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對比調變裝置及對比調變方法.pdf

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對比 裝置 方法
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摘要
申請專利號:

CN201110190306.4

申請日:

2011.07.07

公開號:

CN102376264B

公開日:

2015.01.28

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):G09G 3/34申請日:20110707|||公開
IPC分類號: G09G3/34; H04N5/14 主分類號: G09G3/34
申請人: 瑞昱半導體股份有限公司
發明人: 黃培誠; 李玉忠; 徐詩雨; 吳柏洋
地址: 中國臺灣新竹
優先權: 2010.07.09 US 61/362,693
專利代理機構: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240 代理人: 余剛;吳孟秋
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201110190306.4

授權公告號:

102376264B||||||

法律狀態公告日:

2015.01.28|||2012.04.25|||2012.03.14

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明提供一種對比調變裝置及對比調變方法,該裝置包含:一檢測單元、一判斷單元、一背光源控制單元、一增益產生單元以及一對比增益處理器。檢測單元根據一目前影像,進行像素的平均值計算及最大值偵測,以產生一平均值及一最大值。判斷單元是根據該平均值,產生一增益索引及一亮度索引。背光源控制單元根據該亮度索引,產生一背光源控制信號。增益產生單元,連接該檢測單元,根據該增益索引、該平均值及該最大值,產生一第一對比增益值及一軟性箝位增益值,再根據該目前影像之一輸入像素值,選擇該第一對比增益值及該軟性箝位增益值之一輸出當作一第二對比增益值。以及,對比增益處理器,根據該第二對比增益值及該輸入像素值,產生一輸出像素值。

權利要求書

1: 一種對比調變裝置, 其特征在于, 包含 : 一檢測單元, 用以根據一目前影像來進行像素的平均值計算及最大值檢測, 以產生一 平均值及一最大值 ; 一判斷單元, 用以根據所述平均值, 來產生一增益索引及一亮度索引 ; 一背光源控制單元, 用以根據所述亮度索引, 來產生一背光源控制信號 ; 一增益產生單元, 耦接所述檢測單元, 用以根據所述增益索引、 所述平均值及所述最大 值, 產生一第一對比增益值及一軟性箝位增益值, 再根據所述目前影像的一輸入像素值, 選 擇所述第一對比增益值及所述軟性箝位增益值之一輸出當作一第二對比增益值 ; 以及 一對比增益處理器, 根據所述第二對比增益值及所述輸入像素值, 產生一輸出像素值。
2: 根據權利要求 1 所述的對比調變裝置, 其特征在于, 所述檢測單元依據所述目前影 像中像素的亮度值及色度值的至少其中之一, 進行平均值計算及最大值檢測, 以產生所述 平均值及所述最大值。
