專利名稱：使用線性照度控制的對比度提高系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及顯示系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及一種用于才是 高特定顯示系統(tǒng)中的對比度的系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
這部分旨在向讀者介紹與下面描述的和/或要求的本發(fā)明的各 個方面相關(guān)的領(lǐng)域的各個方面。相信該討論有助于向讀者提供便于 更好地理解本發(fā)明的各個方面的背景信息。因此，應(yīng)該理解，將讀 到的這些陳述是就此而論的，而不應(yīng)該被認(rèn)為是現(xiàn)有技術(shù)。
液晶顯示(LCD)面板被越來越多地用于電視顯示應(yīng)用，主要 是由于與陰極射線管(CRT)相比，其重量較輕且外觀薄。然而， LCD面板的性能在許多關(guān)鍵領(lǐng)域仍然落后于CRT，其中一個方面是 對比度。例如，高端LCD面才反的對比度通常約為500:1，而對于 CRT, —4殳比率為10000:1。
對比度可以#皮定義為 一見頻幀的最亮白色與最暗黑色的光量比。 不幸的是，由于LCD面板的像素的透光特性，即使它們在最暗的 狀態(tài)下也能發(fā)射足夠的光，使得顯示在LCD面板上的黑色像素實 際上看起來被顯示為深灰色像素。因此，這大大降低了 LCD面板 的對比度，這在弱光觀看條件下可能更令人不快。此外，用于改進(jìn)LCD面板的對比度的照明源(諸如背光照度) 的亮度調(diào)制可具有固有的非線性輸出。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該 理解，與已知的LCD/CRT顯示器的伽瑪特性相結(jié)合的背光照度的 非線性特征會進(jìn)一 步使其對比度的提高復(fù)雜化。

發(fā)明內(nèi)容
以下闡述了與7>開的實施例的范圍相匹配的一些方面。應(yīng)該理 解，提出的這些方面僅用于向讀者提供本發(fā)明可能采用的一些形式 的簡短概要，而不用于限制本發(fā)明的范圍。實際上，本發(fā)明可以包 4舌沒有在下面闡述的多個方面。
所乂>開的實施例涉及用于對顯示裝置的照明源進(jìn)4于線性化的 系統(tǒng)和方法，包括確定—見頻幀中最亮對象的亮度級，基于最亮對 象的亮度級來確定視頻幀的照度級，對照度級進(jìn)行線性化，以及基 于經(jīng)過線性化的照度級來^是供顯示裝置的照度。除了 LCD夕卜，所 />開的系統(tǒng)和方法還可以應(yīng)用于1史字光顯示器(DLP)和石圭基液晶 (LCOS)顯示系統(tǒng)。


通過閱讀下面的詳細(xì)描述并參考附圖，本發(fā)明的優(yōu)點將變得顯 而易見，在附圖中
圖1是才艮據(jù)本發(fā)明示例性實施例的LCD面板的框圖2是根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的對比度提高系統(tǒng)的框圖3A是才艮據(jù)本發(fā)明示例性實施例的背光線性化電^各的框圖；圖3B是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的背光線性化電路的操 作的曲線圖3C是示出根據(jù)本發(fā)明另一個示例性實施例的背光線性化電 路的才喿作的曲線圖3D是根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的背光線性化電路結(jié)構(gòu)的框
圖4A是根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的背光照度的非線性曲線的 曲線圖4B是根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的用于對背光照度進(jìn)行線性 化的曲線族的曲線圖4C是根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的背光照度的線性曲線的曲 線圖；以及
圖5是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的對背光照度進(jìn)行線性化 的方法的流程圖。
具體實施例方式
下面將描述本發(fā)明的 一個或多個具體實施例。致力于才是供這些 實施例的簡明扼要的描述，并沒有在本說明書中描述實際實施方式 的所有特性。應(yīng)當(dāng)了解，在4壬何這種實際實施方式的開發(fā)中，如在 任意一個工程或設(shè)計項目中，必須估文出許多實施方式特定的決定以 實現(xiàn)開發(fā)者的特定目的，例如，遵照與系統(tǒng)相關(guān)和商業(yè)相關(guān)的限制， 其中，乂人一個實施方式到另一個實施方式這些限制可以改變。此外， 應(yīng)當(dāng)意識到，這種開發(fā)的努力可能是復(fù)雜且費時的，但對受益于本公開的那些普通技術(shù)人員來說，不過是設(shè)計、制造以及生產(chǎn)的例行 工作。
