CN1961346A - 包括光源的显示设备 - Google Patents

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Abstract

一种显示设备(DD)，包括光源(LS)、具有用于对从该光源(LS)发出的光进行调制的显示像素的显示面板(DP)以及与该显示面板(DP)和该光源(LS)相耦合的处理电路(P)。该处理电路(P)具有用于接收表示将在该显示面板(DP)上显示的图像的像素的灰度级的输入信号(V1)的输入端并且包括：用于放大该输入信号(V1)的放大器(A)，以便提供用于驱动所述显示像素的输出信号(V2)；用于在该图像的一部分内检测该输出信号(V2)的属性的检测器(S)；以及控制电路(CM)，其根据所述属性控制该放大器(A)的增益和该光源(LS)的亮度级。所述属性可以是超出第一预定数量的所述输出信号(V2)的像素的第一数量，其中，像素的该第一数量是其灰度级超出第一预定灰度级的像素的数量。

Description

包括光源的显示设备
本发明涉及一种显示设备，其包括光源、具有用于对来自该光源的光进行调制的显示像素的显示面板以及与该显示面板和该光源相耦合的处理装置。本发明还涉及一种对显示设备的光源进行调节的方法、一种包括该显示设备的产品、一种集成电路以及一种使得可编程设备能够执行所述方法的计算机程序产品。
EP 1,367,558 A2披露了一种具有液晶显示(LCD)面板和以背光作为光源的显示设备。背光的亮度可以调节。背光的调节与LCD面板亮度的调节相关。对于代表显示数据的输入信号的每一帧，分析该显示数据的像素的红、绿和蓝颜色分量的数值。使用一帧内的颜色分量的最高数值来调节背光的亮度，并且对LCD面板的亮度进行相关调节。这种已知显示设备的缺点在于，这种调节需要相当复杂的处理。
本发明的一个目的在于提供一种开头段落中所述类型的显示设备，其能够以相对简单的方式对光源进行调节，并且对输入信号进行相关调节。
本发明由独立权利要求限定。从属权利要求限定优选实施例。
在具有输入端的处理装置中实现该目的，所述输入端用于接收表示将要在显示面板上进行显示的图像像素的灰度级的输入信号，该处理装置包括：
-用于放大该输入信号的装置，以便提供用于驱动显示像素的输出信号；
-用于在一部分图像内检测该输出信号的属性的装置；以及
-控制装置，其根据所述属性控制该放大装置的增益和光源的亮度级。
所述处理装置作为反馈系统操作。输入信号首先被放大，并且使用该放大器的输出信号来检查该输出信号的属性，该放大器的输出信号是被提供给显示面板的信号。
在一个实施例中，所述属性是超出预定数量的该输出信号的像素的第一数量，其中，像素的该第一数量是其灰度级超出第一预定灰度级的像素的数量。该预定灰度级优选地是一个接近最大值的数值。如果输出信号所包含的其灰度级高于第一预定灰度级的像素数量多于该第一预定数量，则减小放大器的增益。如果输出信号不包含或者仅包含少数几个其灰度级高于第一预定灰度级的像素，则增大放大器的增益。从而，产生了将其增益自动设置为所需数值的反馈环。该所需数值是这样一个数值：在该数值下，仅有有限数量的像素(即第一预定数量的像素)超出第一预定灰度级。该反馈环按照以下方式设置增益：将显示面板驱动到其最大可用透射率，而几乎与输入信号的像素的最大灰度级无关。
可以通过所述控制装置来调节光源，从而部分地或者优选地是充分地补偿增益的改变。特别当使用LCD面板时，由于显示面板始终被驱动到其最大透射率，所以这样做是有益的。如果必须显示明亮的图像，则最大透射率与光源的最大亮度值相结合在显示面板上提供明亮的画面。如果必须显示具有相对较低亮度的图像，则可以通过增大所述增益来保持最大透射率，同时减小光源的亮度，以便补偿由于增益改变所引起的画面亮度的改变。这种操作也称作“背光变暗”。在这种操作条件下，显示面板可获得的黑电平更低，因为即使显示面板的透射率处于最低水平，总是有光源的小百分比的光通过显示面板泄漏出来。降低了的光源电平的小百分比小于最大光源电平的相同百分比。从而改善了最低可能的亮度级(接近黑电平的级别)，这表明改善了显示面板的对比度。例如，对于当前的显示面板而言，将对比度从400∶1提高到5000∶1是可行的。
此外，在低亮度级下可以更准确地再现颜色，这是因为可以获得用于每种颜色分量的更多的暗灰度级以用于提供各颜色分量的组合，从而得到所需的颜色。此外，改善了显示面板的视角，因为在透射率的值增大时视角增大。最后，还节省了功率，因为根据要显示的图像，光源的光输出被减小，从而导致功耗更低。所有这些优点都可以通过相对简单的处理来获得，例如通过检测输出信号的属性(诸如其灰度级超出预定级别的像素的数量)以及通过反馈该信息以便控制放大器的增益。
