动发光，以提供液晶显示面板190中各区块191显示所需的光源。

如图1所示，液晶显示面板190依据背光源193数目分成例如两行(row)六列(column)的区块191，在其它实施例中，例如对于分辨率为1080×1920的液晶显示面板190而言，其可分为8行(row)16列(column)的区块191，亦即背光源193数目为8×16，每一个区块191有135×120个像素。液晶显示面板190显示的影像，其显示的影像的分辨率不一定等于该液晶显示面板190的分辨率，可以通过液晶显示面板190中的缩放器(图未示)进行处理后，使得显示画面影像10的分辨率等同于液晶显示面板190中的分辨率。因此，显示画面影像10可依据多个背光源193分成相对应数目的影像区块11。

补偿装置100估测背光区域控制系统中多个背光源193背光扩散后对显示画面影像10的各像素的估测值，用以产生一背光扩散影像，并依据该背光扩散影像对显示画面影像10进行影像补偿，多个背光源193以矩阵形式排列，显示画面影像10依据多个背光源193分成相对应数目的影像区块11。补偿装置100包含一区块明暗变化值决定装置110、一质量/功率节省优先决定装置120、一时间上滤波器130、一背光扩散的近似装置140、一影像补偿装置150、一背光驱动电路160、一时序控制电路170、及一面板驱动电路180。

区块明暗变化值决定装置110接收显示画面，用以计算该显示画面中各影像区块11的平均值v_avg及最大值v_max，并依据各影像区块11的平均值v_avg及最大值v_max，分别计算各影像区块11的初始值v_init。

图2为本发明区块明暗变化值决定装置110的结构示意图。区块明暗变化值决定装置110包含一RGB至HSV转换装置210、及一计算装置220。

RGB至HSV转换装置210接收显示画面影像10，并将其由RGB格式转换成HSV格式。该RGB至HSV转换装置所执行的RGB格式转换成HSV格式以下列公式表示：

v＝max(r，g，b)，

当中，r、g、b为显示画面影像10中像素的r、g、b值，v为显示画面影像10中该像素的HSV格式中的V值。

计算装置220连接至RGB至HSV转换装置210，用以计算显示画面中各影像区块11的平均值v_avg及最大值v_max，并依据各影像区块11的平均值v_avg及最大值以v_max分别计算各影像区块11的初始值v_init。

计算装置220所执行的各影像区块11的平均值v_avg计算以下列公式表示：

$v_{\mathrm{avg}}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{v}_i,$

当中，v_i为显示画面影像10影像区块11中的像素为HSV格式时的V值，N为影像区块11中的像素数目，v_avg为影像区块11的平均值。在本实施例中，平均值v_avg可通过将像素v₁、v₂、v₃、...、v_N相加后再除以N得到。或者，当影像区块11中像素的数目为2的幂次方时，例如影像区块11中像素的数目为8×8(N＝64)时，可先将像素v₁、v₂、v₃、...、v_N相加后再向右移6位得到平均值v_avg，这样，可以避免使用除法器。

计算装置220所执行的各影像区块11的最大值v_max计算以下列公式表示：

v_max＝max(v₁，v₂，v₂，...，v_N)，

当中，v_max为影像区块11的最大值。

当然，本发明区块明暗变化值决定装置110除上述方式外还可以以本领域技术人员通常采用的其他方式来获得显示画面中各影像区块11的平均值v_avg及最大值v_max，并依据各影像区块11的平均值v_avg及最大值v_max，分别计算各影像区块11的初始值v_init。

图3为本发明计算装置220所执行用以计算各影像区块11最大值v_max的示意图，可由一VHDL程序代码所描述，本领域技术人员亦可改写成Verilog程序代码、或是System C程序代码。VHDL程序代码描述如下：

计算装置220所执行的各影像区块11的初始值计算以下列公式表示：

v_init＝R_s×v_max+(1-R_s)×v_avg，

当中，v_init为影像区块11的初始值。

质量/功率节省优先决定装置120连接至区块明暗变化值决定装置110，依据各影像区块11的平均值v_avg、初始值v_init、一第一门坎值THD1、及一第二门坎值THD2，用以分别对各影像区块11产生一背光控制信号。

