CN111009219A - 适用于显示器背光的区域调光系统 - Google Patents

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Abstract

一种适用于显示器背光的区域调光系统，包括：平均估算单元，其接收影像并估算其平均值；脉宽调变增益控制单元，其根据平均值以产生脉宽调变增益值；空间滤波器，其于空间域处理多个平均值，以增强多个脉宽调变增益值，因而产生增强脉宽调变增益值；场景改变检测单元，其根据平均估算单元所产生的直方图平均值，以检测场景改变；时域滤波器，其根据增强脉宽调变增益值及检测场景改变的结果，于时间域执行以产生脉宽调变值；光形模拟单元，其根据脉宽调变值以产生亮度增益；及像素补偿单元，其根据亮度增益以执行影像的像素补偿，因而产生补偿影像。

Description

适用于显示器背光的区域调光系统
技术领域
本发明涉及一种背光的调光，特别是涉及一种适用于液晶显示器的发光二极管背光的区域调光系统。
背景技术
液晶显示器(LCD)本身不会发光，需要使用背光(backlight)以提供照射光给液晶显示器。背光的光源可包括发光二极管(LED)。
为增进对比(contrast)，使用背光调光(dimming)技术以动态控制背光的亮度(luminance)。全域(global)调光是背光调光的其中一种技术，其同时控制整个显示面板的亮度。全域调光可增进相邻图框(frame)间的动态对比(dynamic contrast)。区域(local)调光是另一种背光调光技术，其控制单一图框的显示面板一部分的亮度。区域调光可增进静态对比(static contrast)。
传统调光方法(特别是区域调光方法)存在有亮度不均匀(luminanceunevenness)与闪烁(flicker)的问题。更重要的是，传统区域调光方法无法有效降低功率消耗。因此亟需提出一种新颖机制以克服传统区域调光方法的缺点。
发明内容
鉴于上述，本发明实施例的目的之一在于提出一种适用于液晶显示器的发光二极管背光的区域调光系统，可有效降低功率消耗。在一实施例中，区域调光系统可调整调光速度并可避免闪烁。
根据本发明实施例，适用于显示器背光的区域调光系统包括平均估算单元、脉宽调变增益控制单元、空间滤波器、场景改变检测单元、时域滤波器、光形模拟单元及像素补偿单元。平均估算单元接收影像并估算其平均值。脉宽调变增益控制单元根据平均值以产生脉宽调变增益值。空间滤波器于空间域处理多个平均值，以增强多个脉宽调变增益值，因而产生增强脉宽调变增益值。场景改变检测单元根据平均估算单元所产生的直方图平均值，以检测场景改变。时域滤波器根据增强脉宽调变增益值及检测场景改变的结果，于时间域执行以产生脉宽调变值。光形模拟单元根据脉宽调变值以产生亮度增益。像素补偿单元根据亮度增益以执行影像的像素补偿，因而产生补偿影像。
附图简单说明
图1显示本发明实施例的适用于液晶显示器的发光二极管背光的区域调光系统的方框图。
图2的示意图例示决定影像每一像素的最大亮度。
图3的示意图例示根据影像的直方图以产生直方图平均值。
图4A至图4C例示脉宽调变增益值与平均值的关系曲线。
图5A例示脉宽调变增益值。
图5B例示空间滤波器的要素，其相应于图5A的脉宽调变增益值。
具体实施方式
图1显示本发明实施例的适用于液晶显示器的发光二极管背光的区域调光系统100的方框图。区域调光系统100的方框可使用硬件(例如数字图像处理器)、软件或其组合来实施。
在本实施例中，区域调光系统100可包括平均估算单元11，其接收影像并估算其平均值。根据本实施例的特征之一，平均值可根据影像的直方图(histogram)来估算。平均估算单元11可包括最大亮度(brightness)单元111，用以决定影像每一像素的最大亮度，但不分颜色(例如红色、绿色及蓝色)。图2的示意图例示决定影像每一像素的最大亮度。如图2所例示，决定每一像素的最大亮度(例如像素0的v0、像素1的v1等)，显示如右手边的长条图。由此，可得到算术平均值(arithmetic mean value)HGLmean如下：
Figure BDA0001821068390000031
其中floor代表取整函数(floor function)，其输出小于或等于输入的最大整数。
平均估算单元11可包括直方图单元112，其根据影像的直方图以产生直方图平均值。图3的示意图例示根据影像的直方图以产生直方图平均值。图3中的“HGL”表示直方图灰度，“Mean”表示平均值。如图3所例示，将影像分割为多个区块，以其灰度建构如右手边的直方图。这些区块可相应于背光的发光二极管。接着，从最大灰度往最低灰度方向，累计灰度的计数值，当达到预设临界值时，相应灰度设为直方图平均值HGLhigh，其可表示如下：
