CN101317209B - 使用非对称延迟的照明控制的对比度提高系统 - Google Patents

使用非对称延迟的照明控制的对比度提高系统 Download PDF

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Abstract

公开的实施例涉及一种使用非对称延迟的照明信号控制来提高显示装置(20)的对比度的系统(52)和方法(160)。示例性实施例包括：确定视频帧的像素亮度等级(164)，以及基于像素亮度等级的改变来延迟照明信号的施加(166)。

Description

使用非对称延迟的照明控制的对比度提高系统
技术领域
本发明总地涉及显示系统。更具体地，本发明涉及一种用于提高特定显示系统中的对比度的系统及方法。
背景技术
这部分旨在向读者介绍与下面描述的和/或要求的本发明的各个方面相关的领域的各个方面。相信该讨论有助于向读者提供便于更好地理解本发明的各个方面的背景信息。因此，应该理解，将读到的这些陈述是就此而论的，而不应该被认为是现有技术。
液晶显示(LCD)面板被越来越多地用于电视显示应用，主要是由于与阴极射线管(CRT)相比，其重量较轻且外观薄。然而，LCD面板的性能在许多关键领域仍然落后于CRT，其中一个方面是对比度。例如，高端LCD面板的对比度通常约为500∶1，而对于CRT，一般比率为10000∶1。
对比度可以被定义为视频帧的最亮白色与最暗黑色的光量比。不幸的是，由于LCD面板的像素的透光特性，即使它们在最暗的状态下也能发射足够的光，使得显示在LCD面板上的黑色像素实际上看起来被显示为深灰色像素。因此，这大大降低了LCD面板的对比度，这在弱光观看条件下可能更令人不快。
此外，像素的光栅扫描与视频帧中的背光照明之间的时间不对准可能导致观看者察觉到伪像。具体地，如本领域的技术人员所了解的，与像素光栅扫描相关的时间延迟结合的背光的照明等级的增大可能会产生在显示装置上令人不快的“白色闪光”。
发明内容
以下阐述了与公开的实施例的范围相匹配的一些方面。应该理解，提出的这些方面仅用于向读者提供本发明可能采用的一些形式的简短概要，而不用于限制本发明的范围。实际上，本发明可以包括没有在下面阐述的多个方面。
所公开的实施例涉及一种使用非对称延迟的照明信号控制来提高显示装置的对比度的系统及方法。示例性的实施例包括：确定视频帧的像素亮度等级；以及基于像素亮度的变化来延迟照明信号的施加。除了LCD外，所公开的系统和方法还可以应用于数字光显示器(DLP)和硅基液晶(LCOS)显示系统。
附图说明
在阅读以下详细的描述并参考以下附图时，本发明的多个优点会变得显而易见，在附图中：
图1是根据本发明的示例性实施例的LCD面板的框图；
图2是根据本发明的示例性实施例的对比度提高系统的框图；
图3是根据本发明的示例性实施例的上升/下降延迟电路的框图；
图4是根据本发明的示例性实施例的用于背光照明的像素响应时间的示例性图表的框图；以及
图5是示出根据本发明的示例性实施例的用于非对称地延迟背光照明控制的方法的流程图。
具体实施方式
下面将描述本发明的一个或多个具体实施例。致力于提供这些实施例的简明扼要的描述，并没有在本说明书中描述实际实施方式的所有特性。应当了解，在任何这种实际实施方式的开发中，如在任意一个工程或设计项目中，必须做出许多实施方式特定的决定以实现开发者的特定目的，例如，遵照与系统相关和商业相关的限制，其中，从一个实施方式到另一个实施方式这些限制可以改变。此外，应当意识到，这种开发的努力可能是复杂且费时的，但对受益于本公开的那些普通技术人员来说，不过是设计、制造以及生产的例行工作。
参考图1，示出了根据本发明的示例性实施例的示例性LCD面板系统10的结构。该图示出了LCD面板20和照明源18(例如，由控制系统14控制的背光)。控制系统14接收数据12，数据12可以包括视频背光照明和液晶像素数据值。控制系统14可以使用数据12来同时调整背光和像素值，以提高LCD面板20的对比度。因此，由控制系统14输出的数据22进入LCD面板20中，用于调整像素值。类似地，由控制系统14提供的数据16被传输到背光18中，用于调整视频的背光照明。
