CN104616625B - 液晶显示器背光控制 - Google Patents

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Abstract

为了改善诸如液晶显示器(“LCD”)的背光式显示器面板上的图像的对比度，可以对该图像的具有独立可控背光的每个区域给予完全背光，直到该区域中的图像的平均或复合亮度低于如下阈值值为止，在该阈值值处，通过具有该图像亮度阈值值的图像区域的来自完全强度背光的光泄漏开始被观察者察觉到。对于图像，具有复合亮度的区域可以与依据该区域的复合图像亮度比该阈值低多少而成比例地降低。还可以针对其他图像方面来调整背光亮度，例如(1)在其他相对暗的区域中存在明亮像素，(2)该区域是否与图像信息处于运动中的一个或多个其他区域相邻，以及/或者和/或(3)在该信息的若干连续帧之上的图像信息的时间平均。

Description

液晶显示器背光控制
本申请为2011年11月18日进入中国国家阶段的、申请日为2010年5月19日的、名称为“液晶显示器背光控制”的第201080022062.2号中国专利申请的分案申请。
本申请要求2009年5月20日递交的美国临时专利申请号No.61/180,022的优先权，通过参考方式将该申请整体并入本文。
技术领域
本公开整体上涉及背光控制方法，并且更具体而言，涉及LCD TV(液晶显示器电视机)中的LED(发光二极管)背光的局部调节。
背景技术
在典型的TFT-LCD(薄膜晶体管-液晶显示器)中，LC(液晶)自身不能照明，而是需要相对于观察者(观看者)的位置在LC面板之后的光进行辅助照明。这些类型的光源(称为背光)通常被设置成它们的最大亮度，而将不同的每像素灰度值应用于LC以调整观察者所感知的亮度的量，即，像素的灰度起到与控制来自该像素的(背)光的曝光的快门相似的作用。
该结构的一个问题在于，即使当像素灰度值为零时，背光也易于通过面板泄漏，从而以表现出低质的“黑色等级”而告终。该泄漏(其仅对“黑色等级”有害)源自TFT的先天结构，并且其降低了LCD中的可实现的对比度(CR)。大体而言，CR被定义为来自面板的纯白与纯黑的测量亮度的比值。因此，存在最小化或者至少降低具有许多黑色(或接近黑色)像素的区域中的背光泄漏、从而将改善整个画面的CR的需要。
为了说明LED背光的局部调节的概念，理解LCD TV的背光结构是有帮助的。典型而言，即使在任意面板中至少存在多于百万个像素，在LCD TV中也使用数量有限的光源，例如，1-8个CCFL(冷阴极荧光灯)背光。这意味着，跨整个面板区域，仅能够将背光的1-8个单元独立地设置成不同的亮度。即使使用发光二极管(LED)背光(作为CCFL背光的替换物)，虽然增加了独立可控单元的数量，但是LED背光的独立可控单元的粒度比像素粒度粗糙得多，这主要出于成本考虑。结果，需要将面板中的某一区域以及该区域中的全部像素(它们可能处于不同的灰度值)用单个值来表征，从而使得这个“复合”值确定该区域之下的LED的亮度。
在图1中示出了典型的LED背光结构。在该图中，111是LC面板平面(示出在前景中)，并且112是LED背光平面(示出在背景中)。在该背光平面中，矩形栅格中的每组LED113、114、115、116、117、118、119、120、121或122指示这些数目的LED在亮度方面可作为一个整体来设置。在每个LED组(如113)的全部LED之间延伸的线条指示用于向该组中的每个LED提供共同数量的能量的电气信号导线。在该导线上的电气信号的占空比的等级(例如，脉冲宽度调制(PWM))控制在该组中的全部LED的观察者感知的(即时间求平均的)亮度。因此，在LED的任意给定组中的全部LED在任意给定时间具有相同的观察者感知的亮度等级。但是，通过改变应用于那些LED的控制信号的PWM占空比，可以在各种时间(典型而言，与面板刷新率或者视频中的每帧时间周期同步)改变亮度等级。在本文中，如此进行联合控制并且能够被设置成相同的亮度值的一组LED被称为“可调节组块”。
在整个本公开中，提供某些特征的亮度或相对亮度的图形指示有时候是有帮助的。这些特征可以是图像信息或背光照明中的任意一个或两者。具体地，参照图1的“图例”部分，在该部分中分别使用或多或少的阴影来指示较亮或较暗的区域，按照从A(最亮的(如白色；LED处于最大照明))到J(最暗的(如黑色；LED关闭))的次序。在某些附图中，仅使用与图1的图例不同数量的阴影来指示根据该图例方案的不同量的亮度。有时候，如同图1的图例，通过另外使用大写字母A-J来加强以图例示出的阴影。以图例示出的阴影(以及相关联的参考字母)大体上仅用于指示一个附图中或者多个紧密相关的附图组中的不同区域的相对亮度。在不同的附图中，尤其是在彼此不紧密相关的附图中，相同的阴影(以及字母)可以指示不同的亮度等级。对于图像亮度或LED照明的仅仅十个不同的可能等级(A-J)的描述总体而言，是为了本文的方便起见而采用的简化，并且将理解在实际的实践中，典型地采用更多的照明或亮度等级。