若S31+S30+…+Sn≧临界值，则HGLhigh＝n
平均估算单元11可包括权重控制单元113，用以产生平均值。在本实施例中，平均值是根据算术平均值HGLmean与直方图平均值HGLhigh来产生。在一例子中，平均值HGLout可表示如下：
Figure BDA0001821068390000041
其中max函数输出二个输入当中的最大值，w1和w2代表权重。
本实施例的区域调光系统100可包括脉宽调变(PWM)增益控制单元12，其根据(平均估算单元11的)平均值以产生脉宽调变增益值。脉宽调变增益值用以控制提供给发光二极管背光的功率。脉宽调变增益值越大，提供给发光二极管背光的总功率越高。图4A例示脉宽调变增益值与平均值的关系曲线。在这个例子中，脉宽调变增益值与平均值呈线性关系。图4B例示脉宽调变增益值与平均值的另一关系曲线。在这个例子中，脉宽调变增益值与平均值也呈线性关系，但是在高平均值处为平缓上升。图4C例示脉宽调变增益值与平均值的又一关系曲线。在这个例子中，脉宽调变增益值与平均值呈伽玛(gamma)校正的非线性关系。在本实施例中，脉宽调变增益值可根据事先产生的查找表(lookup table)来产生，以节省计算时间。
本实施例的区域调光系统100可包括空间滤波器(spatial filter)13，其于空间域处理平均值HGL，以增强脉宽调变增益值，因而产生增强(enhanced)脉宽调变增益值。图5A例示脉宽调变增益值，图5B例示空间滤波器的要素，其相应于图5A的脉宽调变增益值。在一例子中，空间滤波器执行图5A及图5B所示例子以产生增强脉宽调变增益值HGL’的操作如下：
Figure BDA0001821068390000051
若HGL’_tmp1≧255则HGL’_temp1＝255
HGL’_tmp2＝Max(HGL0,HGL1,…HGL98)
Figure BDA0001821068390000052
若HGL’_tmp<HGL则HGL’＝HGL
否则HGL’＝HGL’_tmp
本实施例的区域调光系统100可包括场景改变检测(scene change detection)单元14，其根据(直方图单元112的)直方图平均值以检测场景改变。
本实施例的区域调光系统100可包括时域滤波器(temporal filter)15，其根据(空间滤波器13的)增强脉宽调变增益值及(场景改变检测单元14的)场景改变检测结果，于时间域执行以调整调光速度并防止闪烁(flicker)，因而产生脉宽调变值。
根据本实施例的另一特征，时域滤波器15可提供功率限制(constraint)模式，使得脉宽调变值可受限于最大值。在本实施例中，可根据脉宽调变值的总和以限制脉宽调变值，其中这些脉宽调变值分别相应于背光的发光二极管。
本实施例的区域调光系统100可包括光形模拟(light shape imitation)单元16，其根据(时域滤波器15的)脉宽调变值以产生亮度(luminance)增益。区域调光系统100还可包括像素补偿单元17，其根据(光形模拟单元16的)亮度增益以执行影像的像素补偿，因而产生补偿影像。亮度增益可表示如下：
亮度增益＝(亮度)(-1/r)
其中r代表伽玛(gamma)值。
在一实施例中，在高峰(peaking)模式，对脉宽调变值进行加权(weighting)后再馈送至光形模拟单元16。假设在正常(或原始)模式的电流为原始_I，在高峰模式的电流为高峰_I，在正常模式的脉宽调变值为原始_PWM，则在高峰模式的脉宽调变值为高峰_PWM，可表示如下:
Figure BDA0001821068390000061
其中(高峰_I/原始_I)代表高峰权重。
本实施例的区域调光系统100可包括误差扩散(error diffusion)单元18，用以对补偿影像执行误差扩散。误差扩散可通过删除(truncate)至少一个最低有效位(LSB)来达成，例如将14位的补偿影像经位删除后成为12位。由此，可有效降低轮廓(contour)效应以增进影像质量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的保护范围；凡其它未脱离发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在权利要求书的范围内。