现在转向图2，示出了根据本发明的示例性实施例的对比度提高控制系统40。所阐述的控制系统40的描述与控制例如由背光18产生的视频照明信号和LCD面板20的像素值的组件有关。因此，白电平探测器(horizon finder)44和黑电平探测器45接收相应的背光照明组件数据42。白电平探测器44和黑电平探测器45分别确定关于亮度、暗等级和近暗等级(near dark level)、以及他们在整个视频帧上的分布情况的统计信息。由白电平探测器44和黑电平探测器45获取的信息被提供给最大白色生成器46。最大白色生成器46在调整液晶像素值的同时调制背光照明。根据本发明的实施例，以互补方式来调整这两者以提高LCD面板20的对比度。
最大白色生成器46通过确定视频帧的最亮区域的亮度来调整背光照明。然后，利用该信息，例如通过冷阴极荧光(CCF)灯来对LCD面板20进行照明。为了改善对比度，期望降低背光照明。然而，正如本领域的普通技术人员所了解的，过多地降低背光照明可能导致视频帧的不期望的“白色减少”。为了避免这种情况，由最大白色生成器46获取的亮度信息被进一步用于修正LCD面板的像素值，以补偿可能的不充足背光照明。
最大白色生成器46提供输出数据50，该输出数据用于同时调整LCD面板20的背光照明数据、和红色、绿色和蓝色(RGB)输入值。为了补偿背光调制，还进一步对最大白色数据50进行处理，用于修正在非线性伽玛校正域中的LCD面板20的像素值。还将数据50进一步传递至对比查找表(CLUT)60，对比查找表(CLUT)存储被格式化为(RGB)偏移量62和RGB增益值64的调整值。RGB偏移量62和RGB增益值64被传递至RGB对比装置66。将传递至显示装置(20)的被表示为RGB 68-72的像素值与RGB偏移量62和RGB增益值64相结合，以输出经伽玛校正的RGB像素值74-78。
除了修正色彩像素值外，还将输出数据50传递至产生背光控制数据58的背光控制电路。这种背光控制电路可以包括补偿背光和像素光栅扫描之间的时间不对准的上升/下降延迟电路52。如以下所进一步描述的，这可以防止观看者察觉到出现在屏幕上的白色闪光(该白色闪光通常是不希望有的)。背光控制电路还可以包括用于补偿背光的光特性中的非线性的背光线性化器(BacklightLinearizer，也称背光线性化电路)54。还包括控制背光的照明等级的背光脉宽调制器(PWM)56。
系统40逐帧地应用背光照明控制和像素值修正。因此，在整个视频帧中，可以在屏幕上对像素进行光栅扫描，例如，从顶部到底部。同时，显示装置可以包括诸如CCF灯的背光照明装置，其在每个帧开始的同时将背光照明应用于显示装置的所有像素。因此，在每个帧中，在像素值的扫描和背光照明之间存在时间延迟。这对于置于屏幕底部的像素来说尤其真实，这是由于它们被最后扫描。此外，包括与背光从低至高的转变结合的时间延迟的视频帧会导致观看者察觉到作为令人不快的白色闪光的伪像。因此，期望消除这种伪像。为了消除这种伪像，可以在每个视频帧中将背光照明延迟一定的预定时间。这种延迟可以取决于背光对视频帧施加的照明等级的转变。这有效地使屏幕底部的像素的光栅扫描与背光照明时间对准，从而防止了白色闪光的出现。在操作的示例性模式下，提高照明等级需要将背光延迟长于降低照明等级所需的持续时间的持续时间。因此，通过上升/下降延迟电路52来实现应用于背光照明的时间延迟控制。
现在参考图3，示出了根据本发明的示例性实施例的上升/下降延迟电路90的框图。向该系统90提供照明数据92，该照明数据被传递至触发器电路96、100、104。触发器电路96、100、和104相对于彼此串联连接，并且他们中的每一个均可以将背光照明信号延迟例如一帧。由于逐帧地延迟背光照明，所以还向触发器电路96、100、和104提供帧开始信号94，以表示帧的起始。因此，电路96、100、和104被配置为分别产生延迟后的背光数据108、107、和109。在该示例性实施例中，之后输出的数据108、107、和109分别将背光信号延迟一帧、两帧和三帧。
