CN109427306B - 亮度补偿方法及电路 - Google Patents

Abstract

本公开提出一种亮度补偿方法及电路，用于显示装置。该亮度补偿方法包括下列步骤。接收原始图像数据；接收背光时间参数；根据原始图像数据及背光时间参数执行亮度补偿。执行亮度补偿的步骤包括调整像素驱动数据、驱动伽玛等级、以及驱动器增强等级的至少其中之一。

Description

亮度补偿方法及电路

技术领域

本发明涉及使用背光单元的显示装置，且特别涉及一种用于显示装置的亮度补偿方法及电路。

背景技术

随着电子工业的科技进步，移动电话以及携带式装置在日常生活中已被广为使用。移动电话通常具有平板显示器以显示信息，而在许多种类的平板显示器中，液晶显示(liquid crystal display，LCD)为最成熟且最普及的技术。由于液晶本身并不会发光，通常在液晶显示面板的下方会设置有背光单元作为光源。

藉由施加不同的电压至液晶单元，液晶可旋转至不同角度以改变通过的光量，液晶需要花费一定的时间以改变状态，此时间通常称为液晶的反应时间。若是当液晶在改变状态时，背光亦同时开启发光，则可能在显示面板上会出现鬼影现象。目前针对鬼影问题已有提出闪烁背光技术(backlight blinking)作为一种解决的方式，在此技术中，背光开启的时间被缩短，以降低背光开启与液晶转态的重叠时间。然而，减少的背光开启时间同时也降低了图像的亮度，这可能会对使用者造成视觉不适。因此，对于使用背光单元的显示装置，有需要提出一种亮度补偿方法以及电路。

发明内容

本发明在于提供一种亮度补偿方法及电路，所提出的亮度补偿方法及电路能够根据原始图像数据及背光时间参数改善图像亮度。

根据本发明的一实施例，提出一种用于显示装置的亮度补偿方法，此方法包括下列步骤。接收原始图像数据；接收背光时间参数；根据原始图像数据及背光时间参数执行亮度补偿。执行亮度补偿的步骤包括调整像素驱动数据、驱动伽玛等级、以及驱动器增强等级的至少其中之一。

根据本发明的一实施例，提出一种用于显示装置的亮度补偿电路。亮度补偿电路包括内容分析电路以及背光系数检测电路。内容分析电路用以接收原始图像数据。背光系数检测电路用以接收背光时间参数。亮度补偿电路根据原始图像数据及背光时间参数调整像素驱动数据、驱动伽玛等级、以及驱动器增强等级的至少其中之一。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1绘示在液晶显示面板应用背光闪烁技术所导致的鬼影图像区域的一种范例。

图2绘示依据本发明一实施例的亮度补偿电路示意图。

图3绘示依据本发明一实施例计算明度值的亮度补偿电路示意图。

图4绘示依据本发明一实施例包括有权重控制电路的亮度补偿电路示意图。

图5绘示依据本发明一实施例的亮度补偿方法的流程图。

图6绘示依据本发明一实施例计算等效亮度值与增益系数的流程图。

图7绘示依据本发明一实施例取得补偿权重系数的流程图。

图8绘示依据本发明一实施例产生像素驱动数据的流程图。

图9绘示依据本发明一实施例产生驱动伽玛等级的流程图。

图10绘示依据本发明一实施例产生驱动器增强等级的流程图。

具体实施方式

图1绘示于液晶显示面板应用背光闪烁技术所导致的鬼影图像区域的一种范例。图中平行四边形的区域，是代表从显示面板顶端到底端的液晶正在改变状态。使用背光闪烁技术时，背光单元在两个显示帧(第N帧及第N+1帧)之间被开启。如图1所示，由于存在液晶反应时间的关系，在移动电话屏幕底部可能会显示来自前一帧的图像，产生前鬼影(pre-ghost)图像；而在移动电话屏幕顶部则可能会显示来自下一帧的另一个图像，产生后鬼影(post-ghost)图像。缩短背光的开启时间能够缩小鬼影区域，但同时也会降低图像亮度。本公开提出一种亮度补偿电路及亮度补偿方法，以改善图像亮度。

图2绘示依据本发明一实施例的亮度补偿电路示意图。亮度补偿电路10包括内容分析电路102以及背光系数检测电路104。内容分析电路102用以接收原始图像数据I_data。背光系数检测电路104用以接收背光时间参数BBL_C。亮度补偿电路10根据原始图像数据I_data及背光时间参数BBL_C调整像素驱动数据D_data、驱动伽玛等级GMAS、以及驱动器增强等级Boost_L的至少其中之一。