3: 根據權利要求 1 所述的對比調變裝置, 其特征在于, 所述增益產生單元包含 : 一增益映射單元, 根據所述增益索引, 產生所述第一對比增益值, 其中, 所述第一對比 增益值大于 1 ; 以及 一飽和補償單元, 耦接所述增益映射單元, 當所述平均值大于一第一臨界值以及所述 最大值大于一第二臨界值時, 所述飽和補償單元設定所述軟性箝位增益值等于 m×k, 否則, 設定所述軟性箝位增益值等于 k, 并根據所述輸入像素值, 選擇所述第一對比增益值及所述 軟性箝位增益值之一輸出當作所述第二對比增益值, 其中, 0 < m, k < 1, 且 m 值及 k 值取決 于所述平均值及所述最大值的至少其中之一。
4: 根據權利要求 3 所述的對比調變裝置, 其特征在于, 當所述飽和補償單元根據所述 第一對比增益值及所述最大值, 判斷不會產生飽和現象時, 選擇所述第一對比增益值輸出 當作所述第二對比增益值。
5: 根據權利要求 1 所述的對比調變裝置, 其特征在于, 當所述增益產生單元根據所述 第一對比增益值及所述最大值, 判斷不會產生飽和現象時, 選擇所述第一對比增益值輸出 當作所述第二對比增益值。
6: 根據權利要求 1 所述的對比調變裝置, 其特征在于, 所述判斷單元包含 : 一步進變化判斷單元, 連接所述檢測單元, 根據所述目前影像的平均值及上一張影像 的平均值間的差距, 逐步調整一參考索引 ; 一增益判斷單元, 根據所述參考索引, 產生所述增益索引 ; 以及 一亮度判斷單元, 根據所述參考索引, 產生所述亮度索引。
7: 根據權利要求 1 所述的對比調變裝置, 其特征在于, 所述背光源控制信號為一脈沖 寬度調變信號 ; 其中, 所述背光源控制單元根據所述亮度索引, 調整所述脈沖寬度調變信號 的工作周期。
8: 根據權利要求 1 所述的對比調變裝置, 其特征在于, 所述對比增益處理器利用一乘 法器來實施。
9: 一種對比調變方法, 適用于一影像顯示系統, 其特征在于, 包含 : 根據一目前影像, 進行像素的平均值計算及最大值檢測, 以得到一平均值及一最大 值; 2 根據所述平均值, 決定一增益索引及一亮度索引 ; 根據所述亮度索引, 產生一背光源控制信號 ; 根據所述增益索引、 所述平均值及所述最大值, 得到一第一對比增益值及一軟性箝位 增益值 ; 根據所述目前影像的一輸入像素值, 選擇所述第一對比增益值及所述軟性箝位增益值 之一當作一第二對比增益值 ; 以及 根據所述第二對比增益值及所述輸入像素值, 得到一輸出像素值。
10: 根據權利要求 9 所述的對比調變方法, 其特征在于, 決定所述增益索引及所述亮度 索引步驟包含 : 根據所述目前影像的平均值及上一張影像的平均值間的差距, 逐步調整一參考索引 ; 以及 根據所述參考索引, 產生所述增益索引及所述亮度索引。
11: 根據權利要求 9 所述的對比調變方法, 其特征在于, 得到所述第一對比增益值及所 述軟性箝位增益值步驟包含 : 根據所述增益索引, 決定所述第一對比增益值, 其中, 所述第一對比增益值大于 1 ; 根據所述第一對比增益值及所述最大值, 判斷所述輸出像素值是否會飽和 ; 以及 當所述輸出像素值會飽和且所述平均值大于一第一臨界值及所述最大值大于一第二 臨界值時, 設定所述軟性箝位增益值等于 m×k, 否則, 設定所述軟性箝位增益值等于 k ; 其中, 0 < m, k < 1 且 m 值及 k 值均取決于所述平均值及所述最大值的至少其中之一。
12: 根據權利要求 9 所述的對比調變方法, 其特征在于, 所述檢測步驟中依據所述目前 影像中像素的亮度值及色度值的至少其中之一, 進行平均值計算及最大值檢測, 以產生所 述平均值及所述最大值。
13: 根據權利要求 9 所述的對比調變方法, 其特征在于, 所述背光源控制信號為一脈沖 寬度調變信號 ; 其中, 產生所述背光源控制信號步驟中根據所述亮度索引, 調整所述脈沖寬 度調變信號的工作周期。
14: 根據權利要求 9 所述的對比調變方法, 其特征在于, 得到所述輸出像素值步驟中, 將所述第二對比增益值及所述輸入像素值相乘, 以產生所述輸出像素值。