质量/功率节省优先决定装置120所产生的背光控制信号v_plt以下列公式表示：

当中，v_plt为对影像区块11产生的背光控制信号，BL_H为最高明暗变化值(highest backlight dimming value)，THD1、THD2分别为第一门坎值、及第二门坎值，其中，第二门坎值THD2大于第一门坎值THD1。

更进一步说明，当影像区块11中像素的像素值为高的时候，在进行影像补偿时，容易产生箝制效应(clipping effect)，而失去影像中较亮部份的细节。因此，当一影像区块11中有一群像素具有较高的像素值时，较大的最大值v_max会导致较大的平均值v_avg及初始值v_init，从而导致影像区块11对应的液晶显示面板190的区块191的背光源全亮(v_plt＝BL_H)，亦即，当影像区块11中具有一群像素有着较高的像素值时，该影像区块的最大值v_max及平均值v_avg会比较大，且该影像区块的初始值v_init亦会比较大，因此公式中的v_avg＜THD1且v_avg＜THD2较不会被满足，该影像区块对应的液晶显示面板190的区块191的背光源将全亮(v_plt＝BL_H)，此时，后续通过将补偿系数降低，用以抑制箝制效应。

第一门坎值THD1、及第二门坎值THD2由本领域技术人员依据经验设定。第一门坎值THD1及第二门坎值THD2可调整，当整个补偿装置100着重于省电时，质量/功率节省优先决定装置120将第一门坎值THD1及第二门坎值THD2调大，亦即大部分影像区块11会进行背光区域控制(backlight localdimming)；当整个补偿装置100着重于影像质量时，质量/功率节省优先决定装置120将第一门坎值THD1及第二门坎值THD2调小，亦即大部分影像区块11不会进行背光区域控制。

时间上滤波器130连接至质量/功率节省优先决定装置120，依据各影像区块11的背光控制信号适应性地产生各影像区块11的一背光脉冲宽度调变信号(ν_dyn)。由于各影像区块11与液晶显示面板190的区块191对应，因此，所产生的各影像区块11的背光脉冲宽度调变信号(ν_dyn)经由背光驱动电路以驱动液晶显示面板190上对应的区块191。

时间上滤波器130所产生的背光脉冲宽度调变信号(ν_dyn)以下列公式表示：

$v_{\mathrm{dyn}}=r_d\×v_{\mathrm{plt}}^{\left(k\right)}+(1-r_d)\×v_{\mathrm{plt}}^{(k-1)},$

当中，r_d为一权重因子(weighting factor)，M为影像区块的数目，

为显示画面影像10中当前帧的影像区块11的背光控制信号，

为显示画面影像10的前一帧的影像区块11的背光控制信号，

为显示画面影像10的当前帧的整体亮度平均值，

为显示画面影像10的前一帧的整体亮度平均值，B为时间上滤波器的截距(intercept of the temporal filter)，T为时间上滤波器的变化步阶(varying step of the temporal filter)，L为时间上滤波器的变化周期(varying period of the temporal filter)。

在时间轴上，使用当前帧(current frame)及前一帧(previous frame)用以适应性地决定背光脉冲宽度调变信号(ν_dyn)。如果当前帧的整体亮度平均值

与前一帧的整体亮度平均值

相似，由前一帧的相关信息主宰背光区域控制(backlight local dimming)，如果当前帧的整体亮度平均值

与前一帧的整体亮度平均值

不相似，由当前帧的相关信息主宰背光区域控制。如果当前帧的整体亮度平均值与前一帧的整体亮度平均值相似，表示前一帧与当前帧的影像相似度极高，此时采用前一帧主宰的相关信息，可避免在帧间的闪烁效应(flickering effect)。而一张明亮帧后面接续一张较暗的帧时，即当前帧对应影像区块11的平均值

与前一帧对应影像区块11的平均值

非常不相似，此时采用当前帧主宰的相关信息，尤其可避免明亮帧背光不够亮，较暗帧背光不够暗的情况。

背光扩散的近似装置140连接至时间上滤波器130，依据各影像区块11的背光脉冲宽度调变信号(ν_dyn)，用以产生一背光扩散影像。

图4为本发明背光扩散的近似装置140的结构示意图。背光扩散的近似装置140包含一等化单元410、一背光种子影建立单元420、一第一计算单元430、一第二计算单元440、一距离计算单元450、及一双线性转换单元460。