原始图像数据I_data可包括原始(raw)的像素数据，例如红、绿、蓝各个次像素的灰阶值，即RGB值。背光时间参数BBL_C对应于闪烁背光技术中所使用的参数，举例而言，背光时间参数BBL_C可包括背光起始线(start line)、背光结束线(end line)、前沿长度(front porch length)、以及后沿长度(back porch length)。藉由接收原始图像数据I_data以及背光时间参数BBL_C，亮度补偿电路10能够分析当前图像的特性，并且得知背光单元开启的时间长度，根据这些信息，亮度补偿电路10可以调整以下几项参数的至少其中之一以改善图像亮度：(a)像素驱动数据D_data；(b)驱动伽玛等级GMAS；(c)驱动器增强等级Boost_L。以下所记载的数字皆仅为例示作用，而非用以限定本发明。

作法(a)为调整像素数据。举例而言，在原始图像数据I_data的灰阶值是100，而在亮度补偿之后的像素驱动数据D_data的灰阶值变成110，提升了图像亮度。

作法(b)为调整伽玛电压。举例而言，原本对应灰阶值100的伽玛电压为1.0V，在亮度补偿之后的伽玛电压变成1.5V，提升了图像亮度。

作法(c)为调整背光单元的驱动电压和/或驱动电流。背光单元可具有一个输入参数：增强等级，这个输入参数控制了背光单元的驱动强度。亮度补偿电路10可提供驱动器增强等级Boost_L至背光单元，以增加驱动电压和/或驱动电流，而能够提升图像亮度。

所调整参数(对应于上述的作法(a)、(b)、(c))的数量可以是1个、2个、或3个。亮度补偿电路10根据原始图像数据I_data及背光时间参数BBL_C调整这3个参数至少其中之一，以改善图像亮度。

本公开亦提供一种亮度补偿方法，图5绘示依据本发明一实施例的亮度补偿方法的流程图。步骤S201：接收原始图像数据。步骤S202：接收背光时间参数。步骤S203：根据原始图像数据及背光时间参数执行亮度补偿。步骤S203可包括调整像素驱动数据、驱动伽玛等级、以及驱动器增强等级的至少其中之一。图2所示的亮度补偿电路10为可执行如图5所示方法的一种实施例。举例而言，步骤S201可由内容分析电路102执行，步骤S202可由背光系数检测电路104执行。

在一实施例中，内容分析电路102可根据原始图像数据I_data计算明度值(luminance)APL，因此亮度补偿电路10得知当前图像的亮度性质，并且亦得知背光开启时间的长度，因此亮度补偿电路10可决定需要多少程度的背光补偿。亮度补偿电路10用以根据明度值APL以及背光时间参数BBL_C调整像素驱动数据D_data、驱动伽玛等级GMAS、以及驱动器增强等级Boost_L的至少其中之一。

图3绘示依据本发明一实施例计算明度值的亮度补偿电路示意图。在此实施例中，内容分析电路102根据原始图像数据I_data计算明度值APL，背光系数检测电路104根据多个背光时间参数BBL_C计算背光显示亮度值BBL_DBV。

在一实施例中，明度值APL的计算方式如下所述，内容分析电路102先将像素值由RGB域转换至YUV域，举例而言，明度(luma)Y＝0.299×R+0.587×G+0.114×R。若以数字电路实作，在一种8位数字电路的实作范例中，内容分析电路102可将原始图像数据I_data先截短(truncate)为8位，接着执行如下的运算：Y＝[2×R+5×G+1×R]>>3，其中的“>>”代表向右位移的运算。内容分析电路102可以藉由对于当前图像每个像素的Y值进行平均，以计算明度值APL。

在一实施例中，背光显示亮度值BBL_DBV的计算方式如下所述，背光系数检测电路104先根据背光起始线、背光结束线、前沿长度、以及后沿长度，计算背光开启时的致能线(enabled lines)数量EN_Line。背光系数检测电路104接着藉由将致能线数量EN_Line除以总线(total lines)数量，以计算背光显示亮度值BBL_DBV。举例而言，总线数量等于屏幕上的垂直显示线的数量、前沿长度、以及后沿长度的总和。

如图3所示，亮度补偿电路10还包括第一查找表电路106及补偿控制电路110。第一查找表电路106提供对应于明度值APL的显示亮度值DBV。补偿控制电路110根据显示亮度值DBV及背光显示亮度值BBL_DBV计算等效亮度值EBV，并且根据等效亮度值EBV及背光显示亮度值BBL_DBV产生增益系数Gain。

