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对比调变装置及对比调变方法.pdf

摘要
申请专利号:

CN201110190306.4

申请日:

2011.07.07

公开号:

太阳城集团CN102376264B

公开日:

2015.01.28

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G09G 3/34申请日:20110707|||公开
IPC分类号: G09G3/34; H04N5/14 主分类号: G09G3/34
申请人: 瑞昱半导体股份有限公司
发明人: 黄培诚; 李玉忠; 徐诗雨; 吴柏洋
地址: 中国台湾新竹
优先权: 2010.07.09 US 61/362,693
专利代理机构: 北京康信知识产权代理有限责任公司 11240 代理人: 余刚;吴孟秋
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法律状态
申请(专利)号:

太阳城集团CN201110190306.4

授权太阳城集团号:

102376264B||||||

法律状态太阳城集团日:

2015.01.28|||2012.04.25|||2012.03.14

法律状态类型:

太阳城集团授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明提供一种对比调变装置及对比调变方法,该装置包含:一检测单元、一判断单元、一背光源控制单元、一增益产生单元以及一对比增益处理器。检测单元根据一目前影像,进行像素的平均值计算及最大值侦测,以产生一平均值及一最大值。判断单元是根据该平均值,产生一增益索引及一亮度索引。背光源控制单元根据该亮度索引,产生一背光源控制信号。增益产生单元,连接该检测单元,根据该增益索引、该平均值及该最大值,产生一第一对比增益值及一软性箝位增益值,再根据该目前影像之一输入像素值,选择该第一对比增益值及该软性箝位增益值之一输出当作一第二对比增益值。以及,对比增益处理器,根据该第二对比增益值及该输入像素值,产生一输出像素值。