所述灰度级可以是与亮度相应的信号的灰度级，但是其优选地是表示像素的亮度和颜色的颜色分量的灰度级。如果仅使用亮度级，那么在中等亮度级的情况下，有可能发生其中一种颜色分量具有高灰度级同时其他分量具有低灰度级的情形。在此情形下，亮度依然相对较低，从而设置相对较高的增益。结果，由于高增益，具有高灰度级的颜色分量受到限幅。如果用于控制放大器增益的反馈是基于具有超出预定级别的最高像素数量的颜色分量，则可以避免或者至少减少这种限幅。所述处理装置可以由硬件电路、软件或者硬件电路与软件的组合来构成。
可以令输出信号的所述属性取决于一个加权因子，例如，与具有较低灰度值的像素相比，具有较高灰度值的像素可以被给与更高权重，或者也可以令输出信号的所述属性取决于超出所述预定数量的像素数量。或者，所述属性可以是简单的二进制指标，其用于指示应当增大还是减小所述放大装置的增益。
在一个实施例中，所述处理装置还包括白限幅减小装置。输入信号被耦合到该白限幅减小装置中，以用于减小对输入信号的限幅，并且该白限幅减小装置的输出被耦合到所述放大装置。从而，该白限幅减小装置可以与该放大装置串连耦合。在WO 02/085037中披露了所述白限幅减小装置及其实施例，在此不必进一步详细描述。这样的级联允许独立地确定所述白限幅减小和反馈环的规格，后者使显示面板操作在其最大透射率附近。
或者，所述处理装置还适于利用所述放大装置、检测装置和控制装置执行白限幅。这是基于这样的认识：即该处理装置执行对应于白限幅的操作(其中在输入信号具有相对较大灰度级时减小增益，从而减小限幅)，其与背光变暗(其中在输入信号具有相对较小灰度级时通过将增益增大到限幅开始的某一点来最大化透射率)类似。对于特定图像仅需要执行两个操作中的一个，因此或者对该图像进行限幅或者执行背光变暗。
在一个实施例中，所述检测装置适于检测输出信号中其灰度级超出第二预定灰度级的像素的第二数量，其中所述第二预定灰度级低于所述第一预定灰度级，并且如果像素的第一数量超出第一预定数量，则所述控制装置适于减小所述放大装置的增益，而如果像素的第二数量低于第二预定数量，则该控制装置适于增大该放大装置的增益。这样在反馈环中引入了滞后现象(hysteresis)，从而减少了反馈环的不希望的波动或不稳定性。
如果所述图像部分排除其尺寸小于预定尺寸的区域，则可以排除小的细节，比如相对较暗图像中的小亮点。这样允许通过增大增益来改善这种暗图像的对比度，从而允许对小亮点进行一定限幅，这样导致在图像性能方面的更好的折衷。将被排除的区域的另一个例子是字幕。如果所述反馈环要对这些字幕作出反应，那么在每次字幕出现和消失时该反馈环将必须改变增益和光源的亮度，这样做是不合需要的。此外，当存在字幕时，相对较暗的图像将不会得益于通过背光变暗而进行的对比度改善。因此，希望将这些区域排除在外。所述尺寸的例子有：区域的大小、长度和区域的宽度。
如果所述控制装置包括对于将要显示的后续图像限制其增益改变的装置，则对于后续图像获得更为渐进的改变。这可以通过反馈环中的低通滤波器来实现，或者通过对多个后续图像的所需改变求平均来实现。
在一个实施例中，所述光源包括具有互不相同的颜色的灯，所述输入信号包括各颜色分量，所述控制装置适于通过单独控制其中一个或多个灯的亮度级来控制该光源的亮度级，并且所述处理装置还包括用于校正颜色分量的装置，以便充分补偿由于单独控制一个或多个灯的亮度级所引起的所显示图像的色点偏移。具有互不相同颜色的每个灯可以照射显示面板的像素的每个彩色子像素。或者，具有互不相同颜色的灯可以被顺序开关，从而与所述顺序开关同步地控制像素的透射率。在这种替换方案中不需要滤色器。如果存在滤色器，则与所述顺序开关同步地控制相应彩色子像素的透射率。或者，每个彩色子像素具有其自己的光源(例如适当颜色的LED)。
如果输入信号包括各颜色分量，则每种分量可以具有其自身的放大器，所述放大器具有其自身的增益设置。确定多种增益设置和具有互不相同颜色的一个或多个灯的亮度级调节的组合，从而获得所需的颜色和亮度级。这种方法允许例如在具有高灰度级绿色分量的图像中将光源中产生绿色的一个或多个灯设置到其最大值，并且使具有其他颜色的灯变暗。最终得到的颜色改变通过对输入信号的各颜色分量进行相应适配来补偿。该方法改善了对比度和颜色饱和度，同时保持正确的颜色再现。
在一个实施例中，输入信号包括各颜色分量，所述检测装置适于检测输出信号中其灰度级超出第三预定灰度级的像素的第二数量，并且所述放大装置适于修改所述颜色分量，以便在第二数量超出预定的第二数量时减小由所述颜色分量所表示的颜色的饱和度。通过减小输入信号的饱和度，减小了一个或多个颜色分量的灰度级。这样能够进一步增大放大器的增益，并且能够增强背光变暗的效果。
允许增大增益的另一种方法是在所述处理装置中包含软限幅，以用于减小图像的一个区域中的输入信号的对比度。
在一个实施例中，光源的亮度级可以在最小值与最大值之间的范围内进行调节，其中用户可以使用该范围的一部分进行调节，并且该范围的另一部分可用于根据所述属性控制光源的亮度级。通过根据该属性限制背光变暗的范围，限制了后续图像的改变量，从而防止光源的亮度发生不希望的强波动。