第一查找表电路106可以是预先建立好的，第一查找表电路106接收明度值APL而输出对应的显示亮度值DBV，显示亮度值DBV代表当前图像帧的明亮程度。举例而言，较大的明度值APL即对应到较大的显示亮度值DBV。显示亮度值DBV是经过标准化(normalized)的值，以利于之后与背光显示亮度值BBL_DBV结合运算。显示亮度值DBV是原始图像的性质，而背光显示亮度值BBL_DBV是使用闪烁背光技术的背光单元的性质，补偿控制电路110可根据这两个值计算等效亮度值EBV。

等效亮度值EBV可代表有效的显示亮度数值，等效亮度值EBV可以是显示亮度值DBV与背光显示亮度值BBL_DBV的线性组合或是非线性组合。增益系数Gain可相关于等效亮度值EBV与背光显示亮度值BBL_DBV的比例关系。在一实施例中，增益系数

其中r是一个正实数，例如r为小于1的常数。亮度补偿电路10根据增益系数Gain调整像素驱动数据D_data、驱动伽玛等级GMAS、以及驱动器增强等级Boost_L的至少其中之一。

图6绘示依据本发明一实施例计算等效亮度值与增益系数的流程图。步骤S211：根据原始图像数据计算明度值。步骤S212：藉由第一查找表取得对应于明度值的显示亮度值。步骤S213：根据背光时间参数计算背光显示亮度值。步骤S214：根据显示亮度值及背光显示亮度值计算等效亮度值。步骤S215：根据等效亮度值及背光显示亮度值产生增益系数。参考图5，步骤S203可包括根据增益系数调整像素驱动数据、驱动伽玛等级、以及驱动器增强等级的至少其中之一。

图3所示的亮度补偿电路10为可执行如图6所示方法的一种实施例。举例而言，步骤S211可由内容分析电路102执行，步骤S212可由第一查找表电路106执行，步骤S213可由背光系数检测电路104执行，步骤S214及步骤S215可由补偿控制电路110执行。

图4绘示依据本发明一实施例包括有权重控制电路的亮度补偿电路示意图。在此实施例中，亮度补偿电路10还包括第一权重控制电路112、第二权重控制电路114、第二查找表电路108、数据补偿电路122、伽玛补偿电路124、以及电压电流补偿电路126，上述提到的这些模块皆可以选择性地设置于亮度补偿电路10当中。

在一实施例中，等效亮度值EBV是显示亮度值DBV与背光显示亮度值BBL_DBV的加权总和。第一权重控制电路112接收亮度权重系数WT_BV，补偿控制电路10根据亮度权重系数WT_BV计算显示亮度值DBV与背光显示亮度值BBL_DBV的加权总和以取得等效亮度值EBV。举例而言，EBV＝WT_BV×DBV+(1-WT_BV)×BBL_DBV。在数字电路的表示中，亮度权重系数WT_BV可以是0到100的正整数以代表0％～100％，第一权重控制电路112可执行必要的十进位表示法与二进位表示法的数值转换，以完成在补偿控制电路110执行的权重总和计算。

第二权重控制电路114接收对应于调整像素驱动数据D_data的第一补偿权重系数WT_CP1，第二权重控制电路114并接收对应于调整驱动伽玛等级GMAS的第二补偿权重系数WT_CP2。第二权重控制电路114根据第一补偿权重系数WT_CP1及第二补偿权重系数WT_CP2，计算对应于调整驱动器增强等级Boost_L的第三补偿权重系数WT_CP3。举例而言，WT_CP3＝(1–WT_CP1–WT_CP2)。这些补偿权重系数WT_CP1、WT_CP2、WT_CP3控制每一个参数(像素驱动数据D_data、驱动伽玛等级GMAS、驱动器增强等级Boost_L)的调整幅度。在数字电路的表示中，这些补偿权重系数WT_CP1、WT_CP2、WT_CP3可以是0到100的正整数以代表0％～100％，第二权重控制电路114可执行必要的十进位表示法与二进位表示法的数值转换。

图7绘示依据本发明一实施例取得补偿权重系数的流程图。步骤S221：接收对应于调整像素驱动数据的第一补偿权重系数。步骤S222：接收对应于调整驱动伽玛等级的第二补偿权重系数。步骤S223：根据第一补偿权重系数及第二补偿权重系数，计算对应于调整驱动器增强等级的第三补偿权重系数。图4所示的第二权重控制电路114为可执行如图7所示方法的一种实施例。

