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    • 专利摘要:
    本發明提供用於背光區域調光系統中顯示畫面影像之補償裝置，一顯示畫面影像依據複數個背光源分成相對應數目的影像區塊，一區塊明暗變化值決定裝置接收該顯示畫面影像，用以計算各影像區塊的平均值、最大值及初始值。一品質/功率節省優先決定裝置依據各影像區塊的平均值、初始值、第一門檻值及第二門檻值，用以分別對各影像區塊產生一背光控制訊號。一時間上濾波器依據各影像區塊的背光控制訊號適應性的產生各影像區塊的一背光脈衝寬度調變訊號。一背光擴散之近似裝置依據各影像區塊的背光脈衝寬度調變訊號，用以產生一背光擴散影像。一影像補償裝置依據背光擴散影像用以對該顯示畫面影像進行補償，進而產生一補償畫面影像。
    公开号:TW201303833A
    申请号:TW100124619
    申请日:2011-07-12
    公开日:2013-01-16
    发明作者:Chih-Kai Chang；Yu-Li Wu
    申请人:Orise Technology Co Ltd；
    IPC主号:G09G3-00
    专利说明:
    用於背光區域調光系統中顯示畫面影像之補償裝置及方法
    本發明係關於背光區域調光之技術領域，尤指一種用於背光區域調光系統中顯示畫面影像之補償裝置及方法。
    現行的LCD顯示器中使用多個背光源，藉此可調控LCD顯示器的多個顯示區域，進而達到省電目的。背光源區域調光(backlight local dimming)係指LCD顯示器的多個背光源會隨顯示影像亮度作調整，而非處在全亮狀態。
    於先前LCD顯示器中，其背光源一般皆處在全亮狀態，當顯示暗態畫面時，是以降低液晶穿透率達成，故對於耗電量減低完全沒有幫助。相對的，背光源區域調光(backlight local dimming)則是隨畫面明暗而變化，故在顯示暗態畫面時，背光源亮度隨之降低，故可減少整體背光源的耗電量。
    背光源區域控制除可降低耗電量，亦可改善LCD顯示器畫質表現，例如，可大幅提高動態對比值。背光源區域控制對於LCD顯示器畫質提升不僅於此，因背光源區域控的背光源可藉由調光方式，進而提升LCD顯示器的灰階數。
    在LCD顯示器整體耗電量中，以背光模組所佔比重最大，約為66%。然而在LCD顯示器的尺寸大型化後，由於需要更高亮度顯示畫面，其又耗電量與亮度正比，故所耗電力更行增加。而以節能角度來看，背光區域調光是LCD顯示器可大幅降低耗電量的發展方向，再者，其所衍生的提升畫質優勢，可謂是目前所有背光源中，最佳解決方案。
    習知背光區域調光方法固然能提昇畫面對比與降低功率消耗的效果，但往往在不適當的背光決定與影像補償之下，影像品質反而降低，常常出現色偏、畫面有波紋效應、失去亮部細節的箝制效應、畫面閃爍、在暗幅背光不夠暗且在亮幅背光不夠亮等問題。因此，背光區域調光的習知技術實仍有改善的空間。
    本發明之目的主要係在提供一用於背光區域調光系統中顯示畫面影像之補償裝置及方法，以降低計算量及降低硬體電路面積，且同時改善影像品質。
    依據本發明之一特色，本發明提出一種用於背光區域調光系統中顯示畫面影像之補償裝置，用以估測該背光區域調光系統中複數個背光源背光擴散後對該顯示畫面影像的像素，該複數個背光源係以矩陣形式排列，該顯示畫面影像依據該複數個背光源分成相對應數目的影像區塊，該補償裝置包含一區塊明暗變化值決定裝置、一品質/功率節省優先決定裝置、一時間上濾波器、一背光擴散之近似裝置、及一影像補償裝置。該區塊明暗變化值決定裝置用以接收該顯示畫面，進而計算該些影像區塊的平均值及最大值，並依據該平均值及該最大值用以計算該影像區塊的一初始值。該品質/功率節省優先決定裝置連接至該區塊明暗變化值決定裝置，依據該些影像區塊的該平均值、該初始值，以及一第一門檻值與一第二門檻值，以分別產生相對應該些影像區塊之一背光控制訊號。該時間上濾波器連接至該品質/功率節省優先決定裝置，依據該背光控制訊號產生相對應該影像區塊之一背光脈衝寬度調變訊號。該背光擴散之近似裝置連接至該時間上濾波器，依據該背光脈衝寬度調變訊號，進而產生一背光擴散影像。該影像補償裝置連接至該背光擴散之近似裝置，依據該背光擴散影像用以對該顯示畫面影像進行補償，進而產生一補償顯示畫面影像。
