CN105609032B - 数据剪切方法和使用数据剪切方法的显示装置 - Google Patents

Abstract

提供了数据剪切方法和使用数据剪切方法的显示装置。通过将输入图像的被剪切数据与增益相乘，调节RGBW数据，基于从调节后的RGB数据中减去被剪切数据的结果来形成亮度增量并且将所述亮度增量与将被写入W子像素的W数据相加。

Description

数据剪切方法和使用数据剪切方法的显示装置

本申请要求2014年11月14日提交的韩国专利申请No.10-2014-0159175的权益，该申请的全部内容出于所有目的以引用方式并入本文中，如同在本文中完全阐明。

技术领域

本发明涉及数据剪切方法和使用数据剪切方法的显示装置。

背景技术

数据剪切方法是从输入图像的直方图中剪切最高灰度像素数据并且将其与增益相乘以调节像素数据的方法。将参照图1至图3描述数据剪切方法。

对于图1的原始测试图像，可如图2和图3中所示地剪切数据。图1的原始图像被划分成四个区域：红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)和白色(W)区域。红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)和白色(W)区域中的每个的最靠外部分的灰度是0。灰度向着中心逐渐增大，各区域中心的像素数据具有最高灰度255。图2的数据剪切方法是通过将像素数据与增益1.5相乘而硬剪切像素数据的示例。在图2的示例中，从灰度171到255的数据被剪切并且在最高灰度达到饱和。在这种情况下，高灰度级171至255在灰度级255达到饱和，观众将体验到画面质量严重劣化。在图2的数据剪切方法中，红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)灰度达到饱和，而白色灰度没有达到饱和。这是因为，在LCD中，一部分白色亮度通过混合RGB子像素产生的具有R+G+B波长的光进行表示，并且一部分白色亮度通过白色(W)子像素产生的光进行表示。因此，在LCD中，因为通过驱动所有R+G+B+W子像素表示白光，即使当W数据的灰度低于171，也可以得到对应于灰度255的白色亮度。在OLED显示器的情况下，可通过仅驱动W子像素表示白色亮度。

使用已知白色增益计算算法从作为输入图像接收的RGB数据获得白色数据。频谱交换方法已知为该算法的方法。在频谱交换方法中，为了将RGB子像素的具有RGB波长的光量减少W子像素产生的具有RGB波长的光量，减去RGB子像素中写入的RGB数据，并且产生与减去的数据值一样多的W数据，以产生与RGB子像素的减少的白色亮度一样多的W子像素的亮度。在LCD的情况下，一部分目标白色亮度通过混合RGB子像素产生的光进行表示，其他亮度通过W子像素的亮度进行表示。因此，在以上示例中，尽管W数据的灰度不是171，可以得到对应于灰度255的白色亮度，因此，W数据的灰度没有饱和。

图3示出其中在拐点之前增益是1.5并且在拐点之后增益小于1的软剪切的示例。由于当像素数据与增益相乘时造成的拐点，软剪切方法难以实现超过特定灰度级表现。

图4是示出数据剪切方法的控制过程的流程图。

参照图4，在数据剪切方法中，形成输入图像的直方图，在考虑到数据剪切的情况下，计算最大帧值frame_max。在数据剪切方法中，从直方图中的最高灰度起计数的像素的数量，重复对较低灰度的计数，直到计数值超过预定阈值。如果阈值是100，255处的像素＝10，254处的像素＝10，…，246＝10，245＝10，则首先依次对255,254,253,…246处的像素计数，但仍是100，不超过阈值100。此后，对245处的像素计数，则像素总量是110，超过阈值100。于是，246是frame_max。

就在计数值超过阈值之前的上个灰度被定义为最大帧值frame_max(S101和S102)。灰度高于最大帧值的像素数据被剪切。一旦定义了最大帧值frame_max，就计算帧增益frame_gain。通过将最高灰度(即，255)除以最大帧值frame_max来计算帧增益frame_gain(S103)。可通过将像素数据与帧增益相乘来调节像素数据，从而如图2和图3中所示地剪切像素数据(S105和S106)。大于最大帧值的灰度处剪切的像素数据在与增益相乘时超过最高灰度值，因此用最高灰度(即，255)取代。数据剪切提高了低于最大帧值的灰度处像素的亮度。背光亮度减小液晶显示器中像素的亮度增大量，从而降低功耗。