如果存在允许根据环境光级别控制光源亮度级的环境光传感器，则可以令所显示的图像适应环境光照条件。例如，在明亮环境中，将光源的变暗限制到接近其亮度最大值的范围，而在相对较暗的环境中，将变暗限制到接近光源亮度最小值的范围。
如果存在允许根据温度控制光源亮度级的温度传感器，则所述可以获得的处理装置可被用于根据显示设备的环境温度来控制光源的亮度，从而控制功耗。例如，如果在高环境温度下显示设备的一个或多个元件将超出其温度额定值，则将光源变暗和/或限制其变暗范围，从而降低功耗，以便降低温度。通过采用这种传感器，能够不使用风扇和/或在较低环境温度下具有更高亮度。所述传感器可以感测显示设备的环境温度，但是也可以将其设置在显示设备的内部，以便感测一个或多个关键部件的温度，比如光源的灯和/或一个或多个其他关键部件。
在一个实施例中，所述处理装置包括用于补偿显示设备和/或输入信号的非线性特性的伽马校正装置。
这样允许在显示面板上正确地再现灰度级。该伽马校正装置可以补偿存在于输入信号中的非线性预校正，补偿显示面板的非线性，和/或补偿驱动电路的非线性，其中输出信号通过所述驱动电路被耦合到显示面板。
根据本发明的一个方面，所述产品包括根据本发明的显示设备和用于提供输入信号的信号处理电路。所述产品可以是电视机、监视器或具有显示设备的其他产品。所述显示设备可以是LCD设备或者其他需要光源的显示设备(比如数字反射镜设备)。除了具有背光的透射类型以外，所述显示设备还可以是反射来自光源的光的反射类型或者这些类型的组合。所述产品可以是将图像投影到屏幕上的直视型产品或投影仪。所述投影仪可以是前投影仪或背投影仪。
下面将参照附图进一步说明和描述本发明的这些和其他方面，其中：
图1示出根据本发明的产品的一个实施例的方框图；
图2示出输出信号的灰度值的直方图；
图3示出光源的示例；
图4示出处理电路的一个实施例的方框图；
图5示出包括白限幅的处理电路的一个实施例的方框图；
图6示出包括白限幅的处理电路的另一实施例的方框图；以及
图7示出作为用户增益的函数的自动增益设置。
不同附图中的相同附图标记表示相同信号或者执行相同功能的元件。
图1中示出包括显示设备DD和信号处理电路SPC的产品PR的一个实施例。信号处理电路SPC可以通过天线输入端接收外部输入信号，或者通过外部输入连接器从其他产品(比如产生图像的计算机或DVD播放器)接收信号。信号处理电路SPC将该外部输入信号转换成与显示设备DD的输入格式相适应的输入信号V1。
输入信号V1可以是模拟的或数字的；其可以代表单色图像或彩色图像。在彩色图像的情况下，该输入信号可以包括与颜色信息相组合的分离的亮度信号，或者可以包括例如具有红色分量R1、绿色分量G1和蓝色分量B1(如图4中所示)的RGB信号形式的各颜色分量。在彩色图像的情况下，术语“灰度级”应被解释为颜色分量的幅度级。在数字输入信号的情况下，这些灰度级或幅度级可以是离散级别。例如，在8比特数字信号的情况下，可以有28＝256个灰度级或幅度级。
为了简化说明，将利用数字单色输入信号V1来解释图1中所示出的显示设备DD的操作原理，其中该信号V1表示图像像素的灰度级x。
显示设备DD包括：可调光源LS；显示面板DP，其具有用于对从光源LS发出的光LB进行调制的像素；以及处理电路P。处理电路P与显示面板DP和可调光源LS相耦合，并且具有用于接收输入信号V1的输入端，该输入信号V1表示将在显示面板DP上显示的图像。可以用像素的行列矩阵来表示图像。在运动图像(视频)的情况下，输入信号表示图像序列。在输入信号包括部分图像的序列(例如视频帧的偶数场和奇数场或者场序制颜色信息)的情况下，应当将该图像理解为也是这些场当中的一个。
处理电路P包括放大器A，其用于放大输入信号V1，从而产生输出信号V2。输出信号V2驱动显示面板DP的像素。这可以通过驱动器电路(未示出)来实现。输出信号V2还被耦合到检测器S。可选地，输出信号V2在添加递色(dithering)信号DS之后被提供给检测器S，正如后面将要描述的那样。检测器S在一部分图像内检测输出信号V2的所述属性。处理电路P还包括控制电路CM，其根据检测器S的输出并且从而根据所述属性来控制放大器A的增益以及光源LS的亮度级。