    依據本發明之另一特色，本發明提出一種用於背光區域調光系統中顯示畫面影像之補償方法，用以估測該背光區域調光系統中複數個背光源利用背光擴散後對該顯示畫面影像的像素，並依據該背光擴散影像對該顯示畫面影像進行影像補償，該複數個背光源係以矩陣形式排列，該顯示畫面影像依據該複數個背光源分成相對應數目的影像區塊，該補償方法首先於區塊明暗變化值決定步驟中，用以接收該顯示畫面，進而計算該些影像區塊的平均值及最大值，並依據該平均值及該最大值用以計算該影像區塊的一初始值；於品質/功率節省優先決定步驟中，接收各影像區塊的該平均值及該初始值，依據該些影像區塊的該平均值、該初始值，以及一第一門檻值與一第二門檻值，用以分別對產生相對應該些影像區塊之一背光控制訊號；於時間上濾波步驟中，依據該背光控制訊號產生相對應該影像區塊之一背光脈衝寬度調變訊號；於背光擴散之近似步驟中，依據該背光脈衝寬度調變訊號，進而產生一背光擴散影像；最後於影像補償步驟中，依據該背光擴散影像用以對該顯示畫面影像進行補償，進而產生一補償顯示畫面影像。
    圖1係本發明一種背光區域調光系統中顯示畫面影像之補償裝置100的方塊圖，該補償裝置100係使用於一液晶顯示器中。該液晶顯示器之液晶顯示面板190的後方設置有複數個背光源193，以及該複數個背光源193係以矩陣形式排列，其中顯示畫面影像10依據該複數個背光源193分成相對應數目的影像區塊11，亦即，該液晶顯示面板190可視為包含複數個以矩陣形式排列之區塊191用以分別對應影像區塊11，進而顯示該顯示畫面影像，並且一一對應至該等背光源193，而該複數個背光源193係分別由一背光驅動電路160所控制及驅動發光以提供液晶顯示面板190之各區塊191顯示所需之光源。
    如圖1所示，該液晶顯示面板190依據該等背光源193數目分成例如兩列(row)六行(column)的區塊191，在其他實施例中，例如對於解析度為1920×1080的液晶顯示面板190而言，其可分為8列(row)16行(column)的區塊191，亦即該等背光源193數目為16×8，每一個區塊191有120×135個像素。欲於該液晶顯示面板190顯示的影像其解析度不一定等於該液晶顯示面板190的解析度，然而由該液晶顯示面板190中的縮放器(圖未示)處理後，該顯示畫面影像10的解析度會等同於該液晶顯示面板190中的解析度。因此，該顯示畫面影像10可依據該複數個背光源193分成相對應數目的影像區塊11。
    該補償裝置100係估測該背光區域調光系統中複數個背光源193於背光擴散後對該顯示畫面影像10的各像素之估測值，用以產生一背光擴散影像，並依據該背光擴散影像對該顯示畫面影像10進行影像補償，該複數個背光源193係以矩陣形式排列，該顯示畫面影像10依據該複數個背光源193分成相對應數目的影像區塊11。該補償裝置100包含一區塊明暗變化值決定裝置110、一品質/功率節省優先決定裝置120、一時間上濾波器130、一背光擴散之近似裝置140、一影像補償裝置150、一背光驅動電路160、一時序控制電路170、及一面板驅動電路180。
    該區塊明暗變化值決定裝置110接收該顯示畫面，用以計算該顯示畫面中各影像區塊11的平均值vavg及最大值vmax，並依據各影像區塊11的平均值vavg及最大值vmax進而計算各影像區塊11的一初始值vinit。
    圖2係本發明區塊明暗變化值決定裝置110的方塊圖。該區塊明暗變化值決定裝置110包含一RGB至HSV轉換裝置210、及一計算裝置220。
    該RGB至HSV轉換裝置210接收該顯示畫面影像10，並將其由RGB格式轉換成HSV格式。該RGB至HSV轉換裝置所執行的RGB格式轉換成HSV格式係以下列公式表示：
    v=max(r,g,b)’
    當中，r、g、b為該顯示畫面影像10中一像素之r、g、b值，v為該顯示畫面影像10中該像素之HSV格式中的V值。
    該計算裝置220連接至該RGB至HSV轉換裝置210，用以計算該顯示畫面中各影像區塊11的該平均值vavg及該最大值vmax，並依據各影像區塊11的該平均值vavg及該最大值以vmax計算各影像區塊11的該初始值vinit。
    該計算裝置220所執行的各影像區塊11的該平均值vavg計算係以下列公式表示：