尽管数据剪切方法可用于增大像素亮度，但像素亮度可不根据图像而增大。图5是暗图像的直方图的示例。图6是亮图像的直方图的示例。在图5和图6中，x轴代表作为直方图的区间(bin)的灰度，y轴代表直方图的各区间的像素的累积数量(灰度)。

对于图5的暗图像，像素的亮度可增大在超过最大帧值frame_max的灰度处的数据剪切量。另一方面，对于图6的亮图像，高灰度的像素的累积数量大，因此较高灰度被定义为最大帧值。因此，当用帧增益调节像素数据时，像素的灰度在高灰度达到饱和。为了避免高灰度饱和，亮图像的亮度增加很小。

发明内容

本发明的一方面是提供数据剪切方法和使用该数据剪切方法的显示装置，该数据剪切方法还可通过使用写入白色子像素(下文中，被称为“W子像素”)的白色数据(下文中，被称为“W数据”)改进因数据剪切造成的高灰度饱和并且增大帧增益来进一步增加像素的亮度。

本公开的示例性实施方式提供了一种数据剪切方法，该数据剪切方法包括：从输入图像中剪切高灰度；通过将所述输入图像的像素数据与增益相乘，调节所述输入图像的RGB数据；基于从调节后的RGB数据中的每个中减去被剪切数据的结果来形成亮度增量并且将所述亮度增量与将被写入W子像素的W数据相加。

本公开的另一个示例性实施方式提供了一种显示装置，该显示装置包括：显示面板，具有包括R子像素、G子像素、B子像素和W子像素的各像素；显示面板驱动器，其用于将RGBW数据写入所述显示面板的像素。

所述显示面板驱动器包括用于执行所述数据剪切方法的数据剪切模块。

附图说明

附图被包括以提供对本发明的进一步理解，并入且构成本说明书的部分，附图示出本发明的实施方式并且与描述一起用于说明本发明的原理。在附图中：

图1是示出相关技术中灰度向着红色、绿色、蓝色和白色区域中的中心逐渐增大的原始图像样本的视图；

图2是示出相关技术中图1的原始图像的硬剪切的视图；

图3是示出相关技术中图1的原始图像的软剪切的视图；

图4是示出相关技术中传统数据剪切方法的流程图；

图5是相关技术中暗图像的直方图的示例；

图6是相关技术中亮图像的直方图的示例；

图7是示出根据本发明的示例性实施方式的数据剪切方法的流程图；

图8示出从根据本发明的数据剪切方法的测试得到的图像；

图9是图8的(a)的原始图像的直方图；

图10是示出当将原始图像的数据与帧增益相乘时出现的RGB数据的灰度饱和的示例的视图；

图11是图8的(c)的放大视图；

图12是图8的(f)的放大视图；

图13是示出根据本发明的示例性实施方式的显示装置的视图。

具体实施方式

下文中，将参照附图详细描述本发明的示例性实施方式。在整个说明书中，类似的参考标号指代类似的组件。在下面的描述中，在熟知功能或构造会不必要地混淆本发明主题的情况下，将省略对这些功能或构造的详细描述。

本发明的显示装置可被实现为具有白色子像素的平板显示器，例如，RGBW型液晶显示器(LCD)或RGBW型有机发光二极管(OLED)显示器。本发明的数据剪切方法通过将以下将描述的亮度增量W_add与用传统方法产生的各像素的W数据相加，提高高灰度区域中的灰度饱和度并且还增强像素的亮度。此外，本发明的数据剪切方法通过控制1帧图像中的W数据的总量来提高像素的亮度而饱和度没有减小。

为了减小被剪切RGB数据的灰度饱和度，本发明的数据剪切方法通过调节将写入W子像素的W数据，允许呈现单独由RGB子像素无法实现的高亮度。在本发明的数据剪切方法中，根据下面的等式1，从输入图像中剪切高灰度，通过将输入图像的像素数据与增益相乘来调节RGB数据。然后，在本发明的数据剪切方法中，如等式1中所示地，基于从被调节RGB数据中的每个中减去被剪切数据的结果，形成亮度增量W_add，并且将亮度增量W_add与W数据相加。等式1是计算将与像素的W数据相加的亮度增量W_add的方法。