权利要求书

1: 一种对比调变装置, 其特征在于, 包含 : 一检测单元, 用以根据一目前影像来进行像素的平均值计算及最大值检测, 以产生一 平均值及一最大值 ; 一判断单元, 用以根据所述平均值, 来产生一增益索引及一亮度索引 ; 一背光源控制单元, 用以根据所述亮度索引, 来产生一背光源控制信号 ; 一增益产生单元, 耦接所述检测单元, 用以根据所述增益索引、 所述平均值及所述最大 值, 产生一第一对比增益值及一软性箝位增益值, 再根据所述目前影像的一输入像素值, 选 择所述第一对比增益值及所述软性箝位增益值之一输出当作一第二对比增益值 ; 以及 一对比增益处理器, 根据所述第二对比增益值及所述输入像素值, 产生一输出像素值。
2: 根据权利要求 1 所述的对比调变装置, 其特征在于, 所述检测单元依据所述目前影 像中像素的亮度值及色度值的至少其中之一, 进行平均值计算及最大值检测, 以产生所述 平均值及所述最大值。
3: 根据权利要求 1 所述的对比调变装置, 其特征在于, 所述增益产生单元包含 : 一增益映射单元, 根据所述增益索引, 产生所述第一对比增益值, 其中, 所述第一对比 增益值大于 1 ; 以及 一饱和补偿单元, 耦接所述增益映射单元, 当所述平均值大于一第一临界值以及所述 最大值大于一第二临界值时, 所述饱和补偿单元设定所述软性箝位增益值等于 m×k, 否则, 设定所述软性箝位增益值等于 k, 并根据所述输入像素值, 选择所述第一对比增益值及所述 软性箝位增益值之一输出当作所述第二对比增益值, 其中, 0 < m, k < 1, 且 m 值及 k 值取决 于所述平均值及所述最大值的至少其中之一。
4: 根据权利要求 3 所述的对比调变装置, 其特征在于, 当所述饱和补偿单元根据所述 第一对比增益值及所述最大值, 判断不会产生饱和现象时, 选择所述第一对比增益值输出 当作所述第二对比增益值。
5: 根据权利要求 1 所述的对比调变装置, 其特征在于, 当所述增益产生单元根据所述 第一对比增益值及所述最大值, 判断不会产生饱和现象时, 选择所述第一对比增益值输出 当作所述第二对比增益值。
6: 根据权利要求 1 所述的对比调变装置, 其特征在于, 所述判断单元包含 : 一步进变化判断单元, 连接所述检测单元, 根据所述目前影像的平均值及上一张影像 的平均值间的差距, 逐步调整一参考索引 ; 一增益判断单元, 根据所述参考索引, 产生所述增益索引 ; 以及 一亮度判断单元, 根据所述参考索引, 产生所述亮度索引。
7: 根据权利要求 1 所述的对比调变装置, 其特征在于, 所述背光源控制信号为一脉冲 宽度调变信号 ; 其中, 所述背光源控制单元根据所述亮度索引, 调整所述脉冲宽度调变信号 的工作周期。
8: 根据权利要求 1 所述的对比调变装置, 其特征在于, 所述对比增益处理器利用一乘 法器来实施。
9: 一种对比调变方法, 适用于一影像显示系统, 其特征在于, 包含 : 根据一目前影像, 进行像素的平均值计算及最大值检测, 以得到一平均值及一最大 值; 2 根据所述平均值, 决定一增益索引及一亮度索引 ; 根据所述亮度索引, 产生一背光源控制信号 ; 根据所述增益索引、 所述平均值及所述最大值, 得到一第一对比增益值及一软性箝位 增益值 ; 根据所述目前影像的一输入像素值, 选择所述第一对比增益值及所述软性箝位增益值 之一当作一第二对比增益值 ; 以及 根据所述第二对比增益值及所述输入像素值, 得到一输出像素值。
10: 根据权利要求 9 所述的对比调变方法, 其特征在于, 决定所述增益索引及所述亮度 索引步骤包含 : 根据所述目前影像的平均值及上一张影像的平均值间的差距, 逐步调整一参考索引 ; 以及 根据所述参考索引, 产生所述增益索引及所述亮度索引。
11: 根据权利要求 9 所述的对比调变方法, 其特征在于, 得到所述第一对比增益值及所 述软性箝位增益值步骤包含 : 根据所述增益索引, 决定所述第一对比增益值, 其中, 所述第一对比增益值大于 1 ; 根据所述第一对比增益值及所述最大值, 判断所述输出像素值是否会饱和 ; 以及 当所述输出像素值会饱和且所述平均值大于一第一临界值及所述最大值大于一第二 临界值时, 设定所述软性箝位增益值等于 m×k, 否则, 设定所述软性箝位增益值等于 k ; 其中, 0 < m, k < 1 且 m 值及 k 值均取决于所述平均值及所述最大值的至少其中之一。
12: 根据权利要求 9 所述的对比调变方法, 其特征在于, 所述检测步骤中依据所述目前 影像中像素的亮度值及色度值的至少其中之一, 进行平均值计算及最大值检测, 以产生所 述平均值及所述最大值。
13: 根据权利要求 9 所述的对比调变方法, 其特征在于, 所述背光源控制信号为一脉冲 宽度调变信号 ; 其中, 产生所述背光源控制信号步骤中根据所述亮度索引, 调整所述脉冲宽 度调变信号的工作周期。
14: 根据权利要求 9 所述的对比调变方法, 其特征在于, 得到所述输出像素值步骤中, 将所述第二对比增益值及所述输入像素值相乘, 以产生所述输出像素值。