    當中，vi為該顯示畫面影像10中一影像區塊11中的像素為HSV格式時的V值，N為該影像區塊11中的像素數目，vavg為該影像區塊11的該平均值。於本實施例中，該平均值vavg係可將像素v1、v2、v3、…、vN相加後再除以N。或者，當影像區塊11中像素的數目為2的冪次方時，例如影像區塊11中像素的數目為8×8(N=64)時，可先將將像素v1、v2、v3、…、vN相加後再向右移6位元，藉此以避免使用除法器。
    該計算裝置220所執行的各影像區塊11的該最大值vmax計算係以下列公式表示：
    vmax=max(v1,v2,v2,...,vN)，
    當中，vmax為該影像區塊11的該最大值。圖3係本發明該計算裝置220所執行用以計算各影像區塊11的該最大值vmax之示意圖，其係可由一VHDL程式碼所描述，熟於該技術者亦可改寫成Verilog程式碼、或是System C程式碼。
    該計算裝置220所執行的各影像區塊11的該初始值計算係以下列公式表示：
    vinit=Rs×vmax+(1-Rs)×vavg，
    當中，vinit為該影像區塊11的該初始值。
    該品質/功率節省優先決定裝置120連接至該區塊明暗變化值決定裝置110，依據各影像區塊11的該平均值vavg、該初始值vinit、一第一門檻值THD1、及一第二門檻值THD2，用以分別對各影像區塊11產生一背光控制訊號。
    該品質/功率節省優先決定裝置120所產生的背光控制訊號v pli 係以下列公式表示：
    當中，vplt為該影像區塊11的該背光控制訊號，BLH為最高明暗變化值(highest backlight dimming value)，THD1、THD2分別為該第一門檻值、及該第二門檻值，其中，該第二門檻值THD2係大於該第一門檻值THD1。
    更進一步說明，當影像區塊11中的像素之像素值為高的時候，在進行影像補償時，容易產生箝制效應(clipping effect)，而失去影像中較亮部份的細節。因此，當一影像區塊11中有一群像素具有較高的像素值時，較大的該最大值vmax會導致較大的平均值vavg及初始值vinit，進而導致該影像區塊11對應的該液晶顯示面板190之區塊191的背光源全亮(vplt=BLH)，亦即，當該影像區塊11中具有一群像素有著較高的像素值時，該影像區塊11的最大值vmax及平均值vavg會比較大，且該影像區塊11的初始值vinit亦會比較大，因此公式中的(vavg<THD1)且(vavg<THD2)較不會被滿足，該影像區塊11對應的該液晶顯示面板190之區塊191的背光源將全亮(vplt=BLH)，此時後續補償乘數將會降低，用以抑制箝制效應。
    該第一門檻值THD1及該第二門檻值THD2係可調整，當整個補償裝置100著重於省電時，該品質/功率節省優先決定裝置120將該第一門檻值THD1及該第二門檻值THD2調大，亦即大部分影像區塊11會進行背光源區域調光(backlight local dimming)；當整個補償裝置100著重於影像品質時，該品質/功率節省優先決定裝置120將該第一門檻值THD1及該第二門檻值THD2調小，亦即大部分影像區塊11不會進行背光源區域調光。
    該時間上濾波器130連接至該品質/功率節省優先決定裝置120，依據各影像區塊11的該背光控制訊號適應性地產生各影像區塊11的一背光脈衝寬度調變訊號(νdyn)。由於各影像區塊11係與該液晶顯示面板190之區塊191對應，因此所產生各影像區塊11的一背光脈衝寬度調變訊號(νdyn)係經由該背光驅動電路以驅動該液晶顯示面板190上對應之區塊191。
    該時間上濾波器130所產生的該背光脈衝寬度調變訊號(νdyn)係以下列公式表示：
    當中，rd為一權重因子(weighting factor)，M為影像區塊的數目，為該顯示畫面影像10中一現行圖框之影像區塊11的該背光控制訊號，為該顯示畫面影像10的一前一圖框之影像區塊11的該背光控制訊號，為該顯示畫面影像10的該現行圖框之整體亮度平均值，為該顯示畫面影像10的該前一圖框之整體亮度平均值，B為該時間上濾波器之截距(intercept of the temporal filter)，T為該時間上濾波器之變化步階(varying step of the temporal filter)，L為該時間上濾波器之變化週期(varying period of the temporal filter)。