參照圖1，示出了才艮據(jù)本發(fā)明示例性實施例的示例性顯示系統(tǒng)
IO(例如，LCD面外反)的結(jié)構(gòu)。該圖示出了由控制系統(tǒng)14控制的 LCD面板20和照明源18 (例如，背光單元)。控制系統(tǒng)14接收可 包括視頻背光照度和液晶像素數(shù)據(jù)值的數(shù)據(jù)12。控制系統(tǒng)14可使 用數(shù)據(jù)12來同時調(diào)節(jié)背光和像素值，從而提高LCD面板20的對 比度。因此，由控制系統(tǒng)14輸出的數(shù)據(jù)22進(jìn)入L.CD面板20,用 于調(diào)節(jié)像素值。類似地，由控制系統(tǒng)14輸出的數(shù)據(jù)16被傳輸入背 光件18,用于調(diào)節(jié)一見頻的背光照度。
現(xiàn)在，參照圖2，示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的對比度提 高控制系統(tǒng)40。所闡述的控制系統(tǒng)40的描述與控制LCD面板20 的視頻背光照度和像素值的部件有關(guān)。因此，白色電平探測器 (horizon finder) 44和黑色電平探測器45接收相應(yīng)的亮度分量數(shù) 據(jù)42。白色電平探測器44和黑色電平探測器45分別確定關(guān)于亮度、 暗度和近暗度等級(near dark level)的統(tǒng)計信息以及它們在視頻幀 中的分布。將通過白色電平探測器44和黑色電平探測器45獲得的 信息提供給最大白色發(fā)生器(maximum white generator) 46。 最大 白色發(fā)生器46同時控制背光照度和液晶像素值。根據(jù)本發(fā)明的實 施例，以互補的方式對二者進(jìn)行調(diào)節(jié)，以提高LCD面4反20的對比 度。
最大白色發(fā)生器46通過確定視頻幀中最亮區(qū)域的亮度來調(diào)節(jié) 背光照度。然后，利用該信息來確定需要照射到LCD面板20的背 光量，例如，由冷陰極熒光(CCF)燈所提供的背光量。因此，為 了改善對比度，期望減少背光照度。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 應(yīng)該了解，過度地減少背光照度會引起視頻幀不期望的"白色減 少"。為了避免這種情況，進(jìn)一步利用由最大白色發(fā)生器46獲得的亮度信息來^f奮正LCD面纟反的^f象素^直，/人而補償可能不充足的背光 照度。
在調(diào)節(jié)LCD面板20的紅色、綠色和藍(lán)色(RGB)輸入值的同 時，最大白色發(fā)生器46生成輸出數(shù)據(jù)50用于調(diào)制背光照度。因此， 為了補償背光調(diào)制，進(jìn)一步處理最大白色數(shù)據(jù)50，用于以非線性伽 瑪校正域修正LCD面板20的像素值。因此，數(shù)據(jù)50被傳送至對 比查找表(CLUT )60,該表儲存^皮格式化為RGB偏移值62和RGB 增益值64的調(diào)節(jié)值。RGB偏移值62和RGB增益值64被傳送至 RGB對比電3各66。因而，輸入的RGB ^f象素值68 ~ 72與RGB偏移 值62和RGB增益值64結(jié)合，以輸出經(jīng)過伽瑪校正的RGB像素值 74 ~ 78。
除修改彩色4象素值外，數(shù)據(jù)50還^皮傳送至背光控制電路，該 背光控制電路輸出背光控制數(shù)據(jù)58。這種背光控制電路可包括如下 文進(jìn)一步描述的背光線性化電路54，用于補償背光的光特性中的非 線性。還包括有上升/下降延遲器52，用于補償背光和像素的光柵 掃描之間的時間未對準(zhǔn)。這可以避免觀看者可察覺的白色閃光出現(xiàn) 在屏幕上，而這種閃光通常是不期望的。背光控制電路還可以包括 背光脈寬調(diào)制器(PWM) 56，其控制背光的照度級。
現(xiàn)在，參照圖3A,示出了補償背光照度的光特性中非線性的 背光線性化電i 各54 (圖2)的示例性系統(tǒng)。背光線性化電if各54可 包括通常由參考標(biāo)號90所表示的系統(tǒng)。系統(tǒng)90接收被傳送至I/O 接口 112以及斜率發(fā)生電路94、 98和102的線性背光數(shù)據(jù)92。斜 率發(fā)生電路94、 98和102生成表現(xiàn)背光照度的非線性光特性的全 部線性曲線的斜率，因此，有利于背光照度的線性化。在構(gòu)造這些 線性曲線時，斜率發(fā)生電路94、 98和102分別由傳送至加法器91、 93和97的偏移量96、 100和104進(jìn)^f亍^卜償，用于才是供適當(dāng)?shù)钠?量來代表背光照度的非線性光特性。這樣做時，應(yīng)理解，斜率和偏移量的數(shù)量可以根據(jù)系統(tǒng)特性和需求而變化。因此，斜率發(fā)生電路