等化单元410连接至时间上滤波器130，接收各影像区块11的背光脉冲宽度调变信号(ν_dyn)，并对各背光脉冲宽度调变信号执行等化运算，从而产生对应的等化信号。

背光种子影建立单元420连接至等化单元410，依据各等化信号建立一背光种子影像(backlight seed image)。

第一计算单元430连接至背光种子影建立单元420，依据一背光扩散影像的坐标值，用以计算该背光种子影像相对应的多个x-y位置。

第二计算单元440连接至第一计算单元430，依据多个位置，用以计算对应的背光种子影像的坐标。

距离计算单元450连接至第二计算单元440，用以计算多个位置与对应的背光种子影像的坐标的距离差距。

双线性转换单元460连接至距离计算单元450，依据距离差距及背光种子影像的像素执行双线性转换，从而产生背光扩散影像(backlight spreadimage)，其中，设Pix(p，q)为背光扩散影像中位于坐标(p，q)处像素的灰阶值。

背光扩散的近似装置140用于仿真背光源位于各区块191的中心位置且占有各区块191的一区域，且背光由各区域中心扩散，使得所产生的背光扩散影像符合真实情况。

影像补偿装置150连接至背光扩散的近似装置140，依据背光扩散影像以对显示画面影像10进行补偿，以产生一补偿显示画面影像。其中，影像补偿装置150所执行的影像补偿运算以下列公式表示：

${\mathrm{Pix}}^{\&prime;}(p,q)=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{Pix}(p,q),& \mathrm{Pix}(p,q)<(2\&times;\mathrm{THD}3-256)\\ \frac{\mathrm{Pix}(p,q)-(2\&times;\mathrm{THD}3-256)}{2}+(2\&times;\mathrm{THD}3-256),& \mathrm{Pix}(p,q)\&GreaterEqual;(2\&times;\mathrm{THD}3-256)\end{array}\right.$ ，当中，r、g、b为显示画面影像10中像素的r、g、b值，r_comp、g_comp、b_comp分别为补偿显示画面影像中像素的r、g、b值，Pix(p，q)为背光扩散影像中位于坐标(p，q)处像素的灰阶值，γ＝2.2，THD3为一第三门坎值，Pix′(p，q)为修正灰阶值。

当Pix′(p，q)≠0时，r_comp、g_comp、b_comp均乘上相同的补偿系数

这样，可降低显示画面影像10与补偿显示画面影像之间的色彩偏移。第三门坎值为一个关于补偿强度的参数，其中，当第三门坎值为255时，补偿最多。当第三门坎值小于255时，背光扩散影像的像素的灰阶值(Pix(p，q))不可大于第三门坎值，否则将产生反补偿作用，亦即补偿系数

小于1，因此，在这种情况下，需先对灰阶值(Pix(p，q))进行修正。具体如下：先将灰阶值(Pix(p，q))转换成修正灰阶值(Pix′(p，q))，当灰阶值(Pix(p，q))小于(2×THD3-256)时，灰阶值(Pix(p，q))不变，即修正灰阶值(Pix′(p，q))等于灰阶值(Pix(p，q))，当灰阶值(Pix(p，q))大于或等于(2×THD3-256)时，灰阶值(Pix(p，q))由修正灰阶值(Pix′(p，q))取代，亦即修正灰阶值(Pix′(p，q))不会产生大于第三门坎值的情形。

在背光扩散影像中较暗区域的像素，其灰阶值(Pix(p，q))小于(2×THD3-256)，因此每一灰阶值(Pix(p，q))会对应一补偿系数，在背光扩散影像中较亮区域的像素，其灰阶值(Pix(p，q))大于或等于(2×THD3-256)，因此可能两个灰阶值(Pix(p，q))会对应至同一补偿系数。在此种补偿方式下，仍有THD3个补偿系数，其接近256个补偿系数，如此，本发明具有高分辨率的补偿系数，从而可以避免涟波效应(ripple effect)。