[等式1]

W_add＝((R_in*gain-R_clip)*R_RATIO+(G_in*gain-G_clip)*G_RATIO+(B_in*gain-B_clip)

*B_RATIO)*W_RATIO

其中，gain是帧增益，R_in、G_in和B_in是输入图像的红色、绿色和蓝色数据(下文中，“RGB数据”)、R_clip、G_clip和B_clip是在超过最大帧值的灰度处从直方图剪切的RGB数据，R_RATIO、G_RATIO和B_RATIO是用于计算RGB的亮度增量的比例，W_total是当前帧(即，第N帧(N是正整数))中包括的每个W_add之和，W_MAX是将被允许的每个W_add之和，是使观众察觉没有饱和的阈值，该阈值是通过在考虑显示装置的类型和驱动特性的情况下进行测试而定义的，W_RATIOpre是前一帧(即，第(N-1)帧)的W_RATIO，α(alpha)是时间滤波器的系数，即，用于调整W_RATIO的帧之间的W数据的变化率的常数。α(alpha)是使观众察觉不到因W数据突变而造成的闪烁的常数，是通过实验得到的并且在从0至1的范围内。

在本发明的数据剪切方法中，以图7中示出的方式执行操作，以根据等式1形成W数据。

参照图7，在本发明的数据剪切方法中，当接收到输入图像时，形成这个图像的直方图，在考虑到像素数据剪切的情况下，用直方图计算最大帧值frame_max(S1和S2)。通过从直方图的最高灰度到较低灰度对各灰度的像素的累积数量进行计数并且将计数与预定阈值进行比较，可计算最大帧值。如果计数超过阈值，则就在计数值超过阈值之前的上个灰度可被定义为最大帧值。计算最大帧值的方法取决于它是硬剪切还是软剪切，并且可应用任何熟知的方法。

接下来，在本发明的数据剪切方法中，通过将像素数据的最高灰度255除以最大帧值frame_max来计算帧增益frame_gain，通过将输入像素数据与帧增益frame_gain相乘来调节RGB像素数据，然后剪切输入图像的像素数据(S3至S5)。可用等式(Din*frame_gain)–Dout表示被剪切数据。Din是输入数据，Dout是输出数据的最高灰度255。

在本发明的数据剪切方法中，通过从乘以帧增益的数据减去被剪切数据，计算等式1的Rin*gain–Rclip、Gin*gain–Gclip、Bin*gain–Bclip(S6)。接下来，在本发明的数据剪切方法中，基于等式1计算W_RATIO以计算各像素的亮度增量W_add，并且将亮度增量W_add与W数据相加，以形成具有较高亮度的W数据。接下来，在本发明的数据剪切方法中，组合被剪切数据和W数据来输出RGBW数据(S7至S10)。在步骤S7中，按以上等式计算W_RATIO，在步骤S8中，计算Wadd。在步骤S9中，将通过Wadd与W数据相加得到的输出(S10)与步骤S5中的计算结果(R_clip,G_clip,B_clip)一起输出。即，是产生组合输出(S10)的计算。因此，输出数据(S10)包括R_clip、G_clip、B_clip以及W数据+Wadd。这里，W数据＝Wdata_original+W_add，Wdata_original是从输入图像的RGB数据得到的W数据。

图8示出从根据本发明的数据剪切方法的测试得到的图像。图8的(a)是被划分成四个区域：R、G、B和W区域的图像，是与图1中所示相同的原始图像。W区域是无色区域，RGB区域是有色区域。原始图像的R、G、B和W区域中每个的最靠外部分的灰度是0。灰度向着中心逐渐增大，各区域中心的像素数据具有最高灰度255。图8的(b)是通过将原始图像的数据与帧增益frame_gain相乘而得到的RGBW数据。图8的(c)是剪切后的图像。图8的(d)是通过从(b)中减去(c)而得到的图像。图8的(d)是用等式1的(Rin*gain–Rclip)、(Gin*gain–Gclip)、(Bin*gain–Bclip)表示的。如可从图8的(d)中看到的，W区域表现出在数据剪切之后没有灰度饱和，而RGB区域表现出在数据剪切之后灰度饱和。图8的(e)是通过将(d)与RGB比例(R_ratio、G_ratio和B_ratio)相乘而得到的图像。图8的(f)是通过(c)+(e)得到的图像。