用于针对应该更暗的图像区域来降低通过LC泄漏的光的一种简单但有效的方法是降低背光的亮度，并且典型地这是通过调制向该更暗区域之下的背光所提供的照明信号的脉冲宽度调制(PWM)占空比来实现的。(PWM占空比例如是在LED的脉冲赋能过程中(1)电能被应用于该LED的时间量与(2)电能未被应用于该LED的时间量之间的比率。)使用该方法，大体上改善了CR，这是因为纯白色区域的观察者感知的亮度很大程度上得以保存，而纯黑色区域的观察者感知的亮度得以极大降低。若干商业上可用的LCD采用遵守该规则的背光控制技术。在盛行的方法中，基于图2(a)中的斜线211来控制背光。此时，在整个灰度之上线性地调节(PWM占空比随着Gblock(G组块)降低而降低)背光亮度，其中Gblock是每个可调节组块的代表灰度值。(对于本文中所讨论的全部方法而言，包括本方法，假设用24比特每像素来表示图像——三个颜色分量即红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)中的每个有8比特——因此，Gblock也在0-255范围之内(0指示最暗或“纯”黑色，并且255指示最亮或“纯”白色)。但是，本文所述的方法也可应用于其他比特深度，例如30比特每像素。)在图2(a)中，水平线212对应于无背光调制，即，不管像素的灰度值如何总是完全开启背光。
另一个盛行的方法是基于图2(b)中的曲线调节背光。在该情况中，使用在三个不同子范围/段之上的分段线性曲线213。在两种情况(图2(a)中的211和图2(b)中的213)中，向纯白色指派最大PWM占空比，并且向纯黑色指派最小PWM占空比。因此，在仅由纯白色和纯黑色构成的具体图像中，将实现最高的CR。
发明内容
根据本公开的某些可能方面，提供了一种用于控制组块可控的显示器的多个部分(“组块”)的背光的方法。组块可被排列在与显示器共同延伸的二维阵列中。组块可以包括显示器的多个像素。组块可以具有相应的背光，这些相应的背光的观察者感知的亮度是独立于背光中的其他背光的观察者感知的亮度而可控的。对于提供用于由所述显示器显示的图像信息的连续的帧，该方法可以包括(a)从用于组块的图像信息确定用于该组块的复合灰度值；(b)分别根据用于该组块的该图像信息是静止的还是移动的，而将该组块标识为静止的或移动的；(c)另外将与移动组块紧密相邻的组块标识为经滤波组块；(d)对于仅被标识为静止的组块，通过将第一亮度函数应用于用于该组块的复合灰度值而确定背光亮度值；(e)对于仅被标识为移动的组块，通过将第二亮度函数应用于用于该组块的复合灰度值而确定背光亮度值；(f)对于被标识为滤波和静止这两者的组块，将背光亮度值确定为(i)第一中间背光亮度值与(ii)第二中间背光亮度值中的较大者，该第一中间背光亮度值来自将第一亮度函数应用于用于该组块的复合灰度值，该第二中间背光亮度值来自将第三亮度函数应用于与该组块相邻的任意移动组块的最大复合灰度值；(g)对于被标识为经滤波的和移动这两者的组块，将背光亮度值确定为(i)第三中间背光亮度值与(ii)用于该组块的第二中间背光亮度值中的较大者，该第三中间背光亮度值来自将第二亮度函数应用于用于该组块的复合灰度值；以及(h)在用于该组块的该背光的亮度的控制中使用为该组块确定的背光亮度值。
根据本公开的某些其他可能的方面，在如上所述的方法中，将组块标识为静止的或移动的包括：(a)确定在(i)该帧与(ii)在先帧之间的、针对该组块的图像信息中的改变的量；以及(b)将该改变的量与改变的阈值量进行比较。
根据本公开的某些其他可能的方面，在用于组块的背光的照明的脉冲宽度调制(PWM)占空比的控制中，使用为该组块确定的上述背光亮度值。
根据本公开的某些其他可能的方面，上述“使用”操作可以包括：(a)在连续的帧上，对为组块确定的背光亮度值的执行时间滤波，以产生针对该组块的时间滤波的背光亮度值；以及(b)使用时间滤波的背光亮度值来控制该组块的背光的亮度。
根据本公开的其他可能的方面，显示器电路可以包括(a)包括排列在组块中的多个像素的显示器平面；(b)用于利用可控量的背光来照明组块的背光电路；(c)用于确定应用于该组块的像素数据的灰度特性的电路；以及(d)用于至少部分地基于灰度特性来确定背光的量的电路，其中当灰度特性具有大于与通过像素的背光泄漏的预定等级相关联的阈值值(GLEAK(G泄漏))的任何值时，由用于确定的电路所确定的背光的量是第一量，并且当灰度特性具有小于GLEAK的任何值时，用于确定的电路将该背光的量从该第一量依据该灰度特性比GLEAK低多少而成比例地降低。
根据本公开的某些其他可能的方面，在如上所述的电路中，组块可以是显示器平面中的多个类似的组块中的一个组块。另外，背光电路可以是多个背光电路中的一个背光电路，每个该背光电路利用相应的可控量的背光来照明组块中相应的一个组块。另外，用于确定灰度特性的电路可以分别确定针对该组块的每个组块的灰度特性。另外，用于确定该背光的量的电路至少部分地基于组块的灰度特性或者与该组块相邻的另一个组块的灰度特性，来确定用于每个相应的组块的背光的量。