所述属性可以是输出信号V2中超出第一预定数量的像素的第一数量，其中像素的所述第一数量是其灰度级超出第一预定灰度级的像素的数量。这在图2中示出，图2示出一部分直方图，其中对于输出信号V2所表示的图像的像素利用垂直黑条针对每个可能的灰度级x示出该灰度级x出现的次数n。x1所表示的第一预定灰度级优选地是接近最大值的数值。如果用8比特数字信号来表示输出信号V2，则可能存在从0到255的28＝256个灰度级。在此情形中，最大值为255，第一预定灰度级x1的可能数值为251。在图2给出的示例中，超出第一预定灰度级x1的像素的第一数量为3(两个像素具有灰度级252，一个像素具有灰度级254)。如果将第一预定数量n1设置为2，则满足第一数量(3)超出第一预定数量n1(2)这一条件。在此情形中，减小放大器的增益。如果输出信号V2所包含的其灰度级高于第一预定级别x1的像素少于3个，则增大放大器的增益。从而产生一个反馈环，该反馈环将其增益自动设置到所需数值。该所需数值是这样一个数值：在该数值下，仅有有限数量的像素(即像素的第一预定数量n1)超出第一预定级别x1。对于本实施例，数量n1的一个适当数值为图像中的像素数量的0.1％。
为了提高反馈环的稳定性，可以在上述示例中所述的条件下减小增益，并且在其灰度级高于第二预定级别x2的像素的数量小于第二预定数量n2的情况下增大增益，从而引入滞后。因此，如图2中所示，如果将第二预定数量n2设置为2，那么如果图像中没有像素或者只有一个像素的灰度级高于第二预定级别x2，则增大增益。已经发现，对于具有滞后的环路而言，x1＝252和x2＝248是适当数值，同时所述预定数量n1和n2通常必须高于图2示例中所述的数量，以便确保环路的稳定性。一般来说，必须确保其灰度级处于第一与第二预定级别x1、x2之间的像素足够多，以便获得稳定的环路。数量n1和n2的适当数值处于图像中的像素总数的0.05％到5％的范围内。
另一种提高反馈环稳定性的方法是在把输出信号V2提供给检测器S之前添加一定的递色DS，如图1中所示。该递色信号可以是随机(噪声)信号或数值的重复序列。
优选地，控制电路CM控制光源LS的光LB的亮度级，从而充分补偿由于放大器A的增益改变所引起的所显示图像的亮度改变。例如，通过查找表或者通过描述增益与显示面板DP的亮度级之间的关系的公式，确定与由控制电路CM根据检测器S的输出所设置的增益相对应的亮度级。当图像没有像素或者仅有非常少的像素的灰度级接近白电平时，所述反馈环增大图像的增益，并且相应地减小光源LS的亮度。其结果是所显示的图像的亮度级不改变，然而，由于光源LS的亮度级较低，接近黑电平的灰度级再现得到改善，因为在其最小透射率(或反射率)下，从显示面板DP泄漏出的光更少。减小光源LS的亮度同时利用输出信号V2的增益进行校正的操作也被称作背光变暗。当把放大器A的增益从例如1增大到3时，对于伽马值为2的显示面板DP的亮度的影响等于32＝9。实际上，在建立增益改变与光源LS的亮度的相应改变之间的关系时，还必须将存在于放大器A与显示面板DP之间的任何其他非线性电路(诸如任何其他伽马校正电路或非线性驱动器电路)的影响考虑在内。
光源LS可以是具有一个灯L1的单灯背光单元BL1，如图3A中所示，其用于照射整个显示面板DP。或者，如图3B中所示，该光源可以是具有多个灯L1、L2、L3、L4的多灯背光单元BL2，其中每个灯被引导来照射显示面板DP的一个相应区域R1、R2、R3、R4。每个灯L1、L2、L3、L4可以同时变暗基本相同的量，或者可以分别变暗不同的量和/或在不同时刻变暗。在区域R1、R2、R3、R4彼此部分重叠的情形中，对于特定一个区域R1、R2、R3、R4将灯L1、L2、L3、L4中的一个变暗的效果可能导致与该特定区域重叠的另一区域中的亮度级改变。在此情形中，可以通过适配输出信号V2来校正亮度级的改变，从而这种适配抵消所述改变。如果区域R1、R2、R3、R4中的一个或多个例如与待显示图像中的一个水平(或垂直)黑条相对应，则可以将相应的灯L1；L2；L3；L4完全关闭。
如图3C中所示，另一种替换方案是具有多个不同颜色的彩色灯LC1、LC2的多色背光单元BL3，彩色灯LC1、LC2被引导来照射显示面板DP的相同区域。当然，还可以通过改变(例如灯的数量、类型或位置)和/或组合上述背光单元来形成光源LS。灯的数量可以等于像素数量或者子像素数量，其中所述灯例如是由发光二极管(LED)或有机LED(OLED/PLED)形成的。一组子像素构成一个像素，通常每个子像素与不同颜色分量相关联。
另一种替换方案是具有一个或多个提供基本恒定亮度的灯的背光单元(未示出)，其中，利用光遮板(light shutter)使灯变暗，其控制将从灯传送到显示面板DP的光量。
在组合对来自光源LS的光LB的控制以及对放大器A的增益(其控制输出信号V2的幅度)的控制时，通常有两个基本选项。
第一个选项是光源LS的所述灯或每个灯接收一个公共控制信号，以便同时改变存在于光源LS中的所有灯的亮度，从而保持基本相同的色点，如图1的实施例所示。在该选项中，控制电路CM还可以将一个公共控制信号发送给放大器A，以用于控制增益，从而控制输出信号V2的幅度。即使输出信号V2包括红色、绿色和蓝色分量R2、G2、B2，也必须将对应于每种颜色分量R2、G2、B2的增益适配相同的量，以便保持将在显示面板DP上显示的图像的正确颜色再现，因此一个公共信号就足够了。