94、 98和102以及偏移量96、 100和104分另'J進(jìn)行結(jié)合，以輸出線 性曲線凄t凈居分量95、 99和101。
一旦接收到曲線95、 99和101的數(shù)據(jù)，電3各106就運行來識 別曲線95、 99和101交叉的點。因而，這些交叉點定義了用來對 背光照度進(jìn)行線性化的分段線性傳遞特性函數(shù)的集合。根據(jù)系統(tǒng)說 明，框106可以輸出由凄t據(jù)95、 99和101的交叉所產(chǎn)生的最大、 最小、或其組合的分段傳遞特性函數(shù)。因此，電路106產(chǎn)生數(shù)據(jù)107， 將該凄t據(jù)傳送至限幅器108以確保凄t據(jù)107落在前述范圍內(nèi)。此后， 所得到的數(shù)據(jù)109與數(shù)據(jù)92在輸入/輸出(I/O)接口 112處結(jié)合， 產(chǎn)生用于背光控制的非線性補償?shù)谋彻鈹?shù)據(jù)114。輸入I/O接口的 還有可以用于背光i貪斷目的的旁^各信號110。
圖3B是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的系統(tǒng)卯的操作原理的 曲線圖130。曲線圖130具有表示光控制輸入的水平軸142和表示 光控制llT出的垂直軸140。在示例性實施例中，由電i 各90實^見的兩 個線性函lt在點131處交叉，以形成四條線l殳。這四條線^殳由參考 標(biāo)號132~135表示，且可以包括由電路106產(chǎn)生的全部線性曲線， 以形成背光的分,殳線性傳遞特性函lt。在本示例性實施例中，電^各 106可產(chǎn)生對應(yīng)于最大或最小分段線性傳遞特性函數(shù)的曲線。因而， 最大曲線可包括線段132和133，而最小曲線可包括線段134和135。 如圖3B所示，短劃線136和138分別表示所得到的最大和最小分 段傳遞特性函數(shù)的一般趨勢。此外，這些曲線分別通過其正和負(fù)凹 度而區(qū)分開來。因此，如通過電路106實現(xiàn)的對背光進(jìn)行線性化， 曲線136可具有定義最大1#出的凹度，而曲線138可具有定義最小
車lr出的凹度。
圖3C是示出根據(jù)本發(fā)明另 一個示例性實施例的系統(tǒng)90的操作 原理的曲線圖170。曲線圖170示出了形成九條線-險的三個線性函數(shù)的交叉。九條線段包括由電路106使用的全部曲線，以形成背光 的多個分段線性傳遞特性函數(shù)。以這種方式，增加線性函數(shù)的數(shù)量 (如通過電路卯所實現(xiàn)的)來增加交點的數(shù)量，這就增加了分l史 線性傳遞特性函數(shù)的數(shù)量。這在更精確地表示顯示裝置的背光方面 是有利的。因此，電路106可產(chǎn)生對應(yīng)于最大、最小、或其組合的 分l殳線性傳遞特性函數(shù)的曲線。在本示例性實施例中，最小曲線與 由圖3B示出的最小曲線相同。相同的實施例才是供了由交叉點137 和139定義的最大曲線，來形成線革爻172、 175和176。短劃線179 示出通過這些線段所形成的最大分段線性傳遞特性函數(shù)的 一 般趨 勢。
電路106還進(jìn)一 步產(chǎn)生最大和最小線段的組合來形成背光的附 加分4殳線性傳遞特性函H例如，交叉點131、 137和139定義了 四條線段171、 173、 174和177。后面的這些線,殳形成了獨特的背 光分l殳線性傳遞特性函凄t。短劃線178示出通過線，段171、 173、 174 和177所得到的分段傳遞特性曲線的一般趨勢。曲線178置于最大 曲線179和最小曲線138之間。
圖3D是才艮據(jù)本發(fā)明示例性實施例的另 一個系統(tǒng)，其中電路150 用于對背光照度進(jìn)行線性化。系統(tǒng)150接收線性背光數(shù)據(jù)92。線性 背光凄t據(jù)92 :f皮傳送至定標(biāo)電^各(scale circuit) 152和減法器162。 定標(biāo)電路152將對應(yīng)于最大亮度級的值(例如，255，對應(yīng)于最大 灰度陰影的值)與輸入數(shù)據(jù)92相減。電路154使前述的值乘以斜 率或增益系數(shù)，并將其傳送至最小電路156。輸入至最小電路156 的可配置偏移數(shù)據(jù)158生成用于校正背光的非線性特性的曲線族。 因此，最小電路156根據(jù)由增益框154和偏移數(shù)據(jù)158提供的數(shù)據(jù) 輸出最小值160。此后，減法器162使線性背光數(shù)據(jù)92減去最小值 160。減法器162產(chǎn)生數(shù)據(jù)163。數(shù)據(jù)163隨后被限幅器164處理以 確保數(shù)據(jù)163落在前述數(shù)值范圍內(nèi)。限幅器164向電路166 (或者更一般地被本領(lǐng)域的技術(shù)人員稱作觸發(fā)器)提供數(shù)據(jù)165。最后， 電路166產(chǎn)生用于背光控制(圖2 )的線性背光數(shù)據(jù)58。
