TWI677861B

TWI677861B - 適用於顯示器背光的區域調光系統

Info

Publication number: TWI677861B
Application number: TW107133055A
Authority: TW
Inventors: 林耘生; Yun-Sheng Lin; 朱立家; Li-Chia Chu; 葉盈翰; Ying-Han Yeh
Original assignee: 奇景光電股份有限公司; Himax Technologies Limited
Priority date: 2018-09-19
Filing date: 2018-09-19
Publication date: 2019-11-21
Also published as: TW202013332A

Abstract

一種適用於顯示器背光的區域調光系統，包含平均估算單元，其接收影像並估算其平均值；脈寬調變增益控制單元，其根據平均值以產生脈寬調變增益值；空間濾波器，其於空間域處理複數平均值，以增強複數脈寬調變增益值，因而產生增強脈寬調變增益值；場景改變偵測單元，其根據平均估算單元所產生之直方圖平均值，以偵測場景改變；時域濾波器，其根據增強脈寬調變增益值及偵測場景改變的結果，於時間域執行以產生脈寬調變值；光形模擬單元，其根據脈寬調變值以產生光度增益；及像素補償單元，其根據光度增益以執行影像的像素補償，因而產生補償影像。

Description

適用於顯示器背光的區域調光系統

本發明係有關一種背光的調光，特別是關於一種適用於液晶顯示器的發光二極體背光的區域調光系統。

液晶顯示器(LCD)本身不會發光，需要使用背光(backlight)以提供照射光給液晶顯示器。背光的光源可包含發光二極體(LED)。

為增進對比(contrast)，使用背光調光(dimming)技術以動態控制背光的光度(luminance)。全域(global)調光是背光調光的其中一種技術，其係同時控制整個顯示面板的光度。全域調光可增進相鄰圖框(frame)間的動態對比(dynamic contrast)。區域(local)調光是另一種背光調光技術，其係控制單一圖框的顯示面板一部分的光度。區域調光可增進靜態對比(static contrast)。

傳統調光方法(特別是區域調光方法)存在有光度不均勻(luminance unevenness)與閃爍(flicker)的問題。更重要的是，傳統區域調光方法無法有效降低功率消耗。因此亟需提出一種新穎機制以克服傳統區域調光方法的缺點。

鑑於上述，本發明實施例的目的之一在於提出一種適用於液晶顯示器的發光二極體背光的區域調光系統，可有效降低功率消耗。在一實施例中，區域調光系統可調整調光速度並可避免閃爍。

根據本發明實施例，適用於顯示器背光的區域調光系統包含平均估算單元、脈寬調變增益控制單元、空間濾波器、場景改變偵測單元、時域濾波器、光形模擬單元及像素補償單元。平均估算單元接收影像並估算其平均值。脈寬調變增益控制單元根據平均值以產生脈寬調變增益值。空間濾波器於空間域處理複數平均值，以增強複數脈寬調變增益值，因而產生增強脈寬調變增益值。場景改變偵測單元根據平均估算單元所產生之直方圖平均值，以偵測場景改變。時域濾波器根據增強脈寬調變增益值及偵測場景改變的結果，於時間域執行以產生脈寬調變值。光形模擬單元根據脈寬調變值以產生光度增益。像素補償單元根據光度增益以執行影像的像素補償，因而產生補償影像。

第一圖顯示本發明實施例之適用於液晶顯示器的發光二極體背光的區域調光系統100的方塊圖。區域調光系統100的方塊可使用硬體(例如數位影像處理器)、軟體或其組合來實施。

在本實施例中，區域調光系統100可包含平均估算單元11，其接收影像並估算其平均值。根據本實施例的特徵之一，平均值可根據影像的直方圖(histogram)來估算。平均估算單元11可包含最大亮度(brightness)單元111，用以決定影像每一像素的最大亮度，但不分顏色(例如紅色、綠色及藍色)。第二圖的示意圖例示決定影像每一像素的最大亮度。如第二圖所例示，決定每一像素的最大亮度(例如像素0的v0、像素1的v1等)，顯示如右手邊的長條圖。藉此，可得到算術平均值(arithmetic mean value)HGL _mean如下：其中floor代表取整函數(floor function)，其輸出小於或等於輸入的最大整數。

平均估算單元11可包含直方圖單元112，其根據影像的直方圖以產生直方圖平均值。第三圖的示意圖例示根據影像的直方圖以產生直方圖平均值。如第三圖所例示，將影像分割為複數區塊，以其灰階建構如右手邊的直方圖。該些區塊可相應於背光的發光二極體。接著，從最大灰階往最低灰階方向，累計灰階的計數值，當達到預設臨界值時，相應灰階設為直方圖平均值HGL _high，其可表示如下：若S31+S30+…+Sn≧臨界值則HGL _high=n