第二种选项是当改变光源LS的亮度时改变光LB的色点。这可以是一种附加效果，或者可以通过具有彼此不同的色点的可单独控制的灯来产生。在此情形中，控制电路CM优选地将各单独的控制信号提供给每个灯或者提供给具有公共特性的每组灯，如图4的实施例中所示。控制电路CM还适于提供用于单独控制分离的放大器AR、AG、AB的增益的单独的控制信号，其中每个放大器AR、AG、AB分别接收输入信号V1的不同颜色分量R1、G1、B1。控制电路CM适配各放大器的增益，从而输出信号V2的颜色分量R2、G2、B2的最终发生的色点改变充分补偿光源LS的色点改变。在这最后一种情形中，检测器S具有用于检测相应的颜色分量R2、G2、B2的属性的子检测器SR、SG、SB。
如果光源LS具有与特定颜色分量R2；G2；B2相组合地操作的灯或灯组，则可以利用独立的分离的反馈环与到相应灯组的单独控制信号相组合地控制每个颜色分量R2、G2、B2与其相应灯组。因此，实际上三个分离的反馈环并行地操作。
或者，如果灯或灯组与多于一种颜色分量R2、G2、B2相组合地操作，则控制电路CM根据子检测器SR、SG、SB的输出的组合来确定如何调节各灯组，以及确定补偿光源LS的色点改变所必须的对于放大器AR、AG、AB的相对增益的任何最终校正。在此情形中，需要针对色点改变利用一个3×3矩阵进行计算，以用于校正每个颜色分量R1、G1、B1。应当在线性光域内进行这种重新计算，从而在计算所述3×3矩阵之前，首先应当对颜色分量R1、G1、B1实施对在后续电路和显示面板DP中引入的非线性(伽马)的校正。
处理电路P还可以包括白限幅减小装置CRM。该装置可以由硬件白限幅电路、软件(意味着在运行于处理器上的程序的控制下进行所需的视频处理和其他处理)或者由两者的组合来形成。在WO 02/085037中披露了白限幅减小装置CRM的各实施例。图5示出如何将白限幅减小装置CRM与上面参照图1所述的背光变暗进行组合。将输入信号V1耦合到白限幅减小装置CRM，以用于减小对输入信号V1的限幅。白限制减小装置CRM的输出被耦合到放大器A。
应当注意的是，如果输入信号V1包括灰度级太高(太白)以致于不能在显示面板DP上正确再现的像素，则激活白限幅减小装置CRM以便减小增益。最终得到的输出给放大器A的经过白限幅的输出信号通常具有相当大量的灰度级接近白色的像素。从而，对于这种经过白限幅的信号，用于背光变暗的后面的反馈环不激活。另一方面，对于具有灰度级相对较低的像素的图像(没有像素的灰度级接近白色)，白限幅减小装置CRM不激活，但是用于背光变暗的后面的反馈环激活。因此，根据图像内容对图像执行白限幅或背光变暗，不过不需要对同一图像进行两种操作。
图6的实施例是基于上面所述的观察以及以下事实：也可以由与用于背光变暗的反馈环类似的反馈环来形成白限幅装置CRM。图6示出一个反馈环，其适于执行白限幅或者执行背光变暗。与图5中所示的实施例相比，这样减少了所需的硬件和/或软件，而图5的实施例所具有的优点是可以独立于背光变暗环路来确定用于白限幅的反馈环的规格。将输入信号V1施加到具有可调增益的放大器A。
可选地，存在局部去饱和功能LD和局部对比度减小功能LC。所述可选择的功能用于减小图像中的相对较小区域内的相对较高的灰度值。如果例如在图像的一个小区域中仅有一种颜色分量具有相对较高的数值，则可以降低该区域中的像素的饱和度，从而减小相关颜色分量的相对较高的数值。
或者，如果在一个小区域中的所有分量具有相对较高的数值，则可以减小该小区域中的像素的所有颜色分量的灰度级。这可以通过硬限幅来进行，这是通过将高于预定限幅级的所有灰度级限幅到该级别。或者，这可以通过软限幅来进行，这是通过将高于预定限幅级的灰度级成比例地减小到更接近该限幅级的级别。当采用硬限幅或软限幅时，可以将其直接应用于一种颜色分量而不会影响相关像素的其他颜色分量的数值。这种简单的限幅方式导致变色。为了避免在对像素的一种颜色分量进行限幅时发生变色，应当与所限幅分量的减小成正比地减小相关像素的其他颜色分量的幅度。
小区域意味着小于总图像区域的5％的预定尺寸的区域。在一个实施例中，首先在图像的一条线中按照非线性方式对输出信号V2进行滤波：仅当输出信号V2中的足够数量的相邻像素具有高灰度级时，经滤波的信号才将达到高电平。如果高级别像素频繁被低级别像素中断(例如字幕的情形)，则滤波后的输出不会达到高数值。根据该滤波器的输出，对其滤波后的输出的灰度级高于预定限幅级的像素数量进行计数。如果这些被计数的像素的总数保持低于图像中像素总数的预定百分比，则不再减小增益，其结果是将对具有高灰度级的一定数量的像素进行限幅。局部对比度减小功能LC和/或局部去饱和功能LD使得反馈环能够设置更大增益，从而允许在适于对图像进行白限幅的情形下产生更明亮的图像，并且允许在适于进行背光变暗的情况下得到更强的背光变暗，从而更好地再现低灰度级。