可匹配图7和8。当步骤S1中的输入图像如图8(a)所示时，步骤S4中的输出对应于图8(b)。步骤S5中的输出对应于图8(c)，步骤S6中的输出对应于图8(d)。步骤S8的输出对应于图8(e)，步骤S9中的输出(即，S10)对应于图8(f)。

下文中，将参照图9至图12更详细地描述本发明的数据剪切方法。

图9是图8的(a)的原始图像的直方图。图10是示出当将原始图像的数据与帧增益相乘时出现的RGB数据的灰度饱和的示例的视图。

通过将Wadd与从输入图像的RGB获得的Wdata_original相加获得W数据。从RGB计算的白色增益可与Wdata_original相乘。因为通过将增益与RGB中的每个相乘得到的结果反映在Wadd中，所以在RGB中反映各RGB的增益。

在本发明的数据剪切方法中，针对输入图像形成图9中所示的这种直方图，在考虑到将从直方图中剪切的像素数据的情况下，确定最大帧值frame_max，基于最大帧值frame_max来计算帧增益frame_gain。

在本发明的数据剪切方法中，将输入图像中的每个数据与增益相乘。然后，如图10中所示，在如同RGB区域的有色区域中出现灰度饱和。为了减小这种灰度饱和，首先根据本发明的数据剪切方法计算被剪切数据。如果通过将输入图像与帧增益相乘而调节的数据的灰度是280，则被剪切数据是280(＝Din*frame_gain)–255(＝Dout)＝25(＝被剪切数据)。接下来，在本发明的数据剪切方法，通过将被剪切RGB数据与RGB比例(常数)相乘来计算RGB颜色的亮度增量W。

当R超过最高灰度值280时，用R＝255取代R＝280。通过将被剪切R数据与R的亮度比R_RATIO相乘，计算R的亮度增量WR。WR＝25(＝被剪切数据)*0.1(＝R_RATIO)＝2.5。

原始图像的像素的数据：255，则乘以增益的数据是280。但是不能显示280，所以显示为如同是255，这意味着像素被剪切。

根据相对于显示面板的实验结果，R_RATIO、G_RATIO、B_RATIO确定为用于获得亮度增强效应而没有副作用的常数值。这些常数值可根据显示面板或型号变化，而不限于特定值。当G超过最高灰度值280时，用G＝255取代G＝280。通过将被剪切G数据与G的亮度比G_RATIO相乘，计算G的亮度增量WG。WG＝25(＝被剪切数据)*0.2(＝G_RATIO)＝5。

当B超过最高灰度值280时，用B＝255取代B＝280。通过将被剪切B数据与B的亮度比B_RATIO相乘，计算B的亮度增量WB。WB＝25(＝被剪切数据)*0.1(＝B_RATIO)＝2.5。

经计算，等式1中的W_total是1帧内每个像素数据之和WR+WG+WB。一旦计算出W_total，就基于常数(W_MAX，alpha)和前一帧的W_RATIOpre，计算当前帧的W_RATIO，然后计算每个像素的亮度增量W_add。

本发明包括比较W_total和W_MAX以便防止白色亮度过度增加从而使色度表示劣化的处理。如果W_total大于W_MAX，则会出现饱和度减小。因此，RGB的亮度比减小为R_RATIO'、G_RATIO'和B_RATIO'，如下面示例中所示的。因此，本发明的数据剪切方法通过控制1帧图像内的W数据的总量，提高像素的亮度而饱和度没有减小。

WR＝25*0.05(＝RRATIO’)＝1.25

WG＝25*0.1(＝GRATIO’)＝2.5

WB＝25*0.05(＝BRATIO’)＝1.25

当W_total大于W_MAX时，色度劣化，因此，通过将Rratio降低至Rratio’调整WR、WG、WB。因此，当W_total不大于W_MAX时，R_RATIO不校正至R_RATIO’。在以上示例中，例示了RGB _RATIO’＝RGB_RATIO*0.5，但本发明不限于此。例如，也可应用逐渐减小RGB _RATIO直到W_total小于W_MAX时的方法。