同时，显示画面影像10中的不同像素，如果其相对应的背光扩散影像中像素的灰阶值相同，则会有相同的补偿系数，亦即在一对照表(look uptable)储存THD3个补偿系数即可，如此可简化硬件的复杂度。

背光驱动电路160连接至时间上滤波器130，接收背光脉冲宽度调变信号(ν_dyn)，用以分别控制及驱动背光源193。

时序控制电路170连接至影像补偿装置150，用以接收补偿显示画面影像，从而产生控制时序信号。

面板驱动电路180连接至时序控制电路170，接收控制时序信号及补偿显示画面影像，用以分别控制及驱动显示面板190。

图5为本发明一种背光区域控制系统中显示画面影像的补偿方法的流程示意图。一并参照图1所示的背光区域控制系统中显示画面影像的补偿装置100的结构示意图，背光区域控制系统中显示画面影像的补偿方法通过估测一背光区域控制系统中多个背光源193背光扩散后对显示画面影像10的各像素的估测值，以产生一背光扩散影像，并依据该背光扩散影像对显示画面影像10进行影像补偿，其中，多个背光源193以矩阵形式排列，显示画面影像10依据多个背光源分成相对应数目的影像区块11。

首先，在区块明暗变化值决定步骤(S510)中，接收显示画面，以计算显示画面中各影像区块11的平均值及最大值，并依据各影像区块11的平均值及最大值从而计算各影像区块11的一初始值。

该区块明暗变化值决定步骤(S510)包含一RGB至HSV转换步骤(S511)及一计算步骤(S513)。

在RGB至HSV转换步骤(S511)中，接收显示画面影像10，并将其由RGB格式转换成HSV格式。该RGB至HSV转换步骤(S511)所执行的RGB格式转换成HSV格式以下列公式表示：

v＝max(r，g，b)，

当中，r、g、b为显示画面影像10中像素的r、g、b值，v为显示画面影像10中该像素为HSV格式的V值。

在计算步骤(S513)中，用以计算显示画面中各影像区块11的平均值及最大值，并依据各影像区块11的平均值及最大值用以计算各影像区块11的初始值。

该计算步骤(S513)所执行的各影像区块11的平均值计算以下列公式表示：

$v_{\mathrm{avg}}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{v}_i,$

当中，v_i为显示画面影像10中影像区块11的像素为HSV格式的V值，N为影像区块11中的像素数目，v_avg为影像区块11的平均值。

该计算步骤(S513)所执行的各影像区块11的最大值计算以下列公式表示：

v_max＝max(v₁，v₂，v₂，...，v_N)，

当中，v_max为影像区块11的最大值。

该计算步骤(S513)所执行的各影像区块11的初始值计算以下列公式表示：

v_init＝R_s×v_max+(1-R_s)×v_avg，

当中，v_init为影像区块11的初始值。

在质量/功率节省优先决定步骤(S520)中，依据各影像区块11的平均值v_avg、初始值v_init、一第一门坎值THD1、及一第二门坎值THD2，以分别对各影像区块11产生一背光控制信号v_plt。

该质量/功率节省优先决定步骤(S520)所产生的背光控制信号v_plt以下列公式表示：

当中，v_plt为影像区块11的背光控制信号，BL_H为最高明暗变化值。

在时间上滤波步骤(S530)中，依据各影像区块11的背光控制信号适应性的产生各影像区块11的一背光脉冲宽度调变信号(ν_dyn)。

该时间上滤波步骤(S530)中所产生的背光脉冲宽度调变信号(ν_dyn)以下列公式表示：

$v_{\mathrm{dyn}}=r_d\&times;v_{\mathrm{plt}}^{\left(k\right)}+(1-r_d)\&times;v_{\mathrm{plt}}^{(k-1)},$

当中，r_d为一权重因子(weighting factor)，M为影像区块数目，

为显示画面影像10中的当前帧的影像区块11相对应的背光控制信号，

为显示画面影像10中的前一帧的影像区块11的背光控制信号，

为显示画面影像10中的当前帧的整体亮度平均值，

为显示画面影像10的前一帧的整体亮度平均值，B为时间上滤波器的截距，T为时间上滤波器的变化步阶，L为时间上滤波器的变化周期。

在时间轴上，使用当前帧(current frame)及前一帧(previous frame)以应性的决定背光脉冲宽度调变信号(ν_dyn)。在当前帧的整体亮度平均值

