CN111009220B

CN111009220B - 适用于显示器背光的区域调光系统与方法

Info

Publication number: CN111009220B
Application number: CN201811166236.7A
Authority: CN
Inventors: 林耘生
Original assignee: Himax Technologies Ltd
Current assignee: Himax Technologies Ltd
Priority date: 2018-10-08
Filing date: 2018-10-08
Publication date: 2021-05-25
Anticipated expiration: 2038-10-08
Also published as: CN111009220A

Abstract

一种适用于显示器背光的区域调光系统，包含光形仿真单元，其接收脉宽调变值，其根据影像内容所产生，该光形仿真单元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。光形仿真单元执行的光形仿真计算包含将轮廓数据与相应脉宽调变值予以相乘，再将乘积予以相加以形成光形。

Description

适用于显示器背光的区域调光系统与方法

技术领域

本发明涉及一种背光的调光，特别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与方法。

背景技术

液晶显示器(LCD)本身不会发光，需要使用背光以提供照射光给液晶显示器。背光的光源可包含发光二极管(LED)。

为增进对比，使用背光调光技术以动态控制背光的亮度。全局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。全局调光可增进相邻帧间的动态对比。区域调光是另一种背光调光技术，其控制单一帧的显示面板一部分的亮度。区域调光可增进静态对比。

传统调光方法(特别是区域调光方法)存在有亮度不均匀与闪烁的问题。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与方法，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含光形仿真单元、误差扩散单元及像素补偿单元。光形仿真单元接收脉宽调变值，其根据影像内容所产生，且光形仿真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。误差扩散单元对所述补偿影像执行误差扩散，所述误差扩散通过删除至少一个最低有效位(LSB)来达成，。光形仿真单元执行的光形仿真计算包含将轮廓数据与相应脉宽调变值予以相乘，再将乘积予以相加以形成光形。

根据本发明实施例，提供了一种适用于显示器背光的区域调光方法，包含：接收脉宽调变值，所述脉宽调变值根据影像内容所产生；根据所述脉宽调变值执行光形模拟计算以产生亮度增益；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；以及对所述补偿影像执行误差扩散，所述误差扩散通过删除至少一个最低有效位(LSB)来达成，其中所述光形仿真计算包含将轮廓数据与相应所述脉宽调变值予以相乘，再将乘积予以相加以形成光形。

附图说明

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块图。

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4(a)至图4(c)例示脉宽调变增益值与平均值的关系曲线。

图5(a)例示脉宽调变增益值。

图5(b)例示空间滤波器的要素，其相应于图5(a)的脉宽调变增益值。

图6显示本发明实施例的(图1)光形仿真单元执行光形仿真的流程图。

图7例示光形模拟计算。

图8例示光形模拟计算执行取样率降低并将光形限制于默认区域。

图9显示本发明实施例的光形仿真单元(图1)的方块图。

图10(a)例示原始轮廓与光形限制所形成的新轮廓的示意图。

图10(b)例示用以回复原始轮廓的轮廓分组机制的示意图。

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的方块图。区域调光系统100的方块可使用硬件(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可包含平均估算单元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来估算。平均估算单元11可包含最大亮度单元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)，显示如右手边的直方图。因此，可得到算术平均值HGL_mean如下：

其中floor代表取整函数，其输出小于或等于输入的最大整数。

平均估算单元11可包含直方图单元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。如图3所例示，将影像分割为多个区块，以其灰阶建构如右手边的直方图。该些区块可相应于背光的发光二极管。接着，从最大灰阶往最低灰阶方向，累计灰阶的计数值，当达到预设临界值时，相应灰阶设为直方图平均值HGL_high，其可表示如下：

若S31+S30+…+Sn≧临界值则HGL_high＝n

平均估算单元11可包含权重控制单元113，用以产生平均值。在本实施例中，平均值根据算术平均值HGL_mean与直方图平均值HGL_high来产生。在一例子中，平均值HGL_out可表示如下：

其中max函数输出二个输入当中的最大值，w1、w2代表权重。

本实施例的区域调光系统100可包含脉宽调变(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。脉宽调变增益值愈大，提供给发光二极管背光的总功率愈高。图4(a)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4(b)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4(c)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表来产生，以节省计算时间。

本实施例的区域调光系统100可包含空间滤波器13，其于空间域处理平均值HGL，以增强脉宽调变增益值，因而产生增强脉宽调变增益值。图5(a)例示脉宽调变增益值，图5(b)例示空间滤波器的要素，其相应于图5(a)的脉宽调变增益值。在一例子中，空间滤波器执行图5(a)及图5(b)所示例子以产生增强脉宽调变增益值HGL’的操作如下：

若HGL’_tmp1≧255则HGL’_temp1＝255

HGL’_tmp2＝Max(HGL0,HGL1,…HGL98)

若HGL’_tmp<HGL则HGL’＝HGL

否则HGL’＝HGL’_tmp

本实施例的区域调光系统100可包含场景改变检测单元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可包含时域滤波器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，在时间域执行以调整调光速度并防止闪烁，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可包含光形仿真(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增益。区域调光系统100还可包含像素补偿单元17，其根据(光形仿真单元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代表伽玛值。