通過系統(tǒng)150對線性背光數(shù)據(jù)92的處理以輸出非線性背光數(shù) 據(jù)可通過以下形式的等式來進(jìn)行數(shù)學(xué)性的描述
輸出=輸入-最小(偏移量，斜率(255 -輸入))
現(xiàn)在，參照圖4A,示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的示例性 曲線圖180。曲線圖180表示非線性背光輸出對背光裝置的PWM 控制值的曲線。因此，縱軸182表示最大白色輸出的百分比，而橫 軸184表示背光照度的控制值。該示例性曲線可包括對應(yīng)于百分之 百的光輸出的最大控制值256。如曲線186所示，非線性分量存在 于背光照度中，尤其是在對應(yīng)于高亮度級的曲線186的上部中。
參照圖4B,示出了才艮據(jù)本發(fā)明示例性實施例的示例性曲線圖 200。曲線圖200示出了背光線性化電路54所使用以補償背光的非 線性特性的曲線206 ~ 210的集合。因此，縱軸202和一黃軸204分 別表示背光的控制輸出值和控制輸入值。每條曲線206-210均可對 應(yīng)于不同的偏移4直。例如，曲線208可I是供適當(dāng)?shù)钠魄€來4M嘗 由曲線186所示的背光照度的非線性特性。
圖4C示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的曲線圖220。曲線圖 220示出了通過利用圖4B的示例性曲線208所」得到的曲線。曲線 208是用于對由圖4A的示例性曲線186所示的背光的非線性特性 進(jìn)行線性化的圖4B的曲線200族中最好的選擇。才艮據(jù)背光的固有 非線性特性，由曲線200族所l是供的不同曲線可用于產(chǎn)生相應(yīng)的偏 移和斜率參數(shù)96、 100、 104以及94、 98、 102 (圖3A ~ C )的范圍， 來為對背光照度進(jìn)行線性化。參照圖5,通過流程圖示出了用于對背光照度進(jìn)行線性化的方 法，具體通過參考標(biāo)號240表示。該方法以框242開始，其中，數(shù) 據(jù)42被傳送到白色電平探測器44。在框244處，最亮對象的像素 亮度級由白色電平探測器44所確定?；谧盍翆ο蟮牧炼燃墸?框246所示，通過最大白色發(fā)生器46確定期望的背光照度。此后， 在框248處，背光照度被線性化，以及在框250處，為顯示裝置揭: 供經(jīng)過線性化的背光照度。最后，該方法結(jié)束于框251。
雖然已經(jīng)通過附圖中的實例示出了具體的實施例，并且將在本 文中進(jìn)行詳細(xì)地描述，4旦是本發(fā)明能允許各種{奮改和替才奐形式。然 而，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于所披露的特定形式。相反地，本發(fā) 明將覆蓋落入由下面所附的權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍 內(nèi)的所有^f奮改、等價物以及替換。
權(quán)利要求
1.一種視頻單元(20)，包括照明源(18)；以及電路(90)，與所述照明源(18)相連，所述電路(90)用于使用所述照明源(18)的特性參數(shù)來對所述照明源(18)進(jìn)行線性化。
2. 4艮據(jù)斥又利要求1所述的一見頻單元(20 ),其中，所述照明源(18 ) 的所述特性參數(shù)形成至少兩條線性曲線。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的視頻單元(20)，其中，所述至少兩條 線性曲線同時凈皮所述電3各(90)處理。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的視頻單元(20 )，其中，所述電路(90 ) 用于使用所述至少兩條線性曲線的交叉點來獲得用于對所述 照明源進(jìn)4于線性化的分段線性傳遞特性函#t 。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的視頻單元(20 )，其中，所述電路(90 ) 用于獲得用來對所述照明源進(jìn)行線性化的最大、最小或其組合 的分段線性傳遞特性函數(shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的視頻單元(20)，其中，當(dāng)對伽瑪校正 域中的彩色像素值進(jìn)行調(diào)節(jié)的同時，所述電路(90)用于對所 述照明源進(jìn)4于線性化。