与前一帧的整体亮度平均值

相似时，由前一帧的相关信息主宰背光区域控制(backlight local dimming)，在当前帧的整体亮度平均值

与前一帧的整体亮度平均值

不相似时，由当前帧的相关信息主宰背光区域控制。在当前帧的整体亮度平均值与前一帧的整体亮度平均值

相似时，表示前一帧与当前帧的影像相似度极高，此时采用前一帧主宰的相关信息，可避免在帧间的闪烁效应(flickering effect)。而一张明亮帧后面接续一张较暗的帧时，即当前帧的一影像区块11的平均值

与前一帧对应影像区块11的平均值

非常不相似，此时采用当前帧主宰的相关信息，则可避免明亮帧背光不够亮，较暗帧背光不够暗的情况。

在背光扩散的近似步骤(S540)中，依据各影像区块11的背光脉冲宽度调变信号，以产生一背光扩散影像。

在影像补偿步骤(S550)中，依据背光扩散影像用以对显示画面影像10进行补偿，从而产生一补偿显示画面影像。

该影像补偿步骤(S550)中所执行的影像补偿运算以下列公式表示：

${\mathrm{Pix}}^{\&prime;}(p,q)=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{Pix}(p,q),& \mathrm{Pix}(p,q)<(2\&times;\mathrm{THD}3-256)\\ \frac{\mathrm{Pix}(p,q)-(2\&times;\mathrm{THD}3-256)}{2}+(2\&times;\mathrm{THD}3-256),& \mathrm{Pix}(p,q)\&GreaterEqual;(2\&times;\mathrm{THD}3-256)\end{array}\right.,$

当中，r、g、b为显示画面影像10中像素的r、g、b值，r_comp、g_comp、b_comp分别为补偿显示画面影像中像素的r、g、b值，Pix(p，q)为背光扩散影像中位于坐标(p，q)处像素的灰阶值，γ＝2.2，THD3为一第三门坎值。

当Pix′(p，q)≠0时，r_comp、g_comp、b_comp均乘上相同的补偿系数这样，可降低显示画面影像10与补偿显示画面影像之间的色彩偏移。第三门坎值为一个关于补偿强度的参数，当第三门坎值为255时，补偿最多。当第三门坎值小于255时，背光扩散影像(backlight spread image)的像素的灰阶值(Pix(p，q))不可大于该第三门坎值，否则将产生反补偿作用，亦即补偿系数

小于1，因此，在这种情形下，需先对灰阶值(Pix(p，q))进行修正。具体如下：先将灰阶值(Pix(p，q))转换成修正灰阶值(Pix′(p，q))，当灰阶值(Pix(p，q))小于(2×THD3-256)时，灰阶值(Pix(p，q))不变，当灰阶值(Pix(p，q))大于或等于(2×THD3-256)时，灰阶值(Pix(p，q))由修正灰阶值(Pix′(p，q))取代，从而使得修正灰阶值(Pix′(p，q))不会产生大于第三门坎值的情形。

在背光扩散影像较暗的区域中的像素，其灰阶值(Pix(p，q))小于(2×THD3-256)，因此每一灰阶值(Pix(p，q))会对应至一补偿系数，在背光扩散影像较亮的区域中的像素，其灰阶值(Pix(p，q))大于或等于(2×THD3-256)，因此，可能两个灰阶值(Pix(p，q))会同时对应至同一补偿系数。在此种补偿方式下，仍有THD3个补偿系数，其接近256个补偿系数，如此，本发明具有高分辨率的补偿系数，可以避免涟波效应(ripple effect)。

在背光驱动步骤(S560)中，接收背光脉冲宽度调变信号(ν_dyn)，用以分别控制及驱动背光源193。

在时序控制步骤(S570)中，接收补偿显示画面影像，以产生控制时序信号。

在面板驱动步骤(S580)中，接收控制时序信号及补偿显示画面影像数据，以分别控制及驱动显示面板190。

由前述说明可知，本发明先分析输入显示画面影像10的内容成分，而获得适当的背光区域调整值，即背光脉冲宽度调变信号ν_dyn。并依据背光区域调整值ν_dyn对于图像的影响结果，做出适当的影像补偿。具有以下特点：