說明書


對比調變裝置及對比調變方法

    【技術領域】
     本發明涉及影像顯示系統 (image display system), 尤其涉及一種對比調變 (contrast control) 裝置及對比調變方法。背景技術
     圖 1 為傳統影像顯示系統的一架構圖。 請參考圖 1, 一影像顯示系統 100 包含一顯 示控制單元 102、 一平均亮度 (average brightness) 檢測單元 104、 一峰值 (peak) 檢測單元 106、 一液晶顯示 (liquid crystal display) 裝置 108、 一背光源控制 (backlight control) 單元 112 及一背光源 (backlight)110。
     顯示控制單元 102 對一輸入影像 ( 如一圖框 (frame) 或圖場 (field)) 的影像信 號 PIC 進行控制處理后, 產生一輸出信號 DRV 以傳送至液晶顯示裝置 108。 平均亮度檢測單 元 104 及峰值檢測單元 106 是分別檢測該輸入影像的平均亮度值 AVE 及亮度峰值 PEK, 而背 光源控制單元 112 再根據平均亮度值 AVE 及亮度峰值 PEK, 以調整控制信號 CTL, 進而控制 背光源 110 的亮度。 在此, 背光源 110 是當作一光源 (light source), 以提供該液晶顯示裝 置 108 顯示時所須的亮度。
     上述傳統方法中僅通過調整背光源亮度來降低功率消耗 (power consumption), 故觀眾有時會感覺到影像失真。為解決上述問題, 因此提出本發明。發明內容
     本發明的目的之一, 在于提供一種對比調變裝置, 以解決已知技術中的問題。
     根據本發明的一實施例, 提供一種對比調變裝置, 包含 : 一檢測單元, 根據一目前 影像, 進行像素的平均值計算及最大值檢測, 以產生一平均值及一最大值 ; 一判斷單元, 根 據該平均值, 產生一增益索引及一亮度索引 ; 一背光源控制單元, 根據該亮度索引, 產生一 背光源控制信號 ; 一增益產生單元, 連接該檢測單元, 根據該增益索引、 該平均值及該最大 值, 產生一第一對比增益值及一軟性箝位 (clamping, 嵌位 ) 增益值, 再根據該目前影像的 一輸入像素值, 選擇該第一對比增益值及該軟性箝位增益值的一輸出當作一第二對比增益 值; 以及, 一對比增益處理器, 根據該第二對比增益值及該輸入像素值, 產生一輸出像素值。
     根據本發明的一實施例, 另披露一種對比調變方法, 是適用于一影像顯示系統, 該 方法包含以下步驟 : 根據一目前影像, 進行像素的平均值計算及最大值檢測, 以得到一平均 值及一最大值 ; 根據該平均值, 決定一增益索引及一亮度索引 ; 根據該亮度索引, 產生一背 光源控制信號 ; 根據該增益索引、 該平均值及該最大值, 得到一第一對比增益值及一軟性箝 位增益值 ; 根據該目前影像的一輸入像素值, 選擇該第一對比增益值及該軟性箝位增益值 的一當作一第二對比增益值 ; 以及, 根據該第二對比增益值及該輸入像素值, 得到一輸出像 素值。 附圖說明圖 1 為傳統影像顯示系統的一架構圖。 圖 2 顯示本發明對比調變裝置的一實施例的架構方框圖。 圖 3 顯示輸出像素值 P 在高亮度區或高色度區呈現飽和現象。 圖 4 顯示本發明對比調變裝置的另一實施例的架構方框圖。 圖 5 顯示本發明軟性箝位機制。 圖 6 顯示本發明適應性箝位增益調整機制。 圖 7 為本發明對比調變方法的流程圖。 【主要元件符號說明】 100 影像顯示系統 102 顯示控制單元 104 平均亮度檢測單元 106 峰值檢測單元 108 液晶顯示裝置 110 背光源 112 背光源控制單元 200、 400 對比調變裝置 202 平均值與最大值檢測單元 204 增益判斷單元 208 亮度判斷單元 210 增益映射單元 212 背光源控制 216 對比增益處理器 218 液晶顯示裝置 406 步進變化判斷單元 416 飽和補償單元具體實施方式
     以下的說明將舉出本發明的多個優選的示范實施例。熟悉本領域者應可理解, 本 發明可采用各種可能的方式實施, 并不限于下列示范的實施例或實施例中的特征。 另外, 眾 所知悉的細節不再重復顯示或贅述, 以避免模糊本發明的重點。
     為了降低功率消耗, 本發明在降低背光源 (backlight source) 亮度的同時, 也補 償對比增益 (contrast gain) 或增加畫面亮度, 使觀眾不會感覺到畫面失真, 而仍享受相同 影像品質。由于背光源的功率消耗占了整體影像顯示裝置的功率消耗的主要部分, 故本發 明可大幅減少系統的功率消耗。