如图6中所示，放大器A的输出被耦合到局部去饱和功能LD的输入端，局部去饱和功能LD的输出被耦合到局部对比度减小功能LC的输入端，局部对比度减小功能LC的输出信号V2被耦合到检测器S的输入端。可选地，通过第一伽马校正器GA1将输出信号V2耦合到显示面板DP。第一伽马校正器GA1适于校正输入信号的预校正伽马功能与偏离该预校正伽马功能的任何后续驱动器电路或显示面板DP的任何非线性特性之间的任何失配。第一伽马校正器GA1还适于保持所需的非线性度，以便增强所显示图像的感知质量。
检测器S包括第一检测器S1，其用于检测超出第一预定级别x1的像素的数量。在比较器D1中将该数量与第一预定数量n1进行比较，并将所得到的差耦合到控制电路CM。对于本实施例，数量n1的一个适当数值是图像中的像素数量的百分之一。
控制电路CM根据从比较器D1接收到的所得到的差来适配放大器A的增益。如果必须将该增益设置到相对较低的数值(仍然至少是1)，则表明将发生白限幅，一个控制信号被提供给光源LS，以便将光源LS保持在其最大级别。如果必须将该增益设置到相对较高的数值，则表明适于进行背光变暗，从而通过其控制信号将光源LS变暗，以便补偿高增益值，这导致显示面板DP的透射率更高。如果必须可以用到用户对比度设置US功能，则该功能应当优选地与控制电路CM相耦合。经由该控制电路CM，可以通过使光源LS变暗来减小对比度。其结果是在峰值亮度减小时观察到对比度减小。因此，基本上放大器的增益总是被保持在其最高可能数值，其对应于显示面板DP的最大透射率。只有在即使光源LS已经达到其最小值也必须有可能进一步减小对比度时才应当减小放大器A的增益，以便进一步减小对比度。可以保留从光源LS的亮度级的最小值到最大值的动态范围的一部分以用于用户对比度设置UC，同时其余部分可用于背光变暗操作。一般来说，上述做法是理想的，因为如若不然的话，取决于图像内容的变暗的波动可能太大，并且在观看改变图像的序列时有可能引起干扰。可选地，用户对比度设置UC可以影响所述动态范围的哪个部分可被用于背光变暗。
可以存在环境光传感器ALS以用于检测环境光级别，如图6中所示。环境光传感器ALS的输出被耦合到控制电路CM。可以根据该环境光级别来适配对比度设置。在此情形中，优选地，为用户对比度设置UC保留的动态范围的所述部分也可用于根据环境光级别的对比度设置。
如图6中所示，可以存在用于感测产品PR、显示设备DD的环境温度、光源LS的温度、光源LS的灯的温度和/或产品PR内的其他部件的温度的温度传感器TS，其例如是温度依赖电阻。如果温度传感器TS感测灯的冷点的温度则是有益的，因为这是与灯的效率有关的一个重要参数。温度传感器TS的输出被耦合到处理器P，其例如被耦合到控制电路CM，以用于影响光源LS的光输出。这可以通过查找表或者用于将温度信息转换成用于背光变暗的设置或用于限制背光变暗的可用范围的其他硬件或软件来实现。
或者，存在一个将光源LS或光源LS的一个部件的所感测温度(或者从该温度得出的信号)与参考温度指标进行比较的简单反馈环。如果所感测温度低于该参考温度指标并且如果最高级别没有超出最大值，则该环路增大光源LS的光输出的可允许最高级别。如果所感测温度高于该参考温度指标，则该环路减小光源LS的光输出的可允许最高级别。优选地，该环路将光源LS的功耗水平设置到在所感测温度下可以接受的水平。“可以接受”意味着产品PR及其部件在其技术规范内工作。通过应用温度受控的背光变暗，可以通过降低光源LS(及其相关电源和驱动电路)在高环境温度条件下的功耗来避免在高环境温度下将各部件保持在其技术规范内所需的风扇或附加冷却措施。
检测器S可以包括用于限制待显示的图像序列的平均亮度的附加电路。这样可能是所希望的，以便使LCD设备具备类似于众所周知的阴极射线管的行为，所述阴极射线管也具有这种限制特性。此外，如果应用不能连续提供其最大输出的光源LS，则该限制电路减小光源LS操作在其最大输出额定值下的时间百分比，从而根据图像内容节省平均功率。为了从与显示面板DP的亮度成正比的输出信号V2得到信号，必须校正从输出信号V2到显示面板DP的发射光的链路中的任何非线性。第二伽马校正器GA2进行该校正。第二伽马校正器GA2的最终产生的输出信号被提供给平均功率检测器AP。通过例如在与显示一个或多个图像的周期相对应的预定周期上对该信号求平均，获得与平均功率相应的信号。可以在第二比较器D2中将该信号与参考功率水平RP进行比较。如果该信号大于该参考功率水平RP，则经由控制电路CM通过类似于背光变暗的操作来减小对比度。
关于前面所述实施例中的任何一个描述的检测器S可以仅使用一部分图像来检测属性。该部分例如可以排除字幕或者叠加在运动图像上的其他文本，或者排除其他非常小并且相对较白的细节(比如标识或其他高亮显示)。这可以通过排除其尺寸小于预定尺寸的区域来实现。该尺寸可以是区域的长度或宽度，或者是区域的大小或者这些尺寸的组合，例如正如关于白限幅所解释的那样，其可选地具有加权因子。