数据补偿电路122藉由将增益系数Gain与第一补偿权重系数WT_CP1相乘以产生第一调整系数CG1，数据补偿电路122接着藉由将原始图像数据I_data与第一调整系数CG1相乘以产生像素驱动数据D_data。举例而言，原始图像数据I_data包括的RGB值为Ri、Gi、Bi，像素驱动数据D_data包括的RGB值为Ro、Go、Bo，则Ro＝Ri×CG1、Go＝Gi×CG1、Bo＝Bi×CG1。第一调整系数CG1大于1，因此可改善图像亮度。

图8绘示依据本发明一实施例产生像素驱动数据的流程图。步骤S231：藉由将增益系数与第一补偿权重系数相乘以产生第一调整系数。步骤S232：藉由将原始图像数据与第一调整系数相乘以产生像素驱动数据。图4所示的数据补偿电路122为可执行如图8所示方法的一种实施例。

第二查找表电路108提供对应于明度值APL的伽玛值GMV，第二查找表电路108可以预先建立好，举例而言，越大的明度值APL对应到越大的伽玛值GMV。第二查找表电路108接收明度值APL并输出对应的伽玛值GMV，伽玛值GMV可代表亮度补偿之前的原始伽玛值。

伽玛补偿电路124将增益系数Gain与第二补偿权重系数WT_CP2相乘以产生第二调整系数CG2，伽玛补偿电路124并将伽玛值GMV与第二调整系数CG2相乘以产生驱动伽玛等级GMAS。第二调整系数CG2大于1，因此可改善图像亮度。

图9绘示依据本发明一实施例产生驱动伽玛等级的流程图。步骤S241：藉由第二查找表取得对应于明度值的伽玛值。步骤S242：藉由将增益系数与第二补偿权重系数相乘以产生一第二调整系数。步骤S243：藉由将伽玛值与第二调整系数相乘以产生驱动伽玛等级。图4所示的第二查找表电路108以及伽玛补偿电路124为可执行如图9所示方法的一种实施例。

电压电流补偿电路126将增益系数Gain与第三补偿权重系数WT_CP3相乘以产生第三调整系数CG3，电压电流补偿电路126接着藉由将增强值B0与第三调整系数CG3相乘以产生驱动器增强等级Boost_L。增强值B0可以是预设的固定值，举例而言，增强值B0相关于背光单元的可调整增强等级的数量。

在一实施例中，增强值B0可由电压电流补偿电路126计算。举例而言，可以根据等效亮度值EBV以及背光显示亮度值BBL_DBV的差值而计算增强值B0，在此实施例中，补偿控制电路110可提供等效亮度值EBV以及背光显示亮度值BBL_DBV至电压电流补偿电路126。

在另一实施例中，首先增强值B0可根据等效亮度值EBV以及背光显示亮度值BBL_DBV的差值而计算。若是如此计算得到的增强值B0大于一个预先决定的临界值，则可将增强值B0改变为一个预先设定值，此预先设定值对应于背光单元。

图10绘示依据本发明一实施例产生驱动器增强等级的流程图。步骤S251：藉由将增益系数与第三补偿权重系数相乘以产生第三调整系数。步骤S252：藉由将增强值与第三调整系数相乘以产生驱动器增强等级。图4所示的电压电流补偿电路126为可执行如图10所示方法的一种实施例

根据如上所述的实施例，藉由接收原始图像数据以及背光时间参数，亮度补偿方法可以调整像素驱动数据、驱动伽玛等级、以及驱动器增强等级的至少其中之一。藉由使用本公开提出的亮度补偿方法，可改善图像亮度，因此能够缩短背光开启时间，也就能够有效降低鬼影区域面积。除此之外，藉由控制补偿权重系数，可以弹性设定输出参数(像素驱动数据、驱动伽玛等级、以及驱动器增强等级)的调整程度。由于能够如此弹性地调整输出参数之间的权重，本公开提出的亮度补偿方法可适用于广泛的电路应用。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (16)