近乎无箝制(near clipping free)的影像质量，箝制效应即失去亮部细节，现有的影像补偿会造成箝制效应，本发明使用可调整的第一门坎值及第二门坎值以决定是否进行背光调整，用以抑制箝制效应。

低色偏(low color shift)的影像质量，补偿后的影像与原生影像在色坐标的差距做到最小化，本发明为影像执行补偿时，像素的r、g、b均乘上相同的补偿系数

从而可降低显示画面影像与补偿显示画面影像之间的色彩偏移。

使用时间上滤波器，以适应性地决定背光脉冲宽度调变信号(ν_dyn)，故本发明可进行适性的动态背光调整(adaptive dynamic backlight)，以去除帧(frame)与帧之间的闪烁(flicking)现象，并可改善在亮框暗框紧邻的画面，区域背光不正确的问题。

不限于区域分区个数，在不同规格的分区划分兼适用。

计算上可做省电优先或质量优先的比例调整，两者均具有上述特色。

在保有近乎原生影像质量效果下，同时兼具背光区域控制的加强对比以及省电的优点。

由上述可知，本发明无论就目的、手段及功效，均显示其迥异于现有技术的特征，极具实用价值。惟应注意的是，上述诸多实施例仅为了便于说明而举例而已，本发明所主张的权利范围应以申请专利范围所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (22)

1.一种用于背光区域控制系统中显示画面影像的补偿装置，其特征在于，用以估测所述背光区域控制系统中多个背光源背光扩散后对所述显示画面影像的像素，所述多个背光源以矩阵形式排列，所述显示画面影像依据所述多个背光源分成相对应数目的影像区块，该补偿装置包含：

一区块明暗变化值决定装置，用以接收所述显示画面影像，从而计算各所述影像区块的平均值及最大值，并依据所述平均值及最大值用以计算各所述影像区块的一初始值；

一质量/功率节省优先决定装置，连接至所述区块明暗变化值决定装置，依据各所述影像区块的平均值、初始值，以及一第一门坎值与一第二门坎值，用以分别产生相对应所述影像区块的一背光控制信号；