根据本公开的某些其他可能的方面，液晶显示器(“LCD”)电路可以包括(a)LCD，该LCD包括排列在二维阵列中的多个像素组块，该二维阵列是组块的行和列交错的二维阵列，该组块的每个组块包括相应的多个像素；(b)用于利用相应的可控的背光的量来照明每个组块的背光电路；(c)用于确定应用于该组块的每个组块的像素数据的灰度特性的电路；(d)用于确定应用于该组块的每个组块的像素数据中的运动的量的电路；以及(e)用于至少部分地根据该灰度特性以及该组块的运动的量来确定该组块中的至少一些组块的每个组块的背光的量的电路。
通过附图以及下文的详细描述，本文公开的其他特征、本质和其他优点将更加显而易见。
附图说明
图1是具有LED背光的LCD的代表性部分的简化描述。
图2a-图2c是有助于说明本公开的某些方面的LED背光控制函数的简化图。
图3是采用各种LED背光控制函数的观察者感知的图像照度效应的简化图。
图4与图3类似，图4包括一些附加参数指示。
图5是根据本文的公开的某些可能的方面的背光控制方法的示例性实施方式的简化流程图。
图6A和图6B示出了图5中所示出的示例性实施方式的更详细的示例性实施方式。图6A和图6B有时候统称为图6。
图7(包括(a)-(c)部分)是有助于说明本文公开的某些可能的方面的一些示例性图像信息的简化描述。
图8(包括(a)-(d)部分)是有助于说明本文公开的某些可能的方面的一些其他示例性图像信息的简化描述。
图9(包括(a)-(c)部分)是有助于说明本文公开的某些可能的方面的又一些示例性图像信息的简化描述。
图10a是根据本文公开的某些可能方面的示例性LED背光控制函数的另一个简化图。
图10b是根据本文公开的某些可能方面的另一个示例性LED背光控制函数的又一个简化图。
图11(包括(a)-(c)部分)是有助于说明本公开的某些可能的方面的又一些示例性图像信息的简化描述。
图12是有助于说明并且图示本公开的某些可能的方面的其他一些示例性图像信息(以及相关联的背光LED照明)的简化描述
图13是根据本文公开的某些可能的方面的装置的示例性实施方式的简化方框图。
具体实施方式
根据本文公开的某些可能方面，可以对平均图像亮度在最大图像亮度到图像亮度的阈值等级之间的范围中的任何值的可调节组块提供完全背光，其中图像亮度的阈值等级相对较低但仍然高于最小图像亮度。例如，该阈值等级可以是这样一种等级，在该等级处，观察者开始感知到通过具有该图像亮度阈值等级的图像区域的来自完全强度背光的光泄漏。对于平均图像亮度低于上述阈值等级的可调节组块，可以按照该可调节组块的平均图像亮度比该阈值等级低多少而成正比地调节背光。在图2c中示出了根据本文的公开的这种类型的背光控制的示例。在图2c中，GLEAK对应于恰好在所述的阈值等级之上。
如先前简要地说明的，本公开可以包括通过如图2c中的214处所显示的那样调整PWM占空比来控制背光亮度。在此实施方式中，将最大PWM占空比维持在GLEAK之上，而当Gblock处于[0：GLEAK]的范围中时，(准)线性地降低该占空比。注意到，该阈值值GLEAK可以基于主观判断，这是因为基于机器测量的照度可能无法容易或可靠地确定光泄漏的量。
为了更好地理解图2中所示的不同的PWM映射是如何工作的，如图3中所示，估计图2c的方法相对于其他方法的性能。在该图中的y轴从面板测量的(或观察者感知的)照度。注意到，当针对从0到255的全部灰度值完全开启背光时的情况，沿线条312的单调递增的照度始于不同灰度值(即Gblock)。这对应于图2(a)中的PWM占空比特性212。注意到，当Gblock＝0时，特性312指示由于背光泄漏仍然存在相当大的照度。
在线性调节特性311的情况中(这是PWM与Gblock成如图2(a)的特性211的情况中的线性映射函数的情况)，随着灰度降低，照度跨整个灰度范围持续降低(在本文中称为“全范围调节”)，并且这么做是为了实现质量良好的“黑色等级”。但是，这种全范围调节将使每个灰度值上的原始照度(即与312相对应的照度等级)显著地恶化，从而导致该区域并且最终导致整个图像的照度恶化。此外，由于当灰度在GLEAK之上时背光泄漏是不可见的，所以期望的是当Gblock＞GLEAK时维持原始照度，而同时随着感知到的“光泄漏”增加而自适应地降低照度。在特性313中(这是PWM与Gblock的映射函数对应于图2(b)中的特性213的情况)，已经跨灰度的下半部降低了照度恶化。然而，该方法也是全范围调节方法，并且其面临类似的问题，即当Gblock＞GLEAK时不必要地损失了原始照度。
另一方面，使用本文公开的特性314，随着Gblock降低，只有当Gblock＜GLEAK时(观察者可以开始感知到通过LC的来自具有最大亮度的背光的背光泄漏的Gblock的值处)，该方法(对应于本文公开的图2c)才降低原始照度。在该情况中，(在当Gblock≥GLEAK的情况中)保持了在每个灰度值处的原始照度，而(在当Gblock＜GLEAK的情况中)尽量有效地降低了背光泄漏。结果，该方法在很大程度上保持了针对每个可调节组块的原始照度，并且最终保持了针对该图像的原始照度，而同时其有效地降低了针对每个可调节组块的背光泄漏。