7. —種對顯示裝置的照明源進(jìn)行線性化的方法(240 ),所述方法 包括確定一見頻幀中最亮》十象的亮度級(244);基于所述最亮對象的所述亮度級來確定所述一見頻幀的照度級(246 );對所述照度級進(jìn)行線性化(248 );以及基于經(jīng)過線性化的照度級，提供所述顯示裝置的照度 (250)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法(240 ),包括使用統(tǒng)計信息來確 定所述一見頻幀中所述最亮對象的像素亮度級。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法(240)，其中，使用至少一個分段 線性傳遞特性函數(shù)來對所述照度級進(jìn)行線性化。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法(240 ),其中，所述至少一個分段 線性傳遞特性函凄t包>^舌與所述照度級的光特性相關(guān)的至少兩 條線性曲線的交點。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法(240)，其中，所述至少兩條線 性曲線中的每一條均包括與所述照明源的特性參數(shù)相關(guān)的斜 率和偏移量。
12. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法(240 )，包括獲得用于對所述照 明源進(jìn)行線性化的最大、最小或其組合的分段線性傳遞特性函 數(shù)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法(240 ),包括基于所述視頻幀的 所述照度級來調(diào)節(jié)伽瑪才交正域中的彩色〗象素值。
14. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法(240)，包括在調(diào)節(jié)所述彩色像 素值的同時對所述照度級進(jìn)行線性化(248)。
15. —種用于對顯示裝置(20)的照明源進(jìn)行線性化的系統(tǒng)(40), 包括用于確定視頻幀中最亮對象的亮度級的裝置(44);用于基于所述最亮對象的所述亮度級來確定所述一見頻幀 的照度級的裝置(46);用于對所述照度級進(jìn)行線性化的裝置(54);以及用于基于經(jīng)過線性化的照度級來為所述顯示裝置提供照 度的裝置(58)。
16. 才艮據(jù)片又利要求15所述的系統(tǒng)(90)，其中，用于對所述照明源 進(jìn)行線性化的裝置所述(54 )采用至少一個分段線性傳遞特性 函數(shù)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)(40 ),包括通過使與所述照明 源的光特性相關(guān)的至少兩條線性曲線相交來獲得所述分段線 性傳遞特性函數(shù)的裝置。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)(40)，包括用于為與所述照明 源的所述光特性相關(guān)的所述至少兩條線性曲線纟是供斜率和偏 移量的裝置。
19. 4艮據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)(40 ),包括用于獲得用來對所 述照明源進(jìn)行線性化的最大、最小或其組合的分段線性傳遞特 性函數(shù)的裝置。
20. 4艮據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)(40 ),包括用于在對所述照明 源進(jìn)行線性化的同時<奮正伽瑪才交正域中的像素值的裝置(66 )。
全文摘要
本發(fā)明所公開的實施例涉及視頻單元(20)，包括照明源(18)。該視頻單元還包括與照明源(18)相連的電路(90)，電路(90)用于使用照明源(18)的特性參數(shù)來對照明源(18)進(jìn)行線性化。
文檔編號G09G3/34GK101317208SQ200580052160
公開日2008年12月3日 申請日期2005年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月23日
發(fā)明者約翰·黑格, 馬克·魯姆雷希 申請人:深圳Tcl新技術(shù)有限公司