一时间上滤波器，连接至所述质量/功率节省优先决定装置，依据所述背光控制信号产生相对应所述影像区块的一背光脉冲宽度调变信号；

一背光扩散的近似装置，连接至所述时间上滤波器，依据所述背光脉冲宽度调变信号，从而产生一背光扩散影像；以及

一影像补偿装置，连接至所述背光扩散的近似装置，依据所述背光扩散影像用以对所述显示画面影像进行补偿，从而产生一补偿显示画面影像。

2.如权利要求1所述的补偿装置，其特征在于，进一步包含：

一背光驱动电路，连接至所述时间上滤波器，用以接收所述背光脉冲宽度调变信号，从而分别控制所述多个背光源。

3.如权利要求2所述的补偿装置，其特征在于，进一步包含：

一时序控制电路，用以接收所述补偿显示画面影像，从而产生一控制时序信号；以及

一面板驱动电路，连接至所述时序控制电路，接收所述控制时序信号及所述补偿显示画面影像，从而控制一显示面板。

4.如权利要求1所述的补偿装置，其特征在于，所述区块明暗变化值决定装置包含：

一RGB至HSV转换装置，接收所述显示画面影像，并将所述显示画面影像由RGB格式转换成HSV格式，以下列公式表示：

v＝max(r，g，b)；以及

一计算装置，连接至所述RGB至HSV转换装置，用以计算所述影像区块的初始值；

当中，r、g、b为所述显示画面影像中像素的r、g、b值，v为所述显示画面影像中所述像素为HSV格式的V值。

5.如权利要求4所述的补偿装置，其特征在于，所述计算装置所执行的所述影像区块的平均值计算以下列公式表示：

$v_{\mathrm{avg}}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{v}_i,$

当中，v_i为所述显示画面影像的一影像区块中像素为HSV格式的V值，N为所述影像区块中的像素数目，v_avg为所述影像区块的平均值。

6.如权利要求5所述的补偿装置，其特征在于，所述计算装置所执行的所述影像区块的最大值计算以下列公式表示：

v_max＝max(v₁，v₂，v₂，...，v_N)，

当中，v_max为所述影像区块的最大值。

7.如权利要求6所述的补偿装置，其特征在于，所述计算装置所执行的所述影像区块的初始值计算以下列公式表示：

v_init＝R_s×v_max+(1-R_s)×v_avg，

当中，v_init为所述影像区块的初始值。

8.如权利要求7所述的补偿装置，其特征在于，所述质量/功率节省优先决定装置所产生的背光控制信号以下列公式表示：

当中，v_plt为所述背光控制信号，BL_H为最高明暗变化值，THD1为所述第一门坎值，以及THD2为所述第二门坎值。

9.如权利要求8所述的补偿装置，其特征在于，所述时间上滤波器所产生的所述背光脉冲宽度调变信号以下列公式表示：

$v_{\mathrm{dyn}}=r_d\&times;v_{\mathrm{plt}}^{\left(k\right)}+(1-r_d)\&times;v_{\mathrm{plt}}^{(k-1)},$

当中，r_d为一权重因子，M为所述影像区块的数目，

为所述显示画面影像中当前帧的影像区块的所述背光控制信号，

为所述显示画面影像的前一帧的影像区块的所述背光控制信号，

为所述显示画面影像的所述当前帧的整体亮度平均值，

为所述显示画面影像中所述前一帧的整体亮度平均值，B为所述时间上滤波器的截距，T为所述时间上滤波器的变化步阶，L为所述时间上滤波器的变化周期。

10.如权利要求9所述的补偿装置，其特征在于，所述时间上滤波器在时间轴上，使用所述当前帧及所述前一帧用以决定所述背光脉冲宽度调变信号，当所述当前帧的整体亮度平均值与所述前一帧的整体亮度平均值相似时，采用所述前一帧主宰的相关信息，当所述当前帧的整体亮度平均值与所述前一帧的整体亮度平均值不相似时，则采用所述当前帧主宰的相关信息。

11.如权利要求8所述的补偿装置，其特征在于，所述影像补偿装置所执行的影像补偿运算以下列公式表示：

${\mathrm{Pix}}^{\&prime;}(p,q)=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{Pix}(p,q),& \mathrm{Pix}(p,q)<(2\&times;\mathrm{THD}3-256)\\ \frac{\mathrm{Pix}(p,q)-(2\&times;\mathrm{THD}3-256)}{2}+(2\&times;\mathrm{THD}3-256),& \mathrm{Pix}(p,q)\&GreaterEqual;(2\&times;\mathrm{THD}3-256)\end{array}\right.,$

当中，r_comp、g_comp、b_comp为所述补偿显示画面影像中像素的r、g、b值，Pix(p，q)为所述背光扩散影像中位于坐标(p，q)处像素的灰阶值，γ＝2.2，THD3为一第三门坎值，Pix′(p，q)为一修正灰阶值。

12.如权利要求11所述的补偿装置，其特征在于，当所述修正灰阶值不为0时，r_comp、g_comp、b_comp均乘上相同的补偿系数

13.一种用于背光区域控制系统中显示画面影像的补偿方法，其特征在于，用以估测所述背光区域控制系统中多个背光源背光扩散后对所述显示画面影像的像素，所述多个背光源以矩阵形式排列，所述显示画面影像依据所述多个背光源分成相对应数目的影像区块，该补偿方法包含：