图4示出了当任意图像中的可调节组块的代表灰度在[Glow：Ghigh]([G低：G高])范围中时，图2c的方法相对于其他方法的性能。412是在没有背光调制(如图2a中的212所示)时的最大照度与最小照度之间的估计的范围，411是针对图2a中的特性211的估计的范围，413是针对图2b中的特性213的估计的范围，并且414是针对图2c中的特性214的估计的范围。在411中，虽然该范围看起来与414中的范围相当，但是在Ghigh处的照度与414中的Ghigh处的照度相比相当低，从而指示在图像中原来最亮的区域可能不再像以前那么亮。本文所公开的图2c的方法(图3中的314)因此有利地提供高的CR和高的亮度，以及低的背光泄漏。
在先前段落中，介绍了PWM映射方案(例如，图2(c))。这需要将每个可调节组块正确地表征成代表性灰度值Gblock，这是因为该单个复合值或特性将维持该区域(通过按需开启在该区域之下的背光)的照度，并且还降低该区域中的背光泄漏(通过按需调节背光)。一种简单的方法是使用该组块中的灰度值平均值(Gavg)来计算或确定用于该组块的Gblock，并且该基于平均值的方法在大多数情况中大体上工作得很好。然而，存在最坏情况情形，在该情形中需要考虑这样一种特征：虽然用于可调节组块的Gavg将背光引导至非常低的值，但是可能需要修改该剧烈控制以考虑在该组块中有可能发生的不能忽视数量的高灰度值。例如，当可调节组块(N×M像素)具有大多为黑色的像素，但是像素中的一些对应于纯白色时，在该组块中的平均灰度可以是比如Gavg＝16，这继而可以导致在该区域之下的背光的过度调节，并且因此少数亮的像素将看起来较暗。为了避免最坏情况情形，Gblock计算将组块的常规Gavg细微地调整/增加一定数量，以便反映具有高灰度值的不可忽视的部分。因此，可以通过以下公式给出可调节组块特征，其中GSPLIT表示用于决定高灰度值的阈值，例如255。注意到，当α＝0时Gblock＝Gavg，并且注意到，取决于该情形的严重性，可以使用不同的α值(大于0，高达为1的最大值)。
其中：
如果g(x，y)＞GSPLIT，则g’(x，y)＝g(x，y)
否则，g’(x，y)＝0，
g(x，y)是针对像素位置(x，y)的灰度值，
N：在垂直方向中的像素的数量，
M：在水平方向中的像素的数量，
α：加权因子[0：1]
认识到，(当α大于0时)以上用于计算Gblock的等式对照度值大于GSPLIT的任意像素给予更大的加权。该更大的加权随着α值的增加而增加。
图5提供了根据本公开的局部调节过程的示例性实施方式的高层级视图。基本上，该过程基于各个帧来工作。(“帧”典型而言是一个完整的视频图像。一帧典型而言仅在几分之一秒内可见，然后其被下一接续帧所替换。帧由可以被LCD TV图像屏幕的观察者看见的全部可调节组块所组成。)
在输入视频的每个帧的开头处，在511处，组块初始化将用于该图像的全部可调节组块初始化为(为了该处理的目的)指派为静止组块(Blocks)。然后在512处，计算用于每个组块的Gblock。这可以使用以上等式来完成，采用α的范围在0-1内的任意期望值，包括0和1。在513处，计算每组块的帧到帧运动的量，并且将其与阈值值(THmotion(TH运动))进行比较。基于513处的结果，在514处将每个组块分类为静止组块或运动组块(Blockm)。对于每个运动组块，514还将该组块的全部周围(紧密相连的)组块分类为空间滤波组块(Blockf)。在该上下文中，空间滤波的概念涉及围绕在当前正处理组块的的该周围组块的背光是否需要经历与静止组块不同的背光调制。在本公开的稍后的段落中进一步说明该组块分类和空间滤波过程。接下来，在515处，遵循以下3个附图中的其中一个附图中的映射曲线，如下设置用于每个组块的PWM占空比：
1)如果该组块被唯一地标识为静止图像组块，则遵循图2(c)；
2)如果该组块被唯一地标识为运动组块，则遵循图10(b)；或者
3)如果该组块被标记为空间滤波的，则遵循图10(a)。
前两种情况是互斥的，即组块可以是静止组块或运动组块中的任意一个；而最后一个情况包括前两个情况。如果一个组块被双重分类(例如，静止并且滤波(意味着空间滤波)，或者运动并且滤波)，则选择两个相关曲线之间的最大PWM占空比(例如，对于前一种情况在图2(c)与图10(a)之间选择，或者对于后一种情况在图10(b)与图10(a)之间选择)。最后，在516处，应用每组块时间滤波。图6更详细地示出了图5的主题，并且在后文的段落中也提供了更详细的讨论。
接下来的一些段落讨论上述空间滤波的必要性。