由放大器A、检测器S和控制电路CM构成的反馈环可以包括用于限制对后续图像的增益改变的低通滤波器功能。这可以通过例如在比较器D1的输出端与控制电路CM之间应用低通滤波器来实现。在硬件实施的情况下，其可以是众所周知的低通滤波器。在软件实施的情况下，可以通过在控制电路CM中在多个后续图像上对所需改变求平均来实现该功能。
所述求平均可以被设置成在光源LS的输出光增大期间(作为暗图像序列之后的白区域的结果)更快速地作出响应。其优点在于，对于在暗图像序列之后具有白区域的图像，减小白区域中的限幅。与此同时，在光源LS的输出光减小期间(作为具有白区域的图像序列之后的暗图像序列的结果)的相对较慢的响应确保避免所显示图像的闪烁。这样做还具有以下附加优点：对背光变暗的相对较慢的响应使得观看者的眼睛能够适应更暗的图像。此外，利用对于其灰度级从暗级别到白级别发生强变化的图像序列的这种相对较慢的响应，避免了不期望的闪烁效应。
所述求平均还可以将灯参数纳入考虑，例如所述灯能够以什么样的速率改变其光输出，确保充足灯寿命所需的任何限制，或者灯的实际操作条件或历史操作条件。
如果输出信号V2包括至少两个颜色分量，则存在用于检测超出第一预定数量的第一像素数量的多个选项：
通过对图像部分中的所有像素(或子像素)进行计数而不管其颜色来对超出第一预定灰度级的第一像素数量进行计数。
对于具有与各颜色分量相对应的子像素的每个像素，选择具有最高灰度值的颜色分量的灰度值，并且检测器S使用该特定值来进行计数。
对于每个颜色分量，在用于检测超出第一预定灰度级的第二像素数量的检测器中存在单独的计数器。这导致产生对应于每个颜色分量的第二数量。选择这些第二数量中的最高值作为第一数量。此方法确保白限幅或背光变暗正确操作，同时在减小放大器A的增益之前不允许其中一种颜色分量已具有充分的限幅。
在图7中对于图1所示的实施例示出作为用户所设置的用户增益UG的函数的自动增益设置GS。如果用户将用户增益UG设置为1，则不对输出信号V2进行限幅，并且输入信号V1的灰度级范围(例如从0到255)导致从其最小透射率到其最大透射率驱动显示面板DP。如果将用户增益设置成高于1，那么在没有白限幅减小装置CRM的情况下，增益设置GS将具有高于1的相同值，其结果是接近灰度级255的灰度级均被限幅到最大灰度级255。如果白限幅减小装置CRM存在，那么如果输入信号V1包含接近255的灰度值，则通过反馈环来减小增益设置。如果输入信号V1包含多个灰度级为255的像素，则必须将增益设置减小到1，以避免限幅。这在图7中用向下指向增益设置1的箭头来表示。如果输入信号V1的最高灰度级低于255，则允许高于1的增益设置GS，其中使得输入信号V1的最高灰度级在与该增益设置GS相乘时产生刚好不被限幅的灰度级。从而，作为白限幅减小的结果，当把用户增益UG设置在1和2之间时，增益设置GS可以根据输入信号V1的灰度级获得一个值，如图7中的区域CR所示。
如果输入信号V1包括远低于最大灰度级255的灰度级，则背光变暗把增益设置GS增大到限幅开始的级别。通过向上指的箭头对于各种用户增益UG设置示出这一点。通过背光变暗使增益设置GS相对于用户增益UG增大多少取决于输入信号V1的灰度级。所得到的增益设置GS的区域由BLD表示。对于低于第一用户增益UG1的用户增益UG设置，增益设置GS的上限取决于用户增益设置UG。对于高于第一用户增益设置UG1的用户增益UG设置，上限是固定的(在本例中处于2，一般来说发现在2和3之间的值是适宜的)。对于低于第一用户增益设置UG1的用户增益UG的值，最大可获得的增益设置优选地取决于光源的最大可获得变暗比率。
应该注意，上述实施例说明了本发明，而并非限制本发明，在不偏离所附权利要求书的范围的情况下，本领域技术人员应当能够设计出许多替换实施例。例如，在不偏离所附权利要求书的范围的情况下，可以改变多个软件或硬件块中的特征的安排。图1、图5和图6中所示的实施例还可以具有多于一个如图4所示的放大器A和/或多于一个反馈环，例如，每个颜色分量对应一个反馈环。在权利要求书中，置于括号之间的任何附图标记不应被视为是对权利要求的限制。“包括”一词不排除存在权利要求所述内容之外的元件或步骤。元件前的冠词“一个”不排除多个这样的元件的存在。在列举多个装置的设备权利要求中，可由相同硬件项来实现这些装置中的多个。在互不相同的从属权利要求中阐述彼此不同的某些措施并不表明不能使用这些措施的组合来获得益处。

Claims (18)

1.一种显示设备(DD)，包括光源(LS)、具有用于对从该光源(LS)发出的光进行调制的显示像素的显示面板(DP)以及与该显示面板(DP)和该光源(LS)相耦合的处理装置(P)，该处理装置(P)具有用于接收表示将在该显示面板(DP)上显示的图像的像素的灰度级的输入信号(V1)的输入端并且包括：