一区块明暗变化值决定步骤，用以接收所述显示画面影像，从而计算各所述影像区块的平均值及最大值，并依据所述平均值及最大值用以计算各所述影像区块的一初始值；

一质量/功率节省优先决定步骤，依据各所述影像区块的平均值、初始值，以及一第一门坎值与一第二门坎值，用以分别产生相对应所述影像区块的一背光控制信号；

一时间上滤波步骤，依据所述背光控制信号产生相对应所述影像区块的一背光脉冲宽度调变信号；

一背光扩散的近似步骤，依据所述背光脉冲宽度调变信号，从而产生一背光扩散影像；以及

一影像补偿步骤，依据所述背光扩散影像，用以对所述显示画面影像进行补偿，从而产生一补偿显示画面影像。

14.如权利要求13所述的补偿方法，其特征在于，所述影像区块明暗变化值决定步骤中计算各所述影像区块的一初始值包含：

一RGB至HSV转换步骤，接收所述显示画面影像，并将所述显示画面影像由RGB格式转换成HSV格式，所述转换以下列公式表示：

v＝max(r，g，b)；以及

一计算步骤，用以计算所述影像区块的初始值；

当中，r、g、b为所述显示画面影像中像素的r、g、b值，v为所述显示画面影像中所述像素为HSV格式的V值。

15.如权利要求14所述的补偿方法，其特征在于，所述计算步骤所执行的所述影像区块的平均值计算以下列公式表示：

$v_{\mathrm{avg}}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{v}_i,$

当中，v_i为所述显示画面影像的一影像区块中像素为HSV格式的V值，N为所述影像区块中的像素数目，v_avg为所述影像区块的平均值。

16.如权利要求15所述的补偿方法，其特征在于，所述计算步骤所执行的所述影像区块的最大值计算以下列公式表示：

v_max＝max(v₁，v₂，v₂，...，v_N)，

当中，v_max为所述影像区块的最大值。

17.如权利要求16所述的补偿方法，其特征在于，所述计算步骤所执行的所述影像区块的初始值计算以下列公式表示：

v_init＝R_s×v_max+(1-R_s)×v_avg，

当中，v_init为所述影像区块的初始值。

18.如权利要求17所述的补偿方法，其特征在于，所述质量/功率节省优先决定步骤所产生的背光控制信号以下列公式表示：

当中，v_plt为所述背光控制信号，BL_H为最高明暗变化值，THD1为所述第一门坎值，以及THD2为所述第二门坎值。

19.如权利要求18所述的补偿方法，其特征在于，所述时间上滤波步骤所产生的所述背光脉冲宽度调变信号以下列公式表示：

$v_{\mathrm{dyn}}=r_d\&times;v_{\mathrm{plt}}^{\left(k\right)}+(1-r_d)\&times;v_{\mathrm{plt}}^{(k-1)},$

当中，r_d为一权重因子，M为所述影像区块的数目，

为所述显示画面影像中的一当前帧的影像区块的背光控制信号，

为所述显示画面影像的前一帧的影像区块的背光控制信号，

为所述显示画面影像的所述当前帧的整体亮度平均值，

为所述显示画面影像中所述前一帧的整体亮度平均值，B为所述时间上滤波器的截距，T为所述时间上滤波器的变化步阶，L为所述时间上滤波器的变化周期。

20.如权利要求19所述的补偿方法，其特征在于，所述时间上滤波步骤在时间轴上，根据所述当前帧及所述前一帧用以决定所述背光脉冲宽度调变信号，当所述当前帧的整体亮度平均值与所述前一帧的整体亮度平均值相似时，采用所述前一帧主宰的相关信息，当所述当前帧的影像区块的平均值与所述前一帧对应的影像区块的平均值不相似时，采用所述当前帧主宰的相关信息。

21.如权利要求18所述的补偿方法，其特征在于，所述影像补偿步骤所执行的影像补偿运算以下列公式表示：

${\mathrm{Pix}}^{\&prime;}(p,q)=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{Pix}(p,q),& \mathrm{Pix}(p,q)<(2\&times;\mathrm{THD}3-256)\\ \frac{\mathrm{Pix}(p,q)-(2\&times;\mathrm{THD}3-256)}{2}+(2\&times;\mathrm{THD}3-256),& \mathrm{Pix}(p,q)\&GreaterEqual;(2\&times;\mathrm{THD}3-256)\end{array}\right.,$

当中，r_comp、g_comp、b_comp为所述补偿显示画面影像中像素的r、g、b值，Pix(p，q)为所述背光扩散影像中位于坐标(p，q)处像素的灰阶值，γ＝2.2，THD3为一第三门坎值，Pix′(p，q)为一修正灰阶值。

22.如权利要求21所述的补偿方法，其特征在于，当所述修正灰阶值Pix′(p，q)≠0时，r_comp、g_comp、b_comp均乘上相同的补偿系数

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