在静止图像(组块)的情况中，Gblock将确定在该组块之下的背光的PWM占空比，其继而将选择性地维持(/降低)背光亮度(/泄漏)。因此，在静止图像的情况中，不需要从周围组块进行空间滤波。然而，对于移动图像而言，空间滤波是必要的，这是因为如果没有空间滤波，则1)在移动物体中可能存在照度波动，2)在移动物体外可能存在晕圈/泄漏波动，以及3)在移动物体中可能存在局部照度恶化。可以将全部这些认为是移动物体的“时间”变化，是因为它们随着时间在空间上在每个栅格(可调节LED组块边界)上重复，从而引起时间变化的虚假印象。
图7描绘了照度波动的情形。当明亮物体移动到图7(a)中的组块x中时，这导致在该组块之下的背光被设置成100％的PWM占空比。这里(并且在相同类型的其他后续的附图中)，栅格内的每个矩形是一个可调节组块。711近似了具有最大照度La的该背光照度。稍后，当该物体移动到图7(c)中的组块y中时，在该组块之下的背光将被设置成100％的PWM占空比。712近似了用于组块y的具有最大照度Lb的该背光照度。在该移动的中间，当该物体如图7(b)中所示横跨两个可调节组块时，在这两个组块中的背光都被设置成100％的PWM占空比。713近似了从该物体可观测的组合的背光照度。此时，该物体的内部看起来较亮，即其照度将至少是La+Lb，这几乎是在711/712中的可观测到的照度的两倍。此外，此时，在该物体的周围区域中(尤其在组块x和组块y的其余部分)出现泄漏/晕圈，而这在711/712中几乎观测不到。移动物体中和移动物体外的这两个波动在该移动物体所跨的每个栅格边缘重复。714描绘了该物体随着时间的内部波动。
图8描绘了局部照度恶化的情形(这对于缓慢移动的物体这尤其显著)。当明亮物体移动到图8(a)中的组块x中时，在该组块之下的背光被设置成100％的PWM占空比。811近似了在此时的背光照度。稍后，当该物体移动并且部分进入图8(b)中的组块y时，组块y上的低的Gblock将该组块之下的背光引导至低的PWM占空比，从而在该明亮物体内暂时创建“局部阴影区域”。812近似了在此时的用于组块y的背光照度。当该物体进一步如图8(c)和8(d)所示移动时，在图8(d)的组块x中可以再次观测到“局部阴影区域”。这种局部照度恶化在该移动物体所跨的每个栅格边缘重复。
为了解决针对运动物体的上述问题，有效的技术方案是背光的空间滤波，即，将围绕该移动物体的一些组块的背光开启的更强。使用空间滤波，将降低照度波动和局部照度恶化，并且泄漏/晕圈波动将消失。然而，一些量的泄漏/晕圈将持续存在，即，以某一量开启周围组块将以泄漏/晕圈为代价来很大程度上隐藏照度波动/恶化。由于该问题的照度更加极度显著(其至少比泄漏/晕圈的照度大3个数量级)，所以对于移动物体而言空间滤波是极度期望的。示例性的滤波器设计选择围绕任意运动物体的3×3的组块范围，并且遵循如下伪代码(其借助于圆括号中的附图标记和字母来交叉引用图6中的对应的元素)来选择每个3×3周围组块中的每个组块的PWM占空比。
●在每个帧中，将每个组块分类为三种类型中的一种类型(512-514)。
●不变化/静止组块(Blocks)对运动组块(Blockm)(512-514)。
●该分割基于1)在任意连续的两个帧上的每个组块的每像素差异的和，以及2)将该结果与每组块运动阈值值(THmotion)进行比较(512-514)。(如果期望的话，可以使用用于确定组块是否运动的任何其他合适的技术。)
●3×3组块范围中的围绕Blockm的组块(Blockf)(514c)——将要被空间滤波的组块。
●分别对Blocks、Blockm和Blockf定义三种类型的(Gblock对PWM占空比)曲线(515，515a)。在本注解中，分别通过Gblock(i，j)和PWM(i，j)来表示组块(i，j)处的Gblock和PWM占空比。
●Blocks——使用图2(c)的曲线(515d，515e)。
●PWMs(i，j)是从Gblock(i，j)得到的(512，512e)。
●Blockm——使用双段(图10b)曲线(515b，515c)。
●PWMm(i，j)是从Gblock(i，j)得到的(512，515c)。
●Blockf——使用饱和(图10a)曲线(515f，515h)。
●从该曲线，PWMf(i，j)是从Gblock＝Max(Gblock(i+p，j+q))得到的，其中(-1＜p＜1)，(-1＜q＜1)，(p≠0，q≠0)，并且如果在(i+p，j+q)处的组块未被标记为Blockm，则Gblock(i+p，j+q)＝0(515g，515h)。
●对于每个组块，
●如果(Blockm)，则PWM←PWMm(515c)；
●如果(Blocks)，则PWM←PWMs(515e)；
●如果(BlockfAND Blockm)，则PWM←Max(PWMf，PWMm)(515i，515j)；
●如果(BlockfAND Blocks)，则PWM←Max(PWMf，PWMs)(515k，515l)。