    其係在時間軸上，使用現行圖框(current frame)及前一圖框(previous frame)用以適應性地決定該背光脈衝寬度調變訊號(νdyn)。當現行圖框一整體亮度平均值與前一圖框之整體亮度平均值相似時，係由前一圖框的相關資訊主宰背光區域調光(backlight local dimming)，當現行圖框一整體亮度平均值與前一圖框之整體亮度平均值不相似時，係由現行圖框的相關資訊主宰背光區域調光。當現行圖框一整體亮度平均值與前一圖框之整體亮度平均值相似時，表示前一圖框與現行圖框的影像相似度極高，此時採用前一圖框主宰的相關資訊，可避免在圖框間的閃爍效應(flickering effect)。而一張明亮圖框後面接續一張較暗的圖框時，即現行圖框一影像區塊11的平均值與前一圖框對應影像區塊11的平均值非常不相似，此時採用現行圖框主宰的相關資訊，尤其可避免明亮圖框背光不夠亮，較暗圖框背光不夠暗的情況。
    該背光擴散之近似裝置140連接至該時間上濾波器130，依據各影像區塊11的該背光脈衝寬度調變訊號(νdyn)，用以產生一背光擴散影像。
    圖4係本發明背光擴散之近似裝置140的方塊圖。該背光擴散之近似裝置140包含一等化單元410、一背光種子影建立單元420、一第一計算單元430、一第二計算單元440、一距離計算單元450、及一雙線性轉換單元460。
    該等化單元410連接至該時間上濾波器130，接收各影像區塊11的該背光脈衝寬度調變訊號(νdyn)，並對該些背光脈衝寬度調變訊號執行等化運算，進而產生對應的等化訊號。
    該背光種子影建立單元420連接至該等化單元410，依據該些等化訊號建立一背光種子影像(backlight seed image)。
    該第一計算單元430連接至該背光種子影建立單元420，依據一背光擴散影像之座標值，用以計算該背光種子影像相對應的複數個x-y位置。
    該第二計算單元440連接至該第一計算單元430，依據該些位置，用以計算對應的該背光種子影像之座標。
    該距離計算單元450連接至該第二計算單元440，用以計算該些位置與該背光種子影像之座標之距離差距。
    該雙線性轉換單元460連接至該距離計算單元450，依據該等距離差距及該背光種子影像之像素執行雙線性轉換，進而產生該背光擴散影像(backlight spread image)，其中，Pix(p,q)為該背光擴散影像中於座標(p,q)之像素的灰階值。
    背光擴散之近似裝置140係模擬背光源位於各區塊191的中心位置且佔有各區塊191的一區域，且背光由各區域中心擴散，進而所產生的該背光擴散影像會符合真實情況。
    該影像補償裝置150連接至該背光擴散之近似裝置140，依據該背光擴散影像以對該顯示畫面影像10進行補償，以產生一補償顯示畫面影像。其中，該影像補償裝置150所執行的影像補償運算係以下列公式表示：
    ，當中，r、g、b為該顯示畫面影像10中一像素之r、g、b值，rcomp、gcomp、bcomp為該補償顯示畫面影像中一像素之r、g、b值，Pix(p,q)為該背光擴散影像中座標(p,q)之像素的灰階值，γ=2.2，THD3為一第三門檻值。(數學公式定義)
    當Pix'(p,q)≠0時，rcomp、gcomp、bcomp均乘上相同的補償乘數，藉此可降低該顯示畫面影像10與該補償顯示畫面影像之間的色彩偏移。該第三門檻值係為一個關於補償強度的參數，其中，當該第三門檻值為255時，補償最多。當該第三門檻值小於255時，該背光擴散影像之像素的灰階值(Pix(p,q))不可大於該第三門檻值，否則將產生反補償作用，亦即補償乘數小於1，因此需先對灰階值(Pix(p,q))進行修正。其係先將灰階值(Pix(p,q))轉換成修正灰階值(Pix'(p,q))，當灰階值(Pix(p,q))小於(2×THD3-256)時，灰階值(Pix(p,q))不變，當灰階值(Pix(p,q))大於或等於(2×THD3-256)時，灰階值(Pix(p,q))由修正灰階值(Pix'(p,q))取代，亦即修正灰階值(Pix'(p,q))不會產生大於該第三門檻值的情形。