此外，信号108、107和109被传递至电路110，该电路从这三个输入识别出最小信号并产生输出数据信号111。在识别最小信号的过程中，电路110确保根据背光照明的转变(transition)来延迟所输出的背光照明数据111。因此，当信号沿向下的方向转变时，电路90经由数据111将一帧延迟有效地施加给背光照明信号。类似地，只要背光照明信号沿向上的方向转变，三帧延迟都被有效地施加。以这种方式，非对称地延迟背光照明信号，以减轻像素的光栅扫描和背光信号之间的时间不对准。系统90还将一帧延迟施加至背光，以占据(account for)置于显示装置中的像素的固有慢响应时间。因此，由电路110产生的延迟信号111被传递至用于背光照明控制58(图2)的触发器电路112。
图4是根据本发明的示例性实施例的背光照明和像素亮度的示例性图表描述。由参考标号120统一引用的曲线集合示出了延迟背光照明的影响。如前所述，由系统90执行的背光照明延迟在防止在屏幕上出现令人不快的白色闪光方面是有利的。因此，曲线122示出了包括部分124和126的示例性的未修正背光照明矩形波信号。曲线124和126分别表示在100％和50％亮度等级处操作的背光照明。曲线128是具有与曲线122所示的操作亮度等级类似的操作亮度等级的修正矩形波信号，该信号具有附加的一帧时间延迟134。当背光照明显示装置20从低照明等级126转变到高照明等级124时，背光导致一帧延迟134，如曲线128所示。通过这样做，系统90将未经修正的背光122扩展一个帧，以产生曲线128。
此外，屏幕顶部和底部的像素亮度的示例性矩形波信号由示例性曲线136和144表示。这些曲线示出了以100％和200％亮度等级操作的像素的示例性信号。这些操作的亮度等级由各个曲线部分138和142表示。在整个视频帧中执行的像素的示例性的光栅扫描(例如，从显示屏幕的顶部到底部)的过程中，曲线144相对于曲线136具有一帧135的时间延迟。由屏幕底部的像素导致的一帧延迟135是对显示装置的像素进行光栅扫描的方式引起的结果。
有利地，采用时间延迟134和135，可以消除令人不快的白色闪光，如曲线146和152所示。这些曲线表示屏幕的顶部和底部的修正像素亮度的各个矩形波信号，这些信号通过将曲线136和144与修正后的背光照明128相乘而生成。如这些曲线所示，延迟134和135具有将屏幕顶部和底部的像素的总体亮度等级从100％降低到50％的效果，如各个曲线部分140和148所示。因此，对于观看者来说，在屏幕上的亮度的总体下降可被察觉为“黑色闪光”，其没有白色闪光那么令人不快。
由于系统要求可能改变，所以可以以不同于图4所示的方式实现示例性的时间延迟134和135。例如，时间延迟134和135可以包括施加至背光的非对称时间延迟，如由系统90所产生的。因此，根据整个视频帧上的背光的转变来设定这些时间延迟。这有益于减轻与像素的光栅扫描和背光的时间不对准相关联的伪像。此外，如由系统90施加的时间延迟可以消除与置于显示装置中的像素的固有慢响应时间以及与照明源本身的响应时间相关的伪像。
图5是示出根据本发明实施例的用于延迟背光照明的方法的流程图160。该方法开始于框162，其中，像素亮度数据进入白电平探测器44和黑电平探测器45。因此，在框164确定视频帧的像素亮度等级。在框166，基于像素亮度等级的改变，对显示装置延迟照明信号。因此，在框168，该方法结束。
虽然已经通过附图中的实例示出了具体的实施例，并且将在本文中进行详细地描述，但是本发明能允许各种修改和替换形式。然而，应当理解，本发明并不限于所披露的特定形式。相反地，本发明将覆盖落入由下面所附的权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等价物以及替换。