在一实施例中，在高峰模式，对脉宽调变值进行加权后再馈至光形仿真单元16。假设于正常(或原始)模式的电流为原始_I，于高峰模式的电流为高峰_I，于正常模式的脉宽调变值为原始_PWM，则于高峰模式的脉宽调变值为高峰_PWM，可表示如下:

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可包含误差扩散单元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。因此，可有效降低轮廓效应以增进影像质量。

图6显示本发明实施例的光形仿真单元16(图1)执行光形模拟的流程图。首先，提供(时域滤波器15产生的)脉宽调变值与轮廓(profile)数据。在本说明书中，轮廓数据指一个背光的发光二极管的照射光。

在步骤61，对脉宽调变值与轮廓数据进行光形仿真计算。其中，轮廓数据乘以相应脉宽调变值，再将其乘积予以相加以形成光形。图7例示光形模拟计算(步骤61)。如图7所例示，轮廓数据1为第一列第一个发光二极管的照射光，轮廓数据2为第一列第二个发光二极管的照射光，余此类推。值得注意的是，照射光会扩展或扩散至相邻区块。

对于硬件的实施，(步骤61的)光形模拟计算可进行取样率降低(down sample)。此外，光形可限制于默认区域，而非整个背光。图8例示光形模拟计算执行取样率降低并将光形限制于默认区域。在一实施例中，光形的限制可使用滤波器来达成。

回到图6，在步骤62，步骤61所计算得到的光形进行内插，例如双立方内插，因而形成内插光形。最后，在步骤63，内插光形进行伽玛映射，因而形成模拟光形。

图9显示本发明实施例的光形仿真单元16(图1)的方块图。方块91用以执行光形模拟计算(步骤61)，且方块92用以执行内插(步骤62)(例如双立方内插)及伽玛映射(步骤63)。

关于前述的光形限制，相应的轮廓可能因为该限制而改变。图10(a)例示原始轮廓与光形限制所形成的新轮廓的示意图。为了回复原始轮廓，可使用图10(b)所例示的轮廓分组机制。在本实施例中，轮廓分组可由线性方程式来执行。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并非用以限定本发明的权利要求范围；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，均应包含在所附的权利要求范围内。

Claims

1.一种适用于显示器背光的区域调光系统，包含：

光形仿真单元，其接收脉宽调变值，所述脉宽调变值根据影像内容所产生，所述光形仿真单元根据所述脉宽调变值以产生亮度增益；

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；以及

误差扩散单元，用以对所述补偿影像执行误差扩散，所述误差扩散通过删除至少一个最低有效位(LSB)来达成，

其中所述光形仿真单元执行的光形仿真计算包含将轮廓数据与相应所述脉宽调变值予以相乘，再将乘积予以相加以形成光形。

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，其中所述光形仿真单元还执行以下步骤：

对所述光形进行内插，以形成内插光形。

3.根据权利要求2所述的适用于显示器背光的区域调光系统，其中所述内插包含双立方内插。

4.根据权利要求2所述的适用于显示器背光的区域调光系统，其中所述光形仿真单元还执行以下步骤：

对所述内插光形进行伽玛映射，以形成模拟光形。

5.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，其中所述背光包含发光二极管背光。

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，其中所述轮廓数据指所述背光的一个发光二极管的照射光。

7.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，其中所述光形模拟计算进行取样率降低。

8.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，其中所述光形限制于默认区域，而非整个所述背光。

9.根据权利要求8所述的适用于显示器背光的区域调光系统，其中所述光形的限制使用滤波器来达成。

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，其中所述显示器包含液晶显示器。

11.一种适用于显示器背光的区域调光方法，包含：

接收脉宽调变值，所述脉宽调变值根据影像内容所产生；

根据所述脉宽调变值执行光形模拟计算以产生亮度增益；

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；以及

对所述补偿影像执行误差扩散，所述误差扩散通过删除至少一个最低有效位(LSB)来达成，

其中所述光形仿真计算包含将轮廓数据与相应所述脉宽调变值予以相乘，再将乘积予以相加以形成光形。

12.根据权利要求11所述的适用于显示器背光的区域调光方法，还包含：

对所述光形进行内插，以形成内插光形。

13.根据权利要求12所述的适用于显示器背光的区域调光方法，其中所述内插包含双立方内插。

14.根据权利要求12所述的适用于显示器背光的区域调光方法，还包含：

对所述内插光形进行伽玛映射，以形成模拟光形。

15.根据权利要求11所述的适用于显示器背光的区域调光方法，其中所述背光包含发光二极管背光。

16.根据权利要求15所述的适用于显示器背光的区域调光方法，其中所述轮廓数据指所述背光的一个发光二极管的照射光。

17.根据权利要求11所述的适用于显示器背光的区域调光方法，其中所述光形模拟计算进行取样率降低。

18.根据权利要求11所述的适用于显示器背光的区域调光方法，其中所述光形限制于默认区域，而非整个所述背光。

19.根据权利要求18所述的适用于显示器背光的区域调光方法，其中所述光形的限制使用滤波器来达成。

20.根据权利要求11所述的适用于显示器背光的区域调光方法，其中所述显示器包含液晶显示器。