1.一种用于显示装置的亮度补偿方法，其特征在于，该亮度补偿方法包括：

接收原始图像数据；

根据该原始图像数据计算明度值；

藉由第一查找表取得对应于该明度值的显示亮度值；

接收多个背光时间参数；

根据该多个背光时间参数计算背光显示亮度值；

根据该显示亮度值及该背光显示亮度值计算等效亮度值；

根据该等效亮度值及该背光显示亮度值产生增益系数；以及

根据该原始图像数据及该多个背光时间参数执行亮度补偿；

其中执行亮度补偿的步骤包括根据该增益系数调整像素驱动数据、驱动伽玛等级、以及驱动器增强等级的至少其中之一。

2.如权利要求1所述的亮度补偿方法，还包括接收亮度权重系数，其中计算该等效亮度值的步骤包括根据该亮度权重系数计算该显示亮度值与该背光显示亮度值的加权总和。

3.如权利要求1所述的亮度补偿方法，其中该增益系数是根据该等效亮度值除以该背光显示亮度值而取得。

4.如权利要求1所述的亮度补偿方法，还包括：

接收对应于调整该像素驱动数据的第一补偿权重系数；

接收对应于调整该驱动伽玛等级的第二补偿权重系数；以及

根据该第一补偿权重系数及该第二补偿权重系数，计算对应于调整该驱动器增强等级的第三补偿权重系数。

5.如权利要求4所述的亮度补偿方法，还包括：

藉由将该增益系数与该第一补偿权重系数相乘以产生第一调整系数；以及

藉由将该原始图像数据与该第一调整系数相乘以产生该像素驱动数据。

6.如权利要求4所述的亮度补偿方法，还包括：

藉由第二查找表取得对应于该明度值的伽玛值；

藉由将该增益系数与该第二补偿权重系数相乘以产生第二调整系数；以及

藉由将该伽玛值与该第二调整系数相乘以产生该驱动伽玛等级。

7.如权利要求4所述的亮度补偿方法，还包括：

藉由将该增益系数与该第三补偿权重系数相乘以产生第三调整系数；以及

藉由将增强值与该第三调整系数相乘以产生该驱动器增强等级。

8.如权利要求1所述的亮度补偿方法，其中该多个背光时间参数包括背光起始线、背光结束线、前沿长度、以及后沿长度。

9.一种用于显示装置的亮度补偿电路，其特征在于，该亮度补偿电路包括：

内容分析电路，用以接收原始图像数据；以及

背光系数检测电路，用以接收多个背光时间参数；

其中该内容分析电路根据该原始图像数据计算明度值，该背光系数检测电路根据该多个背光时间参数计算背光显示亮度值，该背光系数检测电路包括：

第一查找表电路，用以提供对应于该明度值的显示亮度值；以及

补偿控制电路，用以根据该显示亮度值及该背光显示亮度值计算等效亮度值，并且根据该等效亮度值及该背光显示亮度值产生增益系数；

其中该亮度补偿电路根据该原始图像数据及该多个背光时间参数调整像素驱动数据、驱动伽玛等级、以及驱动器增强等级的至少其中之一；以及

其中该亮度补偿电路根据该原始图像数据及该多个背光时间参数调整像素驱动数据、驱动伽玛等级、以及驱动器增强等级的至少其中之一的步骤包括：

该亮度补偿电路根据该增益系数调整该像素驱动数据、该驱动伽玛等级、以及该驱动器增强等级的至少其中之一。

10.如权利要求9所述的亮度补偿电路，还包括第一权重控制电路，用以接收亮度权重系数，其中该补偿控制电路根据该亮度权重系数计算该显示亮度值与该背光显示亮度值的加权总和以取得该等效亮度值。

11.如权利要求9所述的亮度补偿电路，其中该补偿控制电路根据该等效亮度值除以该背光显示亮度值以取得该增益系数。

12.如权利要求9所述的亮度补偿电路，还包括第二权重控制电路，用以接收对应于调整该像素驱动数据的第一补偿权重系数，并接收对应于调整该驱动伽玛等级的第二补偿权重系数，其中该第二权重控制电路根据该第一补偿权重系数及该第二补偿权重系数，计算对应于调整该驱动器增强等级的第三补偿权重系数。

13.如权利要求12所述的亮度补偿电路，还包括数据补偿电路，该数据补偿电路用以：

藉由将该增益系数与该第一补偿权重系数相乘以产生第一调整系数；以及

藉由将该原始图像数据与该第一调整系数相乘以产生该像素驱动数据。

14.如权利要求12所述的亮度补偿电路，还包括：

第二查找表电路，用以提供对应于该明度值的伽玛值；以及

伽玛补偿电路，用以将该增益系数与该第二补偿权重系数相乘以产生第二调整系数，并将该伽玛值与该第二调整系数相乘以产生该驱动伽玛等级。

15.如权利要求12所述的亮度补偿电路，还包括电压电流补偿电路，该电压电流补偿电路用以：

将该增益系数与该第三补偿权重系数相乘以产生第三调整系数；以及

藉由将增强值与该第三调整系数相乘以产生该驱动器增强等级。

16.如权利要求9所述的亮度补偿电路，其中该多个背光时间参数包括背光起始线、背光结束线、前沿长度、以及后沿长度。

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