     圖 2 顯示根據本發明的對比調變裝置的一實施例的架構方框圖。 參考圖 2, 本發明 對比調變裝置 200, 是應用于一影像顯示系統 ( 圖未示 ), 包含一平均值與最大值檢測單元 202、 一增益 (gain) 判斷單元 204、 一亮度判斷單元 208、 一增益映射 (gain mapping) 單元 210、 一背光源控制 (backlight source control) 單元 212 及一對比增益處理器 216。
     平均值與最大值檢測單元 202 接收一張輸入影像 ( 如一圖框或圖場 ) 后, 根據該輸入影像中的像素 (pixel)I 的亮度 (luma) 或 / 及色度 (chroma), 計算一平均值 AVE 及一 最大值 PEK。增益判斷單元 204 再根據平均值 AVE 產生一相對應的增益索引 (gain index) GI, 而亮度判斷單元 208 則根據平均值 AVE, 產生一相對應的亮度索引 (brightness index) BI。背光源控制單元 212 再根據亮度索引 BI, 產生一控制信號 CTL 至一背光源 ( 位于液晶 顯示裝置 218 內部, 圖未示 )。優選地, 背光源控制單元 212 根據亮度索引 BI, 調降一脈沖 寬度調變 (PWM) 信號的工作周期 (duty cycle), 來減少該背光源亮度。而本技術領域者由 該 PWM 信號的工作周期, 即可計算出背光源的功耗大小。
     另一方面, 增益映射單元 210 根據增益索引 GI 產生一相對應的對比增益值 CG( 即 圖 3 中的斜率 g, 且 g > 1), 而對比增益處理器 216 再根據輸入像素值 I( 例如亮度或色 度 ) 及對比增益值 CG, 產生輸出像素值 P。本實施例中, 對比增益處理器 216 以一乘法器 (multiplier) 實施, 但本發明不以此為限。乘法器 216 將輸入像素值 I( 例如亮度或色度 ) 乘以上述對比增益值 CG 后, 產生輸出像素值 P。
     本實施例的對比調變裝置會根據不同的平均值 AVE, 產生相對應的亮度索引 BI 來 調降背光源亮度, 同時增益判斷單元 204 也產生相對應的增益索引 GI 來加強畫面亮度, 以 達到降低功率消耗的功效, 同時, 使觀眾并不會感覺到最后呈現的畫面品質有落差。 基于硬 件成本考慮, 系統通常僅提供有限組數的 AVE-PEK-GI-BI 參數 ( 例如 20 組參數 )。 然而, 輸入像素值 I 經過乘法器 216 處理后, 產生的輸出像素值 P 可能大于一臨界 值而飽和于高亮度區 ( 或高色度區 )。以 8 位像素的亮度值為例, 輸入像素值 I 經過乘法器 216 處理后, 產生的輸出像素值 P 可能會大于 255 而使得高亮度區皆飽和于 255。如圖 3 所 示, 當對比增益值 CG 等于 g( 即斜率= g, 且 g > 1) 時, 對應于輸入像素值 Max/g 至 Max 的 輸出像素值 P 均呈現飽和現象 ( 即輸出像素值 P 均等于 Max), 而產生輸出像素值 P 無法區 分的問題。
     有鑒于此, 本發明另提供一實施例, 說明如下。
     圖 4 顯示本發明對比調變裝置的另一實施例的架構方框圖。 參考圖 4, 本發明對比 調變裝置 400, 應用于一影像顯示系統, 除了包含對比調變裝置 200 的所有元件之外, 另包 含一步進變化 (step change) 判斷單元 406 及一飽和補償單元 416。
     本發明提供的步進變化判斷單元 406 適用于影像場景快速改變的應用。當顯示的 影像有頻繁的場景變化時, 因為亮度增益 BI 及對比增益 GI 也隨著影像內容而頻繁調整, 故 有時屏幕會產生閃爍 (flicker) 現象。步進變化判斷單元 406 接收平均值與最大值檢測單 元 202 所產生的平均值 AVE, 根據目前影像 AVE 值及上一張影像 AVE 值之間的差距, 產生一 參考索引 RI 至增益判斷單元 204 及亮度判斷單元 208。 在此, 須注意的是, 一張影像一般只 能調整背光源的亮度一次。當輸入影像的場景有大改變時 ( 例如 : 根據目前影像 AVE 值及 上一張影像 AVE 值之間的差距比較大時 ), 步進變化判斷單元 406 并不會將參考索引 RI 一 次調到目標值, 而是逐步 (step by step) 調整參考索引 RI, 使得亮度增益 BI 及對比增益 GI 也進行逐步調整。例如, 當輸入影像的場景有大改變時, (1) 可以連續多張影像、 每張影 像以小幅度方式調整 RI, 直到將參考索引 RI 調到目標值為止, 或者, (2) 可以每次間隔 n(n 為正整數 ) 張影像以較大幅度方式調整 RI, 直到將參考索引 RI 調到目標值為止。 由于步進 變化判斷單元 406 是逐步調整背光源亮度, 所以觀眾不會感覺到屏幕有閃爍現象。
     圖 4 的飽和補償單元 416 具有一軟性箝位機制 (soft-clamping mechanism), 用