如以上伪代码所示，每个组块被划分为三种类型：Blocks(静止)、Blockm(移动)和Blockf(滤波)。(准确地说，该划分对于“静止”和“移动”而言是互斥的，但是对“滤波”而言是包含的)。该划分是两步操作。首先，根据运动的量，将每个组块划分成Blocks或Blockm中的任意一个。然后附加地检查每个块是否是Blockf。图9中的示例说明了该两步操作。基于Gblock以及它们的运动，我们假设组块(x，y，z)最初分别被标记为(Blockm&Blockf，Blockf，Blocks)(图9(a))。当白色物体在移动(图9(b))并且进一步移动向静止的灰色物体(图9(c))时，分别将组块y进一步划分为Blockm，并且将组块z进一步划分为Blockf。当组块被双重划分时(例如，图9(c)中的y和z)，使用其Gblock，我们检查每个组块类别中的PWM占空比(将图2(c)与图10进行比较)并且选择最大的PWM占空比。该MAX操作的基本原理在于，对明亮的移动物体而言，维持恒定的观察者感知的照度比来自它的周围区域的可能增加的一定量的晕圈/泄漏更重要。
除了用于Blocks的Gblock对PWM占空比曲线(图2(c))之外，图10(a)示出了用于Blockf的曲线，并且图10(b)示出了用于Blockm的曲线。对于采用曲线1011的滤波组块而言，与曲线1011一起使用的Gblock源自它的3×3周围组块的Max(Gblock，仅移动组块)，该3×3周围组块中的至少一个组块是运动的。经验地得到PWMsat的等级，从而使得通过将每个周围组块开启“刚刚好的”量，前述照度波动是几乎不可察觉的。基本上，任何额外量都将增加这些周围/滤波组块中的不必要的晕圈/泄漏。实验结果表明PWMsat大约为35％，其可以跨越具有不同每可调节组块栅格大小、不同LED阵列结构、不同LED亮度等等的平台而改变。注意到，运动组块的全部周围组块可以对该明亮物体共享相等量的照度。在下一段中说明也在曲线1012中使用的THflat。
对于被标记为Blockm的组块，通过遵循曲线1012来确定PWM占空比。这里，需要通过考虑两种组块类型转换来确定PWMflat的等级：1)2)可以用一个示例来更好地说明这些转换，其中这些转换实际上处理从一种类型的曲线到另一种类型的曲线的点到点跳变：
1.假设在组块x中存在明亮物体并且其是静止的。在该情况中，通过遵循图2(c)中的曲线214，将用于组块x的背光设置成100％的最大PWM占空比。
2.当该物体开始移动时，组块x(Blocks→Blockm)遵循曲线1012并且开始从它的周围组块得到照度辅助。为了避免在此时的照度波动，我们需要根据来自周围组块的增加的照度辅助来减少组块x的初始照度。曲线1012中的[THflat：255]部分的斜线反映了这一点。
3.当该物体进一步移动并且进入滤波组块y时(Blockf→Blockm)，需要将组块y的照度从曲线1011中的某一点增加到曲线1012中的某一点。
通过这两个转换，可以知道1)用于Blockm的曲线位于用于Blockf和Blocks的曲线之间，以及2)针对Gblock从255到THflat的改变，需要减少曲线1012中的PWM值。后一个Gblock改变对应于组块x中的照度的减少；并且在该改变期间，组块y照度增加。在两个组块中的该增加和减少是剧烈的并且可以在物体上察觉到。因此，我们需要隐藏照度的该移动/互换(命名为“照度摆动”)，这是因为不管该明亮物体位于哪里以及不管其移动到哪里，该明亮物体都应当维持它的照度。
用于隐藏该赝像的一种有效的方法是相对于PWM值为饱和并且为恒定的灰度而引入“平坦段”。在曲线1011中示出了该“平坦段”，并且由于该段，在“照度摆动”周期期间，不触碰周围滤波组块，而同时允许组块x中的照度具有显著的减小。注意到，曲线1011中的“平坦段”不能继续到Gblock＝0，并且从某一灰度值开始，空间滤波器的强度需要从PWMsat减弱到0(这是由于当Max(Gblock)＝0时不需要空间滤波)；该灰度值被标记为THflat，并且典型的值是THflat＝127，其也可以跨越具有不同每可调节组块栅格大小、不同LED阵列结构、不同LED亮度等等的平台而改变。在该灰度值之下，将PWM占空比线性地减小到0。
在[0：THflat]区域期间，空间滤波器的强度显著变化并且这导致晕圈/泄漏的突然改变。为了隐藏周围组块中的晕圈/泄漏，如曲线1012中所示，对灰度范围[THlinear：THflat]([TH线性：TH平坦段])中的PWM引入类似的“平坦段”。注意到，该“平坦段”用于运动组块，并且由此，在晕圈/泄漏改变周期期间不触及运动组块，而允许周围组块中的照度具有相当显著的减少。这里，典型的值是PWMflat＝50％，其也可以跨越具有不同每可调节组块栅格大小、不同LED阵列结构、不同LED亮度等等的平台而改变。
与上文类似，曲线1012中的“平坦段”不能继续到Gblock＝0，并且从某一灰度值开始，PWM占空比将从PWMflat降低到0。对于被标记为THlinear的该灰度值，我们从图2(c)中在PWMflat处得到THlinear＝Gblock。