-用于放大该输入信号(V1)的装置(A)，以便提供用于驱动所述显示像素的输出信号(V2)；
-用于在该图像的一部分内检测该输出信号(V2)的属性的装置(S)；以及
-控制装置(CM)，其根据所述属性控制该放大装置(A)的增益和该光源(LS)的亮度级。
2.如权利要求1所述的显示设备(DD)，所述属性是超出第一预定数量的所述输出信号(V2)的像素的第一数量，其中，像素的该第一数量是其灰度级超出第一预定灰度级的像素的数量。
3.如权利要求1所述的显示设备(DD)，所述控制装置(CM)适于控制所述光源(LS)的亮度级，从而充分补偿由于所述增益的改变而引起的所显示图像的亮度改变。
4.如权利要求1所述的显示设备(DD)，所述处理装置(P)还包括白限幅减小装置(CRM)，所述输入信号(V1)耦合到该白限幅减小装置(CRM)，以用于减小对该输入信号(V1)的限幅，该白限幅减小装置(CRM)的输出被耦合到所述放大装置(A)。
5.如权利要求1所述的显示设备(DD)，所述处理装置(P)还适于利用所述放大装置(A)、所述检测装置(S)和控制装置(CM)来执行白限幅。
6.如权利要求2所述的显示设备(DD)，所述检测装置(S)适于检测所述输出信号(V2)中的其灰度级超出第二预定灰度级的像素的第二数量，该第二预定灰度级低于所述第一预定灰度级，如果像素的所述第一数量超出第一预定数量，则所述控制装置(CM)适于减小所述放大装置(A)的增益，如果像素的所述第二数量低于第二预定数量，则该控制装置(A)适于增大该增益。
7.如权利要求1所述的显示设备(DD)，其中，所述部分图像排除其尺寸小于预定尺寸的区域。
8.如权利要求1所述的显示设备(DD)，所述控制装置(CM)包括对于将被显示的后续图像限制增益改变的滤波装置。
9.如权利要求2所述的显示设备(DD)，所述输入信号(V1)包括至少两个颜色分量，所述检测装置(S)适于对于所述至少两个颜色分量当中的每一个检测所述输出信号(V2)中的其灰度级超出第一预定灰度级的像素的第二数量，并且选择最高的第二数量作为所述第一数量。
10.如权利要求1所述的显示设备(DD)，所述光源(LS)包括具有互不相同的颜色的灯，所述输入信号(V1)包括各颜色分量，所述控制装置(CM)适于通过分别控制其中一个或多个灯的亮度级来控制该光源(LS)的亮度级，并且所述处理装置(P)还包括用于校正所述颜色分量的装置，以便充分补偿由于分别控制一个或多个灯的亮度级所造成的所显示图像的色点偏移。
11.如权利要求1所述的显示设备(DD)，所述处理装置还包括软限幅，以用于在图像区域内减小所述输入信号(V1)的对比度。
12.如权利要求1所述的显示设备(DD)，所述光源(LS)的亮度级可以在最小值与最大值之间的范围内进行调节，其中，用户可以使用该范围的一部分以进行调节，并且该范围的另一部分可用于根据所述属性来控制该光源(LS)的亮度级。
13.如权利要求1所述的显示设备(DD)，包括环境光传感器，以用于根据环境光级别来控制所述光源(LS)的亮度级。
14.如权利要求1所述的显示设备(DD)，所述处理装置包括用于补偿所述显示设备(DD)和/或输入信号(V1)的非线性特性的伽马校正装置。
15.一种对显示设备(DD)的光源(LS)进行调节的方法，该显示设备(DD)包括具有用于对从该光源(LS)发出的光进行调制的显示像素的显示面板(DP)，所述方法包括：
-接收表示将要在该显示面板(DP)上显示的图像的像素的灰度级的输入信号(V1)；
-放大(A)该输入信号(V1)，以便提供用于驱动所述显示像素的输出信号(V2)；
-在该图像的一部分内检测(S)该输出信号(V2)的属性；以及
-根据所述属性控制(CM)所述放大(A)的增益和该光源(LS)的亮度级。
16.一种包括如权利要求1所述的显示设备(DD)和用于提供所述输入信号(V1)的信号处理电路(SPC)的产品(PR)。
17.一种集成电路(P)，具有：
-接收端，其用于接收表示将在显示设备(DD)的显示面板(DP)上显示的图像的像素的灰度级的输入信号(V1)，该显示设备(DD)包括可调光源(LS)，该显示面板(DP)具有用于对从该光源(LS)发出的光进行调制的显示像素；
-与该显示面板(DP)和该光源(LS)相耦合的输出端；
-用于放大该输入信号(V1)的装置(A)，以便提供用于驱动所述显示像素的输出信号(V2)；
-用于在该图像的一部分内检测该输出信号(V2)的属性的装置(S)；以及
-控制装置(CM)，其根据所述属性控制该放大装置(A)的增益和该光源(LS)的亮度级。
18.一种计算机程序产品，其使得可编程设备能够执行如权利要求15所述的方法。
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