Claims (17)

1.一种适用于显示器背光的区域调光系统，包括：
平均估算单元，其接收影像并估算其平均值；
脉宽调变增益控制单元，其根据所述平均值以产生脉宽调变增益值；
空间滤波器，其于空间域处理多个所述平均值，以增强多个所述脉宽调变增益值，因而产生增强脉宽调变增益值；
场景改变检测单元，其根据所述平均估算单元所产生的直方图平均值，以检测场景改变；
时域滤波器，其根据所述增强的脉宽调变增益值及所述检测场景改变的结果，于时间域执行以产生脉宽调变值；
光形模拟单元，其根据所述脉宽调变值以产生亮度增益；及
像素补偿单元，其根据所述亮度增益以执行所述影像的像素补偿，因而产生补偿影像。
2.根据权利要求1所述的适用于显示器背光的区域调光系统，其中,所述平均值是根据所述影像的直方图所估算的。
3.根据权利要求1所述的适用于显示器背光的区域调光系统，其中，所述背光包括发光二极管背光。
4.根据权利要求3所述的适用于显示器背光的区域调光系统，其中，所述平均估算单元包括最大亮度单元，其决定所述影像中每一像素的最大亮度，据以得到算数平均值。
5.根据权利要求4所述的适用于显示器背光的区域调光系统，其中，所述平均估算单元包括直方图单元，其根据影像的直方图以产生直方图平均值。
6.根据权利要求5所述的适用于显示器背光的区域调光系统，其中，所述直方图平均值的产生包括以下步骤：
将所述影像分割为多个区块，以其灰度建构该直方图，这些区块相应于所述背光的发光二极管；及
从最大灰度往最低灰度方向，累计灰度的计数值，当达到预设临界值时，相应灰度设为所述直方图平均值。
7.根据权利要求4所述的适用于显示器背光的区域调光系统，其中，所述平均估算单元包括权重控制单元，其根据所述算术平均值与所述直方图平均值，以产生所述平均值。
8.根据权利要求7所述的适用于显示器背光的区域调光系统，其中，所述平均值为所述算术平均值与一加权和当中的最大值，所述加权和为所述算术平均值与所述直方图平均值的加权和。
9.根据权利要求3所述的适用于显示器背光的区域调光系统，其中，所述脉宽调变增益值用以控制提供给所述发光二极管背光的功率，其中所述脉宽调变增益值越大，提供给所述发光二极管背光的功率越高。
10.根据权利要求1所述的适用于显示器背光的区域调光系统，其中，所述脉宽调变增益值是根据一查找表来产生，所述查找表包括多个所述脉宽调变增益值与相应平均值。
11.根据权利要求3所述的适用于显示器背光的区域调光系统，其中，所述时域滤波器提供功率限制模式，使得所述脉宽调变值受限于一最大值。
12.根据权利要求11所述的适用于显示器背光的区域调光系统，其根据所述脉宽调变值的总和以限制所述脉宽调变值，其中这些脉宽调变值分别相应于所述背光的发光二极管。
13.根据权利要求1所述的适用于显示器背光的区域调光系统，其中在高峰模式，对所述脉宽调变值进行加权后，再馈送至所述光形模拟单元。
14.根据权利要求13所述的适用于显示器背光的区域调光系统，其中，所述脉宽调变值在高峰模式为高峰_PWM，表示如下：
Figure FDA0001821068380000031
其中在正常模式的电流为原始_I，在高峰模式的电流为高峰_I，在正常模式的脉宽调变值为原始_PWM，(高峰_I/原始_I)代表高峰权重。
15.根据权利要求1所述的适用于显示器背光的区域调光系统，还包括误差扩散单元，其对所述补偿影像执行误差扩散。
16.根据权利要求15所述的适用于显示器背光的区域调光系统，其中，所述误差扩散单元通过删除所述补偿影像的至少一个最低有效位以执行所述误差扩散。
17.根据权利要求1所述的适用于显示器背光的区域调光系统，其中，所述显示器包括液晶显示器。
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