说明书


对比调变装置及对比调变方法

    【技术领域】
     本发明涉及影像显示系统 (image display system), 尤其涉及一种对比调变 (contrast control) 装置及对比调变方法。背景技术
     图 1 为传统影像显示系统的一架构图。 请参考图 1, 一影像显示系统 100 包含一显 示控制单元 102、 一平均亮度 (average brightness) 检测单元 104、 一峰值 (peak) 检测单元 106、 一液晶显示 (liquid crystal display) 装置 108、 一背光源控制 (backlight control) 单元 112 及一背光源 (backlight)110。
     显示控制单元 102 对一输入影像 ( 如一图框 (frame) 或图场 (field)) 的影像信 号 PIC 进行控制处理后, 产生一输出信号 DRV 以传送至液晶显示装置 108。 平均亮度检测单 元 104 及峰值检测单元 106 是分别检测该输入影像的平均亮度值 AVE 及亮度峰值 PEK, 而背 光源控制单元 112 再根据平均亮度值 AVE 及亮度峰值 PEK, 以调整控制信号 CTL, 进而控制 背光源 110 的亮度。 在此, 背光源 110 是当作一光源 (light source), 以提供该液晶显示装 置 108 显示时所须的亮度。
     上述传统方法中仅通过调整背光源亮度来降低功率消耗 (power consumption), 故观众有时会感觉到影像失真。为解决上述问题, 因此提出本发明。发明内容
     本发明的目的之一, 在于提供一种对比调变装置, 以解决已知技术中的问题。
     根据本发明的一实施例, 提供一种对比调变装置, 包含 : 一检测单元, 根据一目前 影像, 进行像素的平均值计算及最大值检测, 以产生一平均值及一最大值 ; 一判断单元, 根 据该平均值, 产生一增益索引及一亮度索引 ; 一背光源控制单元, 根据该亮度索引, 产生一 背光源控制信号 ; 一增益产生单元, 连接该检测单元, 根据该增益索引、 该平均值及该最大 值, 产生一第一对比增益值及一软性箝位 (clamping, 嵌位 ) 增益值, 再根据该目前影像的 一输入像素值, 选择该第一对比增益值及该软性箝位增益值的一输出当作一第二对比增益 值; 以及, 一对比增益处理器, 根据该第二对比增益值及该输入像素值, 产生一输出像素值。
     根据本发明的一实施例, 另披露一种对比调变方法, 是适用于一影像显示系统, 该 方法包含以下步骤 : 根据一目前影像, 进行像素的平均值计算及最大值检测, 以得到一平均 值及一最大值 ; 根据该平均值, 决定一增益索引及一亮度索引 ; 根据该亮度索引, 产生一背 光源控制信号 ; 根据该增益索引、 该平均值及该最大值, 得到一第一对比增益值及一软性箝 位增益值 ; 根据该目前影像的一输入像素值, 选择该第一对比增益值及该软性箝位增益值 的一当作一第二对比增益值 ; 以及, 根据该第二对比增益值及该输入像素值, 得到一输出像 素值。 附图说明图 1 为传统影像显示系统的一架构图。 图 2 显示本发明对比调变装置的一实施例的架构方框图。 图 3 显示输出像素值 P 在高亮度区或高色度区呈现饱和现象。 图 4 显示本发明对比调变装置的另一实施例的架构方框图。 图 5 显示本发明软性箝位机制。 图 6 显示本发明适应性箝位增益调整机制。 图 7 为本发明对比调变方法的流程图。 【主要元件符号说明】 100 影像显示系统 102 显示控制单元 104 平均亮度检测单元 106 峰值检测单元 108 液晶显示装置 110 背光源 112 背光源控制单元 200、 400 对比调变装置 202 平均值与最大值检测单元 204 增益判断单元 208 亮度判断单元 210 增益映射单元 212 背光源控制 216 对比增益处理器 218 液晶显示装置 406 步进变化判断单元 416 饱和补偿单元具体实施方式
     以下的说明将举出本发明的多个优选的示范实施例。熟悉本领域者应可理解, 本 发明可采用各种可能的方式实施, 并不限于下列示范的实施例或实施例中的特征。 另外, 众 所知悉的细节不再重复显示或赘述, 以避免模糊本发明的重点。
     为了降低功率消耗, 本发明在降低背光源 (backlight source) 亮度的同时, 也补 偿对比增益 (contrast gain) 或增加画面亮度, 使观众不会感觉到画面失真, 而仍享受相同 影像品质。由于背光源的功率消耗占了整体影像显示装置的功率消耗的主要部分, 故本发 明可大幅减少系统的功率消耗。