上文的伪代码(以及上文的描述的某些方面)可以如下以不同的形式来简要地概述或概况：(1)每个静止组块具有来自图2(c)的PWMs。(2)每个移动组块具有来自图10(b)的PWMm。(3)每个滤波组块具有这样一种PWMf，该PWMf是通过将图10(a)应用于与该移动组块相邻的每个滤波组块所得到的最大值。(换句话说，使用图10(a)将用于与该滤波组块相邻的每个移动组块的Gblock转换成PWM值，然后这些PWM值中的最大的PWM值变成滤波组块的PWMf。备选地(其产生相同的结果)，可以标识具有最大Gblock值的相邻移动组块，并且可以将图10(a)应用于该最大Gblock值，以产生用于滤波组块的PWMf。)(4)如果组块仅仅是静止组块，则来自以上伪代码的用于该组块的最终PWM是PWMs。(5)如果组块仅仅是移动组块，那么来自以上伪代码的用于该组块的最终PWM是PWMm。(6)如果组块是滤波并且移动两者，则来自以上伪代码的用于该组块的最终PWM是该组块的PWMf和PWMm中较大的那个。(7)如果组块是滤波并且静止两者，则来自以上伪代码的用于该组块的最终PWM是该组块的PWMf和PWMs中较大者。
接下来的若干段落涉及本文的公开的时间滤波器方面。总体而言，时间滤波器是基于时间的滤波器，该滤波器易于通过在若干连续的帧上对每个组块的PWM值的求积分，来平滑掉用于该组块的背光亮度的突然改变，以便产生时间滤波的PWM值，该时间滤波的PWM值实际上用于控制该组块的背光的亮度。
在实践中，可以通过合适的空间滤波器设计来解决针对运动物体的与前述背光调节相关联赝像中的大多数。然而，也存在期望时间滤波的某些实例。这些情况包括：
1.快速改变用于Blockf的PWM占空比。
●当图像中的移动物体出现在LCD面板边界/从LCD面板边界消失时，可以出现这种情况。
2.需要在静止图像与运动图像之间的变换平滑。
●为了最大化静止图像中的明亮物体与其周围区域之间的对比差异，有利地将关闭空间滤波器。
●为了最小化运动物体的照度波动/恶化，需要开启空间滤波器。
图11示出了用于第一情况的示例。当明亮物体如图11(a)→(b)→(c)所示从面板消失时，空间滤波的组块x的某些可能在它们PWM占空比中经历相对突然并可察觉到的改变。在离消失物体相对远的地方发生的该突然改变被感知为晕圈/泄漏的突然恶化。时间滤波器能够平滑消除该突然改变并且使得恶化不太显著。
图12描绘了用于第二情况的示例。当明亮物体在t0处静止并且如像素平面中所示从t0开始向t4移动时，在背光平面中示出了在t0到t4中的每一个位置处的对应的背光状态(应用了时间滤波器)。注意到，在t0处，仅开启一个背光组块。因此，在明亮区域与周围暗区域之间实现了相对高的对比差异。当物体从t0向t4移动时，通过遵循图10中的两个曲线，背光平面中的组块快速改变，但是像素平面改变缓慢。注意到，在该情况中，从t0到t4总图像照度(包括该物体的周围部分)增加。该照度增加应该是平滑的并且不太显著的，并且该平滑可以通过时间滤波器的辅助来实现。在时间滤波器的示例性的实施方式中，针对每个背光组块使用PWM占空比的移动平均值。根据经验将时间滤波器的大小(标记为帧的数目(N))确定为15，其跨越具有不同帧速率、不同每可调节组块栅格大小等等的平台而可以改变。换句话说，时间滤波器在N个最近的帧上对用于每个组块的PWM的求平均值，其中N可以具有诸如15的值。
在图13中示出了根据本公开的更详尽的装置的示例性实施例。该装置可以包括图像数据信号源电路1310，其提供可用于控制构成像素平面结构1370(如图1中111处示出的像素平面)的多个像素中的每个像素的灰度的信号。电路1310的上述输出信号还应用于电路1320，电路1320确定用于每个图像(帧)中的每个可调节组块的复合灰度值。例如，该复合灰度值(或灰度特性)可以是前文描述为Gblock或Gavg的值。电路1310的输出信号还被应用于电路1330，电路1330按照本说明书中前述方式将每个图像中的每个组块分类成(1)静止、(2)移动、(3)滤波且静止或(4)滤波且移动。例如，从一个帧到下一接续的帧，基于组块中的图像运动(改变)的量，可以将该组块确定为静止或移动中的任意一个。在该静止-移动组块确定中，可以使用两个帧之间的全部像素值改变的和。如果一个组块与另一个移动组块紧密相邻，则可以另外将该组块分类为滤波。
指示由电路1320所确定的灰度值的信号被应用于电路1340。指示由电路1330所确定的组块分类的信号被应用于电路1340。电路1340使用应用给它的信号中的信息，以至少部分地基于每个可调节组块的分类以及适用于该组块的分类的灰度到PWM转换函数，而将该组块的复合灰度值转换成用于该组块的PWM值。在组块被分类为滤波(以及静止或移动)的情况中，所采用的函数还可以包括考虑并且使用与该组块相邻的一个或多个其他组块的复合灰度值。由电路1340执行的操作(以及由电路1340应用的灰度到PWM转换函数)全部都可以如本说明书中早先所述的。电路1340可以输出指示用于每个组块的初级PWM值的信号。