图11是图8的(a)的原始图像中出现数据剪切之后得到的图像。图11是图8的(c)的放大视图。图12是通过将亮度增量W_add与图11的数据剪切后的图像的W数据相加而得到的图像。图12是图8的(f)的放大视图；

图13是示出根据本发明的示例性实施方式的显示装置的视图。

参照图13，本发明的显示装置包括显示面板100、显示面板驱动器、背光单元和光源驱动器。

显示面板100的像素阵列包括数据线DL、与数据线DL交叉的选通线(或扫描线GL)和布置成矩阵形式以显示输入图像的像素。各像素包括R子像素、G子像素、B子像素和W子像素。R数据被写入R子像素，G数据被写入G子像素。B数据被写入B子像素，W数据被写入W子像素。将通过上述数据剪切方法产生的亮度增量W_add与W数据相加。

显示面板驱动器将RGBW数据写入显示面板100的像素。显示面板驱动器包括数据驱动器102、选通驱动器104和时序控制器110。

数据驱动器102将从时序控制器110接收的调节后的数字视频数据转换成伽玛补偿电压，以产生数据电压，并且将数据电压供应到显示面板100的数据线DL。选通驱动器104在时序控制器130的控制下向选通线GL供应与供应到数据线DL的数据电压同步的选通脉冲，并且将选通脉冲顺序地移位。

时序控制器110将从主机系统120接收到的输入图像的RGB数据转换成RGBW数据。时序控制器110包括执行上述数据剪切方法的数据剪切模块。数据剪切模块形成根据等式1计算出的亮度增量W_add，将亮度增量W_add与W_data相加，并且将调节后的RGB数据发送到数据驱动器102。

时序控制器110可通过使用白色增益计算算法，基于光谱交换将输入图像的RGB数据转换成RGBW数据。可使用任何熟知的白色增益计算算法。例如，本发明的发明人提交的韩国专利申请No.10-2005-0039728(2005年5月12日)、No.10-2005-0052906(2005年6月20日)、No.10-2005-0066429(2007年7月21日)、No.10-2006-0011292(2006年2月6日)中提交的白色增益计算算法是可应用的。白色(W)子像素产生的白光包括R、G和B波长的光。来自用于显示输入RGB数据的RGB子像素的光和来自用于在转换之后显示RGBW数据的RGBW子像素的光必须完全相同。至于光谱交换，产生将被写入W子像素的W数据，减去将被写入RGB子像素的RGB数据，以将RGB子像素的RGB波长的光的量减小达从W子像素产生的RGB波长的光的量。

时序控制器110通过使用与数字视频数据同步并且从主机系统120接收的时序信号(诸如，垂直同步信号、水平同步信号、数据使能信号和主时钟)，控制数据驱动器110和选通驱动器104的操作时序。

主机系统120可以是TV(电视)系统、导航系统、DVD播放器、蓝光播放器、个人计算机(PC)、家庭影院系统或电话系统。主机系统120可使用转换器(scaler)将输入图像转换成适于显示面板100的分辨率的格式并且将它与时序信号一起发送到时序控制器110。

在液晶显示器的情况下，可用任何熟知的液晶模式(诸如，TN(扭曲向列)模式、VA(垂直取向)模式、IPS(面内开关)模式和FFS(边缘场开关)模式)实现显示面板100。可用包括透射型液晶显示器、半透射型液晶显示器和反射型液晶显示器的各种形式实现液晶显示器。透射型液晶显示器或半透射型液晶显示器包括背光单元和光源驱动器。

背光单元可被实现为边光型背光单元或直下型背光单元。背光单元可设置在显示面板背部下方，向显示面板照射光。光源驱动器向背光单元的光源供应电流，以使光源发光。光源驱动器通过响应于来自背光控制器的调光信号来调节施加到光源的电流，从而调节光源的亮度。光源可被实现为LED(发光二极管)。

时序控制器110通过基于帧增益S来调整调光信号，从而将背光亮度降低1/S或更少。因此，按帧增益S的倒数调整背光的亮度，从而降低液晶显示器的功耗。

如上所述，在根据本发明的数据剪切方法和使用数据剪切方法的显示装置中，当因输入图像的数据剪切所以将数据与增益相乘时，在考虑到RGB数据剪切的量的情况下，计算W数据的亮度增量，并且将亮度增量与W数据相加。因此，本发明的显示装置可减小当剪切数据时的高灰度饱和度，通过进一步增加帧增益来进一步增大像素亮度，并且控制亮度增大而饱和度没有变化。