     图 2 显示根据本发明的对比调变装置的一实施例的架构方框图。 参考图 2, 本发明 对比调变装置 200, 是应用于一影像显示系统 ( 图未示 ), 包含一平均值与最大值检测单元 202、 一增益 (gain) 判断单元 204、 一亮度判断单元 208、 一增益映射 (gain mapping) 单元 210、 一背光源控制 (backlight source control) 单元 212 及一对比增益处理器 216。
     平均值与最大值检测单元 202 接收一张输入影像 ( 如一图框或图场 ) 后, 根据该输入影像中的像素 (pixel)I 的亮度 (luma) 或 / 及色度 (chroma), 计算一平均值 AVE 及一 最大值 PEK。增益判断单元 204 再根据平均值 AVE 产生一相对应的增益索引 (gain index) GI, 而亮度判断单元 208 则根据平均值 AVE, 产生一相对应的亮度索引 (brightness index) BI。背光源控制单元 212 再根据亮度索引 BI, 产生一控制信号 CTL 至一背光源 ( 位于液晶 显示装置 218 内部, 图未示 )。优选地, 背光源控制单元 212 根据亮度索引 BI, 调降一脉冲 宽度调变 (PWM) 信号的工作周期 (duty cycle), 来减少该背光源亮度。而本技术领域者由 该 PWM 信号的工作周期, 即可计算出背光源的功耗大小。
     另一方面, 增益映射单元 210 根据增益索引 GI 产生一相对应的对比增益值 CG( 即 图 3 中的斜率 g, 且 g > 1), 而对比增益处理器 216 再根据输入像素值 I( 例如亮度或色 度 ) 及对比增益值 CG, 产生输出像素值 P。本实施例中, 对比增益处理器 216 以一乘法器 (multiplier) 实施, 但本发明不以此为限。乘法器 216 将输入像素值 I( 例如亮度或色度 ) 乘以上述对比增益值 CG 后, 产生输出像素值 P。
     本实施例的对比调变装置会根据不同的平均值 AVE, 产生相对应的亮度索引 BI 来 调降背光源亮度, 同时增益判断单元 204 也产生相对应的增益索引 GI 来加强画面亮度, 以 达到降低功率消耗的功效, 同时, 使观众并不会感觉到最后呈现的画面品质有落差。 基于硬 件成本考虑, 系统通常仅提供有限组数的 AVE-PEK-GI-BI 参数 ( 例如 20 组参数 )。 然而, 输入像素值 I 经过乘法器 216 处理后, 产生的输出像素值 P 可能大于一临界 值而饱和于高亮度区 ( 或高色度区 )。以 8 位像素的亮度值为例, 输入像素值 I 经过乘法器 216 处理后, 产生的输出像素值 P 可能会大于 255 而使得高亮度区皆饱和于 255。如图 3 所 示, 当对比增益值 CG 等于 g( 即斜率= g, 且 g > 1) 时, 对应于输入像素值 Max/g 至 Max 的 输出像素值 P 均呈现饱和现象 ( 即输出像素值 P 均等于 Max), 而产生输出像素值 P 无法区 分的问题。
     有鉴于此, 本发明另提供一实施例, 说明如下。
     图 4 显示本发明对比调变装置的另一实施例的架构方框图。 参考图 4, 本发明对比 调变装置 400, 应用于一影像显示系统, 除了包含对比调变装置 200 的所有元件之外, 另包 含一步进变化 (step change) 判断单元 406 及一饱和补偿单元 416。
     本发明提供的步进变化判断单元 406 适用于影像场景快速改变的应用。当显示的 影像有频繁的场景变化时, 因为亮度增益 BI 及对比增益 GI 也随着影像内容而频繁调整, 故 有时屏幕会产生闪烁 (flicker) 现象。步进变化判断单元 406 接收平均值与最大值检测单 元 202 所产生的平均值 AVE, 根据目前影像 AVE 值及上一张影像 AVE 值之间的差距, 产生一 参考索引 RI 至增益判断单元 204 及亮度判断单元 208。 在此, 须注意的是, 一张影像一般只 能调整背光源的亮度一次。当输入影像的场景有大改变时 ( 例如 : 根据目前影像 AVE 值及 上一张影像 AVE 值之间的差距比较大时 ), 步进变化判断单元 406 并不会将参考索引 RI 一 次调到目标值, 而是逐步 (step by step) 调整参考索引 RI, 使得亮度增益 BI 及对比增益 GI 也进行逐步调整。例如, 当输入影像的场景有大改变时, (1) 可以连续多张影像、 每张影 像以小幅度方式调整 RI, 直到将参考索引 RI 调到目标值为止, 或者, (2) 可以每次间隔 n(n 为正整数 ) 张影像以较大幅度方式调整 RI, 直到将参考索引 RI 调到目标值为止。 由于步进 变化判断单元 406 是逐步调整背光源亮度, 所以观众不会感觉到屏幕有闪烁现象。
     图 4 的饱和补偿单元 416 具有一软性箝位机制 (soft-clamping mechanism), 用