Claims (19)

1.一种延迟照明信号的方法(160)，所述方法包括：
确定视频帧的像素亮度等级(164)；以及
基于所述像素亮度等级的改变来非对称地延迟所述照明信号的施加(166)，使得提高照明等级时将背光延迟的持续时间长于降低照明等级所需的持续时间。
2.根据权利要求1所述的方法(160)，包括：基于像素亮度的统计数据来确定所述视频帧的最亮对象。
3.根据权利要求1所述的方法(160)，其中，当所述照明信号沿向下的方向转变时，将一帧延迟施加给所述照明信号，当所述照明信号沿向上的方向转变，三帧延迟都被有效地施加。
4.根据权利要求1所述的方法(160)，包括：基于所述像素亮度等级的改变，将所述照明信号的施加延迟一帧、两帧、或三帧。
5.根据权利要求4所述的方法(160)，包括：从延迟了所述一帧、两帧、或三帧的输入照明信号产生最小照明信号。
6.根据权利要求1所述的方法(160)，包括：通过延迟所述照明信号的施加来消除在显示装置的屏幕上的白色闪光。
7.根据权利要求1所述的方法(160)，包括：在对显示装置(20)的色彩像素值进行伽玛校正的同时延迟所述照明信号(168)。
8.根据权利要求1所述的方法(160)，包括：延迟所述照明信号的施加，以补偿显示装置(20)的慢响应时间。
9.一种视频单元(10)，包括：
视频屏幕(20)；
第一模块(66)，被配置为生成所述视频屏幕(20)上的像素，其中，所述第一模块(66)被配置为改变所生成的像素的亮度；以及
第二模块(52)，被配置为生成用于所述视频屏幕(20)的照明信号，其中，所述第二模块(52)被配置为响应于像素亮度的改变而非对称地延迟所述照明信号，使得提高照明等级时将背光延迟的持续时间长于降低照明等级所需的持续时间。
10.根据权利要求9所述的视频单元(10)，其中，所述第一模块(66)和所述第二模块(52)的信号输出的乘积消除了在所述视频屏幕(20)上的白色闪光。
11.根据权利要求9所述的视频单元(10)，其中，所述第一模块(66)和所述第二模块(52)适于同时进行操作。
12.根据权利要求9所述的视频单元(10)，其中，所述第二模块(52)适于将所述视频屏幕的所述照明信号延迟一帧、两帧、或三帧。
13.根据权利要求12所述的视频单元(10)，其中，所述第一模块(52)适于从延迟了所述一帧、两帧、或三帧的输入照明信号输出最小照明信号。
14.根据权利要求9所述的视频单元(10)，其中，所述第二模块(52)适于将所述照明信号(18)延迟与所述像素亮度等级的改变相对应的时间量。
15.根据权利要求9所述的视频单元(10)，其中，所述第二模块(52)适于延迟所述照明信号，以补偿所述视频屏幕(20)的慢响应时间。
16.一种用于延迟显示装置的照明信号的系统(40)，包括：
用于确定视频帧的像素亮度等级的装置(44)；以及
用于基于所述像素亮度等级的改变来非对称地延迟所述照明信号的施加的装置(52)，使得提高照明等级时将背光延迟的持续时间长于降低照明等级所需的持续时间。
17.根据权利要求16所述的系统(40)，其中：所述延迟所述照明信号的施加的装置(52)通过延迟所述照明信号的施加来消除显示装置(20)的屏幕上的白色闪光。
18.根据权利要求16所述的系统(40)，其中：所述延迟所述照明信号的施加的装置(52)基于所述像素亮度等级的改变将所述照明信号的施加延迟一帧、两帧、或三帧。
19.根据权利要求18所述的系统(40)，其中：所述延迟所述照明信号的施加的装置(52)基于延迟了所述一帧、两帧、或三帧的输入照明信号输出最小照明信号。
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