虽然已经参照实施方式的多个例证性实施方式描述了实施方式，但应该理解，本领域的技术人员可设想到将落入本公开原理的范围内的众多其它修改形式和实施方式。更特别地，在本公开、附图和随附权利要求书的范围内，可以对主题组合布置的组成部件和/或布置中进行各种变形和修改。除了对组成部件和/或布置进行变形和修改之外，对于本领域的技术人员而言，替代使用也将是清楚的。

Claims (5)

1.一种数据剪切方法，该数据剪切方法包括：

从输入图像剪切高灰度；

通过将所述输入图像的像素数据与增益相乘来调节所述输入图像的RGB数据；

基于从调节后的RGB数据中的每个减去被剪切数据的结果来形成亮度增量并且将所述亮度增量与将被写入W子像素的W数据相加，

其中，当用W_add指代所述亮度增量时，通过以下等式计算W_add：

W_add＝((R_in*gain-R_clip)*R_RATIO+(G_in*gain-G_clip)*G_RATIO+(B_in*gain-B_clip)*B_RATIO)*W_RATIO

其中，gain是帧增益，R_in、G_in和B_in是所述输入图像的红色R数据、绿色G数据和蓝色B数据、R_clip、G_clip和B_clip是在大于最大帧值的灰度处从直方图剪切的RGB数据，R_RATIO、G_RATIO和B_RATIO是用于计算RGB的亮度增量的比例，W_total是当前帧中包括的每个W_add之和，W_MAX是将被允许的每个W_add之和，W_RATIOpre是前一帧的W_RATIO，alpha是时间滤波器的系数，其在从0至1的范围内。

2.根据权利要求1所述的数据剪切方法，其中，如果调节后的R数据超过最高灰度值，则用最高灰度替换调节后的R数据，并且通过将剪切后的R数据与红色亮度比相乘来得到红色亮度增量，

如果调节后的G数据超过最高灰度值，则用最高灰度替换调节后的G数据，并且通过将剪切后的G数据与绿色亮度比相乘来得到绿色亮度增量，

如果调节后的B数据超过最高灰度值，则用最高灰度替换调节后的B数据，并且通过将剪切后的B数据与蓝色亮度比相乘来得到蓝色亮度增量，

W_total被计算为所述红色亮度增量、所述绿色亮度增量和所述蓝色亮度增量之和。

3.根据权利要求2所述的数据剪切方法，其中，如果W_total大于W_MAX，则所述红色亮度增量、所述绿色亮度增量和所述蓝色亮度增量减小。

4.一种显示装置，该显示装置包括：

显示面板，其具有包括R子像素、G子像素、B子像素和W子像素的各像素；

显示面板驱动器，其用于将RGBW数据写入所述显示面板的像素，

其中，所述显示面板驱动器从输入图像剪切高灰度，通过将所述输入图像的像素数据与增益相乘来调节所述输入图像的RGB数据，基于从调节后的RGB数据中减去被剪切数据的结果来形成亮度增量并且将所述亮度增量与将被写入W子像素的W数据相加，

其中，当用W_add指代所述亮度增量时，通过以下等式计算W_add：

W_add＝((R_in*gain-R_clip)*R_RATIO+(G_in*gain-G_clip)*G_RATIO+(B_in*gain-B_clip)*B_RATIO)*W_RATIO

其中，gain是帧增益，R_in、G_in和B_in是所述输入图像的红色R数据、绿色G数据和蓝色B数据、R_clip、G_clip和B_clip是在大于最大帧值的灰度处从直方图剪切的RGB数据，R_RATIO、G_RATIO和B_RATIO是用于计算RGB的亮度增量的比例，W_total是当前帧中包括的每个W_add之和，W_MAX是将被允许的每个W_add之和，W_RATIOpre是前一帧的W_RATIO，alpha是时间滤波器的系数，其在从0至1的范围内。

5.根据权利要求4所述的显示装置，其中，所述显示面板是RGBW型液晶显示器或RGBW型有机发光二极管显示器的显示面板。