平均估算單元11可包含權重控制單元113，用以產生平均值。在本實施例中，平均值係根據算術平均值HGL _mean與直方圖平均值HGL _high來產生。在一例子中，平均值HGL _out可表示如下：其中max函數輸出二個輸入當中的最大值，w ₁、w ₂代表權重。

本實施例之區域調光系統100可包含脈寬調變(PWM)增益控制單元12，其根據(平均估算單元11的)平均值以產生脈寬調變增益值。脈寬調變增益值用以控制提供給發光二極體背光的功率。脈寬調變增益值愈大，提供給發光二極體背光的總功率愈高。第四A圖例示脈寬調變增益值與平均值的關係曲線。在這個例子中，脈寬調變增益值與平均值呈線性關係。第四B圖例示脈寬調變增益值與平均值的另一關係曲線。在這個例子中，脈寬調變增益值與平均值也呈線性關係，但是在高平均值處為平緩上升。第四C圖例示脈寬調變增益值與平均值的又一關係曲線。在這個例子中，脈寬調變增益值與平均值呈伽瑪(gamma)校正的非線性關係。在本實施例中，脈寬調變增益值可根據事先產生的查表(lookup table)來產生，以節省計算時間。

本實施例之區域調光系統100可包含空間濾波器(spatial filter)13，其於空間域處理平均值HGL，以增強脈寬調變增益值，因而產生增強(enhanced)脈寬調變增益值。第五A圖例示脈寬調變增益值，第五B圖例示空間濾波器的要素，其相應於第五A圖的脈寬調變增益值。在一例子中，空間濾波器執行第五A圖及第五B圖所示例子以產生增強脈寬調變增益值HGL’的操作如下：若HGL’_tmp1≧255 則HGL’_temp1=255 HGL’_tmp2=Max(HGL0, HGL1, … HGL98) 若HGL’_tmp＜HGL 則HGL’=HGL 否則HGL’=HGL’_tmp

本實施例之區域調光系統100可包含場景改變偵測(scene change detection)單元14，其根據(直方圖單元112的)直方圖平均值以偵測場景改變。

本實施例之區域調光系統100可包含時域濾波器(temporal filter)15，其根據(空間濾波器13的)增強脈寬調變增益值及(場景改變偵測單元14的)場景改變偵測結果，於時間域執行以調整調光速度並防止閃爍(flicker)，因而產生脈寬調變值。

根據本實施例的另一特徵，時域濾波器15可提供功率限制(constraint)模式，使得脈寬調變值可受限於最大值。在本實施例中，可根據脈寬調變值的總和以限制脈寬調變值，其中該些脈寬調變值分別相應於背光的發光二極體。

本實施例之區域調光系統100可包含光形模擬(light shape imitation)單元16，其根據(時域濾波器15的)脈寬調變值以產生光度(luminance)增益。區域調光系統100還可包含像素補償單元17，其根據(光形模擬單元16的)光度增益以執行影像的像素補償，因而產生補償影像。光度增益可表示如下：光度增益 = (光度) ^(-1/r)其中r代表伽瑪(gamma)值。

在一實施例中，於高峰(peaking)模式，對脈寬調變值進行加權(weighting)後再饋至光形模擬單元16。假設於正常(或原始)模式的電流為原始_I，於高峰模式的電流為高峰_I，於正常模式的脈寬調變值為原始_PWM，則於高峰模式的脈寬調變值為高峰_PWM，可表示如下: 其中(高峰_I/原始_I)代表高峰權重。

本實施例之區域調光系統100可包含誤差擴散(error diffusion)單元18，用以對補償影像執行誤差擴散。誤差擴散可藉由刪除(truncate)至少一個最低有效位元(LSB)來達成，例如將14位元的補償影像經位元刪除後成為12位元。藉此，可有效降低輪廓(contour)效應以增進影像品質。