由电路1340输出的初级PWM数据信号可以被应用于电路1350，以用于如本说明书中早先所述对那些初级PWM值进行时间滤波。由电路1350输出的产生的时间滤波的PWM信号可以被应用于背光电路1360(类以于图1中的元件112)，以控制电路1360中的每个可调节组块的背光照明的亮度。当然，由电路1360产生的背光用于对该装置的像素平面结构1370进行背光照明。

Claims (16)

1.一种显示电路，包括：
包括排列在组块中的多个像素的显示器平面；
用于利用可控量的背光来照明所述组块的背光电路；
用于确定应用于所述组块的像素数据的灰度特性的电路；以及
用于至少部分地基于所述灰度特性来确定背光的量的电路，其中，当所述灰度特性具有大于与通过像素的背光泄露的预定等级相关联的阈值值(“GLEAK”)的任何值时，由用于至少部分地基于所述灰度特性来确定背光的量的所述电路所确定的所述背光的量是第一量，并且当所述灰度特性具有任何小于GLEAK的值时，用于至少部分地基于所述灰度特性来确定背光的量的所述电路将所述背光的量从所述第一量依据所述灰度特性比GLEAK低多少而成比例地降低。
2.根据权利要求1所述的电路，其中，所述灰度特性是基于所述组块中的多个像素的灰度值的平均值。
3.根据权利要求1所述的电路，其中，所述灰度特性基于所述组块中的多个像素的灰度值的加权和，并且其中，在该加权和中，与具有小于亮度阈值值(“GSPLIT”)的灰度值的像素相比，对具有大于GSPLIT的灰度值的像素给予更大的加权。
4.根据权利要求1所述的电路，其中，所述组块是所述显示器平面中的多个类似的组块中的一个组块；其中，所述背光电路是多个背光电路中的一个背光电路，所述背光电路的每个背光电路用相应的可控量的背光来照明所述组块中的相应的组块；其中，用于确定灰度特性的所述电路分别确定针对每个所述组块的所述灰度特性；并且其中，用于确定所述背光的量的所述电路至少部分地基于该组块的所述灰度特性、或者与该组块相邻的另一个组块的所述灰度特性，来确定用于每个相应的组块的所述背光的量。
5.根据权利要求1所述的电路，其中所述背光电路利用脉冲宽度调制(“PWM”)来控制所述背光的量。
6.根据权利要求5所述的电路，其中当所述灰度特性大于GLEAK时，所述背光电路维持最大PWM占空比；当所述灰度特性小于GLEAK时，所述背光电路降低PWM占空比。
7.根据权利要求6所述的电路，其中随着所述灰度特性降低到低于GLEAK，所述背光电路将所述PWM占空比从所述最大PWM占空比线性地降低。
8.根据权利要求6所述的电路，其中随着所述灰度特性降低到低于GLEAK，所述背光电路将所述PWM占空比从所述最大PWM占空比准线性地降低。
9.一种控制显示器的背光的方法，所述显示器包括排列在组块中的多个像素，所述方法包括：
确定应用于所述组块的像素数据的灰度特性；
至少部分地基于所述灰度特性来确定背光的量，其中，当所述灰度特性具有大于与通过像素的背光泄露的预定等级相关联的阈值值(“GLEAK”)的任何值时，所述背光的量被确定为第一量，并且当所述灰度特性具有任何小于GLEAK的值时，所述背光的量被确定为从所述第一量依据所述灰度特性比GLEAK低多少而成比例地降低；以及
将所确定的背光的量应用至所述组块。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述灰度特性是基于所述组块中的多个像素的灰度值的平均值。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述灰度特性基于所述组块中的多个像素的灰度值的加权和，并且其中，在该加权和中，与具有小于亮度阈值值(“GSPLIT”)的灰度值的像素相比，对具有大于GSPLIT的灰度值的像素给予更大的加权。
12.根据权利要求9所述的方法，其中：
所述组块是显示器平面中的多个类似的组块中的一个组块；
针对所述组块中的每个相应的组块，单独地执行确定所述背光的量的操作和将所确定的背光的量应用至所述组块的操作；
确定灰度特性分别确定针对每个所述组块的所述灰度特性；并且
确定所述背光的量至少部分地基于该组块的所述灰度特性、或者与该组块相邻的另一个组块的所述灰度特性，来确定用于每个相应的组块的所述背光的量。
13.根据权利要求9所述的方法，其中将所确定的背光的量应用至所述组块通过利用脉冲宽度调制(“PWM”)来应用所确定的背光的量。
14.根据权利要求13所述的方法，其中将所确定的背光的量应用至所述组块包括：
当所述灰度特性大于GLEAK时，维持最大PWM占空比；以及
当所述灰度特性小于GLEAK时，降低PWM占空比。
15.根据权利要求14所述的方法，其中随着所述灰度特性降低到低于GLEAK，将所述PWM占空比从所述最大PWM占空比线性地降低。
16.根据权利要求14所述的方法，其中随着所述灰度特性降低到低于GLEAK，将所述PWM占空比从所述最大PWM占空比准线性地降低。
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