     以降低高亮度區或高色度區的對比增益值 CG。在本實施例中, 最后的對比增益值 CG’ 取決 于平均值 AVE 且由飽和補償單元 416 所箝制。圖 5 顯示本發明軟性箝位機制。當輸入像素 值 I 大于 N, 對比增益值 CG’ 被飽和補償單元 416 箝制于 k( 即軟性箝位增益 SG = k, 而且 0 < k < 1)。據此, 經過乘法器 216 處理后, 在高亮度區或高色度區 ( 輸入像素值大于 N) 即 可以分辨出不同的輸出像素值 P, 且輸出像素值 P 可維持線性 (linearity)。在此請注意, 無論 g 值或 k 值的大小皆非固定, 是取決于每一張輸入影像的像素值 I 的平均值 AVE。詳而 言之, 利用平均值 AVE 先決定 g 值, 若根據斜率 g 值及最大值 PEK, 飽和補償單元 416 判斷輸 出像素值 P 在高亮度區 ( 或高色度區 ) 會呈現飽和時 ( 例如輸入像素值 I 的最大值 PEK 大 于 Max/g), 高亮度區 ( 或高色度區 ) 再采用軟性箝位增益 SG, 即飽和補償單元 416 根據平 均值 AVE 再決定一適當的 k 值。當然, 斜率 g 及 k 確定后就能決定圖 5 中 N 及 M 的位置。
     此外, 飽和補償單元 416 內建的軟性箝位機制還包含一適應性箝位增益調整機 制。飽和補償單元 416 根據平均值 AVE 及最大值 PEK, 適應性地調整軟性箝位增益 SG。例 如, 當影像內容較明亮時 ( 如陽光畫面 ), 就進一步調整軟性箝位增益值 SG, 以進一步加強 高亮度區或色度區的影像對比。飽和補償單元 416 是否進行適應性箝位增益調整的判斷標 準如下 :
     圖 6 顯示本發明適應性箝位增益調整機制。當影像內容較明亮 ( 即平均值 AVE 大 于 THAVE 且最大值 PEK 大于 THMax) 時, 根據該適應性箝位增益調整機制, 飽和補償單元 416 將軟性箝位增益 SG 調整為 m×k( 其中, 0 < m < 1, m 值也取決于平均值 AVE 或 / 及最大值 PEK 的大小 ), 以進一步加強高亮度區或高色度區的影像對比。否則, 飽和補償單元 416 仍 將軟性箝位增益 SG 設為 k。最后, 根據一輸入像素值 I, 飽和補償單元 416 選擇 g 值及軟性 箝位增益 SG 的其一輸出當作對比增益值 CG’ 。乘法器 216 再將該輸入像素值 I 及對比增益 值 CG’ 相乘, 以產生輸出像素值 P。請參考圖 6, 一實施例中, 當輸入像素值 I 大于或等于 h 時, 飽和補償單元 416 選擇軟性箝位增益 SG 當作對比增益值 CG’ ; 否則, 飽和補償單元 416 選擇 g 值當作對比增益值 CG’ 。
     圖 7 為本發明對比調變方法的流程圖。 請參考圖 7, 本發明對比調變方法可應用于 一影像顯示系統, 例如 : 一液晶顯示系統, 但本發明不以此為限。以下詳細說明本發明各步 驟。
     步驟 S702 : 根據一輸入影像中像素的亮度或色度, 計算一平均值 AVE 及一最大值 PEK。
     步驟 S704 : 根據平均值 AVE, 決定相對應的亮度索引 BI 及增益索引 GI。 如上所述, 根據平均值 AVE, 亮度判斷單元 208 產生不同的亮度索引 BI 以調降不等的背光源亮度, 同時
     增益判斷單元 204 產生不等的增益索引 GI 以加強畫面亮度, 使觀眾享受相同畫面品質又能 節省功耗。附帶一提的是, 決定增益索引 GI 時, 也可同時決定斜率 g 值。
     步驟 S706 : 判斷輸出像素值 P 于高亮度區或高色度區是否會飽和。例如, 飽和補 償單元 416 根據斜率 g 值及最大值 PEK, 即可判斷輸出像素值 P 于高亮度區或高色度區是否 會飽和。若飽和, 跳到步驟 S708 ; 否則, 跳到步驟 S714。
     步驟 S708 : 判斷平均值 AVE 是否大于 THAVE, 以及最大值 PEK 是否大于 THMax。若同 時符合, 跳到步驟 S712 ; 否則, 跳到步驟 S710。
     步驟 S710 : 根據平均值 AVE, 決定 k 值。同時, 設定軟性箝位增益 SG = k, 并跳到 步驟 S714。
     步驟 S712 : 根據平均值 AVE 或 / 及最大值 PEK, 決定 m 及 k 值。同時, 設定軟性箝 位增益 SG = m×k。其中, 0 < m, k < 1。
     步驟 S714 : 根據亮度索引 BI, 產生一控制信號 CTL 以調整一背光源亮度 ; 同時, 根 據一輸入像素值 I, 選擇 g 值及軟性箝位增益 SG 的其一輸出當作對比增益值 CG’ 。最后, 再 將該輸入像素值 I 及對比增益值 CG’ 相乘, 以產生輸出像素值 P。
     以上雖以實施例說明本發明, 但并不因此限定本發明的范圍, 只要不脫離本發明 的要旨, 本領域的技術人員可進行各種變形或變更。

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