以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。

100‧‧‧區域調光系統

11‧‧‧平均估算單元

111‧‧‧最大亮度單元

112‧‧‧直方圖單元

113‧‧‧權重控制單元

12‧‧‧脈寬調變增益控制單元

13‧‧‧空間濾波器

14‧‧‧場景改變偵測單元

15‧‧‧時域濾波器

16‧‧‧光形模擬單元

17‧‧‧像素補償單元

18‧‧‧誤差擴散單元

HGL‧‧‧直方圖灰階

Mean‧‧‧平均值

第一圖顯示本發明實施例之適用於液晶顯示器的發光二極體背光的區域調光系統的方塊圖。第二圖的示意圖例示決定影像每一像素的最大亮度。第三圖的示意圖例示根據影像的直方圖以產生直方圖平均值。第四A圖至第四C圖例示脈寬調變增益值與平均值的關係曲線。第五A圖例示脈寬調變增益值。第五B圖例示空間濾波器的要素，其相應於第五A圖的脈寬調變增益值。

Claims

一種適用於顯示器背光的區域調光系統，包含：一平均估算單元，其接收一影像並估算其亮度的平均值；一脈寬調變增益控制單元，其根據該平均值以產生一脈寬調變增益值；一空間濾波器，其於空間域處理複數該平均值，以增強複數該脈寬調變增益值，因而產生增強脈寬調變增益值；一場景改變偵測單元，其根據該平均估算單元所產生之一直方圖平均值，以偵測場景改變；一時域濾波器，其根據該增強脈寬調變增益值及該偵測場景改變的結果，於時間域執行以產生脈寬調變值；一光形模擬單元，其根據該脈寬調變值以產生一光度增益；及一像素補償單元，其根據該光度增益以執行該影像的像素補償，因而產生一補償影像。
根據申請專利範圍第1項所述適用於顯示器背光的區域調光系統，其中該平均值係根據該影像的直方圖所估算的。
根據申請專利範圍第1項所述適用於顯示器背光的區域調光系統，其中該背光包含發光二極體背光。
根據申請專利範圍第3項所述適用於顯示器背光的區域調光系統，其中該平均估算單元包含一最大亮度單元，其決定該影像每一像素的最大亮度，據以得到一算術平均值。
根據申請專利範圍第4項所述適用於顯示器背光的區域調光系統，其中該平均估算單元包含一直方圖單元，其根據影像的直方圖以產生直方圖平均值。
根據申請專利範圍第5項所述適用於顯示器背光的區域調光系統，其中該直方圖平均值的產生包含以下步驟：將該影像分割為複數區塊，以其灰階建構該直方圖，該些區塊相應於該背光的發光二極體；及從最大灰階往最低灰階方向，累計灰階的計數值，當達到預設臨界值時，相應灰階設為該直方圖平均值。
根據申請專利範圍第4項所述適用於顯示器背光的區域調光系統，其中該平均估算單元包含一權重控制單元，其根據該算術平均值與該直方圖平均值，以產生該平均值。
根據申請專利範圍第7項所述適用於顯示器背光的區域調光系統，其中該平均值為該算術平均值與一加權和當中的最大值，該加權和係為該算術平均值與該直方圖平均值的加權和。
根據申請專利範圍第3項所述適用於顯示器背光的區域調光系統，其中該脈寬調變增益值用以控制提供給該發光二極體背光的功率，其中該脈寬調變增益值愈大，提供給該發光二極體背光的功率愈高。
根據申請專利範圍第1項所述適用於顯示器背光的區域調光系統，其中該脈寬調變增益值係根據一查表來產生，該查表包含複數該脈寬調變增益值與相應平均值。
根據申請專利範圍第3項所述適用於顯示器背光的區域調光系統，其中該時域濾波器提供功率限制模式，使得該脈寬調變值受限於一最大值。
根據申請專利範圍第11項所述適用於顯示器背光的區域調光系統，其根據該脈寬調變值的總和以限制該脈寬調變值，其中該些脈寬調變值分別相應於該背光的發光二極體。
根據申請專利範圍第1項所述適用於顯示器背光的區域調光系統，其中於高峰模式，對該脈寬調變值進行加權後，再饋至該光形模擬單元。
根據申請專利範圍第13項所述適用於顯示器背光的區域調光系統，其中該脈寬調變值於高峰模式為高峰_PWM，表示如下：其中於正常模式的電流為原始_I，於高峰模式的電流為高峰_I，於正常模式的脈寬調變值為原始_PWM，(高峰_I/原始_I)代表高峰權重。
根據申請專利範圍第1項所述適用於顯示器背光的區域調光系統，更包含一誤差擴散單元，其對該補償影像執行誤差擴散。
根據申請專利範圍第15項所述適用於顯示器背光的區域調光系統，其中該誤差擴散單元藉由刪除該補償影像的至少一個最低有效位元以執行該誤差擴散。
根據申請專利範圍第1項所述適用於顯示器背光的區域調光系統，其中該顯示器包含一液晶顯示器。