     以降低高亮度区或高色度区的对比增益值 CG。在本实施例中, 最后的对比增益值 CG’ 取决 于平均值 AVE 且由饱和补偿单元 416 所箝制。图 5 显示本发明软性箝位机制。当输入像素 值 I 大于 N, 对比增益值 CG’ 被饱和补偿单元 416 箝制于 k( 即软性箝位增益 SG = k, 而且 0 < k < 1)。据此, 经过乘法器 216 处理后, 在高亮度区或高色度区 ( 输入像素值大于 N) 即 可以分辨出不同的输出像素值 P, 且输出像素值 P 可维持线性 (linearity)。在此请注意, 无论 g 值或 k 值的大小皆非固定, 是取决于每一张输入影像的像素值 I 的平均值 AVE。详而 言之, 利用平均值 AVE 先决定 g 值, 若根据斜率 g 值及最大值 PEK, 饱和补偿单元 416 判断输 出像素值 P 在高亮度区 ( 或高色度区 ) 会呈现饱和时 ( 例如输入像素值 I 的最大值 PEK 大 于 Max/g), 高亮度区 ( 或高色度区 ) 再采用软性箝位增益 SG, 即饱和补偿单元 416 根据平 均值 AVE 再决定一适当的 k 值。当然, 斜率 g 及 k 确定后就能决定图 5 中 N 及 M 的位置。
     此外, 饱和补偿单元 416 内建的软性箝位机制还包含一适应性箝位增益调整机 制。饱和补偿单元 416 根据平均值 AVE 及最大值 PEK, 适应性地调整软性箝位增益 SG。例 如, 当影像内容较明亮时 ( 如阳光画面 ), 就进一步调整软性箝位增益值 SG, 以进一步加强 高亮度区或色度区的影像对比。饱和补偿单元 416 是否进行适应性箝位增益调整的判断标 准如下 :
     图 6 显示本发明适应性箝位增益调整机制。当影像内容较明亮 ( 即平均值 AVE 大 于 THAVE 且最大值 PEK 大于 THMax) 时, 根据该适应性箝位增益调整机制, 饱和补偿单元 416 将软性箝位增益 SG 调整为 m×k( 其中, 0 < m < 1, m 值也取决于平均值 AVE 或 / 及最大值 PEK 的大小 ), 以进一步加强高亮度区或高色度区的影像对比。否则, 饱和补偿单元 416 仍 将软性箝位增益 SG 设为 k。最后, 根据一输入像素值 I, 饱和补偿单元 416 选择 g 值及软性 箝位增益 SG 的其一输出当作对比增益值 CG’ 。乘法器 216 再将该输入像素值 I 及对比增益 值 CG’ 相乘, 以产生输出像素值 P。请参考图 6, 一实施例中, 当输入像素值 I 大于或等于 h 时, 饱和补偿单元 416 选择软性箝位增益 SG 当作对比增益值 CG’ ; 否则, 饱和补偿单元 416 选择 g 值当作对比增益值 CG’ 。
     图 7 为本发明对比调变方法的流程图。 请参考图 7, 本发明对比调变方法可应用于 一影像显示系统, 例如 : 一液晶显示系统, 但本发明不以此为限。以下详细说明本发明各步 骤。
     步骤 S702 : 根据一输入影像中像素的亮度或色度, 计算一平均值 AVE 及一最大值 PEK。
     步骤 S704 : 根据平均值 AVE, 决定相对应的亮度索引 BI 及增益索引 GI。 如上所述, 根据平均值 AVE, 亮度判断单元 208 产生不同的亮度索引 BI 以调降不等的背光源亮度, 同时
     增益判断单元 204 产生不等的增益索引 GI 以加强画面亮度, 使观众享受相同画面品质又能 节省功耗。附带一提的是, 决定增益索引 GI 时, 也可同时决定斜率 g 值。
     步骤 S706 : 判断输出像素值 P 于高亮度区或高色度区是否会饱和。例如, 饱和补 偿单元 416 根据斜率 g 值及最大值 PEK, 即可判断输出像素值 P 于高亮度区或高色度区是否 会饱和。若饱和, 跳到步骤 S708 ; 否则, 跳到步骤 S714。
     步骤 S708 : 判断平均值 AVE 是否大于 THAVE, 以及最大值 PEK 是否大于 THMax。若同 时符合, 跳到步骤 S712 ; 否则, 跳到步骤 S710。
     步骤 S710 : 根据平均值 AVE, 决定 k 值。同时, 设定软性箝位增益 SG = k, 并跳到 步骤 S714。
     步骤 S712 : 根据平均值 AVE 或 / 及最大值 PEK, 决定 m 及 k 值。同时, 设定软性箝 位增益 SG = m×k。其中, 0 < m, k < 1。
     步骤 S714 : 根据亮度索引 BI, 产生一控制信号 CTL 以调整一背光源亮度 ; 同时, 根 据一输入像素值 I, 选择 g 值及软性箝位增益 SG 的其一输出当作对比增益值 CG’ 。最后, 再 将该输入像素值 I 及对比增益值 CG’ 相乘, 以产生输出像素值 P。
     以上虽以实施例说明本发明, 但并不因此限定本发明的范围, 只要不脱离本发明 的要旨, 本领域的技术人员可进行各种变形或变更。

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