    在該背光擴散影像中較暗區域之像素，其灰階值(Pix(p,q))小於(2×THD3-256)，因此每一灰階值(Pix(p,q))會對應至一補償乘數，在該背光擴散影像中較亮區域之像素，其灰階值(Pix(p,q))大於或等於(2×THD3-256)，因此可能兩個灰階值(Pix(p,q))會同時對應至同一個的補償乘數。在此種補償方式下，仍有THD3個的補償乘數，其係接近256個的補償乘數，如此，本發明具有高解析度的補償乘數，進而避免漣波效應(ripple effect)。
    同時，該顯示畫面影像10中的不同像素如果其相對應的該背光擴散影像中像素之灰階值相同時，該顯示畫面影像10中的不同像素則會有相同的補償乘數，亦即在一對照表(look up table)儲存THD3個的補償乘數即可，如此可簡化硬體的複雜度。
    該背光驅動電路160連接至該時間上濾波器130，接收該背光脈衝寬度調變訊號(νdyn)，用以分別控制及驅動該等背光源193。
    該時序控制電路170連接至該影像補償裝置150，用以接收該補償顯示畫面影像，進而產生控制時序訊號。該面板驅動電路180連接至該時序控制電路170，接收該控制時序訊號及該補償顯示畫面影像，用以分別控制及驅動該顯示面板190。
    圖5係本發明一種背光區域調光系統中顯示畫面影像之補償方法的流程圖。一併參照圖1所示之背光區域調光系統中顯示畫面影像之補償裝置100的方塊圖，該背光區域調光系統中顯示畫面影像之補償方法係估測一背光區域調光系統中複數個背光源193利用背光擴散後對該顯示畫面影像10的各像素之估測值，以產生一背光擴散影像，並依據該背光擴散影像對該顯示畫面影像10進行影像補償，其中，該複數個背光源193係以矩陣形式排列，該顯示畫面影像10依據該複數個背光源分成相對應數目的影像區塊11。首先，於區塊明暗變化值決定步驟(S510)中，接收該顯示畫面，以計算該顯示畫面中各影像區塊11的平均值及最大值，並依據各影像區塊11的平均值及最大值進而計算各影像區塊11的一初始值。
    該區塊明暗變化值決定步驟(S510)包含一RGB至HSV轉換步驟(S511)及一計算步驟(S513)。
    於該RGB至HSV轉換步驟(S511)中，接收該顯示畫面影像10，並將其由RGB格式轉換成HSV格式。該RGB至HSV轉換步驟(S511)所執行的RGB格式轉換成HSV格式係以下列公式表示：
    v=max(r,g,b)’
    當中，r、g、b為該顯示畫面影像10中一像素之r、g、b值，v為該顯示畫面影像10中該像素於HSV格式中的V值。
    於該計算步驟(S513)中，用以計算該顯示畫面中各影像區塊11的該平均值及該最大值，並依據各影像區塊11的該平均值及該最大值用以計算各影像區塊11的該初始值。
    該計算步驟(S513)所執行的各影像區塊11的該平均值計算係以下列公式表示：
    當中，vi為該顯示畫面影像10中一影像區塊11的像素為HSV格式的V值，N為該影像區塊11中的像素數目，vavg為該影像區塊11的該平均值。
    該計算步驟(S513)所執行的各影像區塊11的該最大值計算係以下列公式表示：
    vmax=max(v1,v2,v2,...,vN)，
    當中，vmax為該影像區塊11的該最大值
    該計算步驟(S513)所執行的各影像區塊11的該初始值計算係以下列公式表示：
    vinit=Rs×vmax+(1-Rs)×vavg，
    當中，vinit為該影像區塊11的該初始值。
    於該品質/功率節省優先決定步驟(S520)中，依據各影像區塊11的該平均值vavg、該初始值vinit、一第一門檻值THD1、及一第二門檻值THD2，以分別對各影像區塊11分別產生一背光控制訊號v plt 。
    該品質/功率節省優先決定步驟(S520)所產生的背光控制訊號v plt 係以下列公式表示：
    當中，vplt為該影像區塊11的背光控制訊號，BLH為最高明暗變化值。
    於時間上濾波步驟(S530)中，依據各影像區塊11的該背光控制訊號適應性的產生各影像區塊11的一背光脈衝寬度調變訊號(νdyn)。
    該時間上濾波步驟(S530)中所產生的該背光脈衝寬度調變訊號(νdyn)係以下列公式表示：
    當中，rd為一權重因子(weighting factor)，M為影像區塊數目，為該顯示畫面影像10中的一現行圖框之影像區塊11相對應的該背光控制訊號，為該顯示畫面影像10中的前一圖框之影像區塊11的該背光控制訊號，為該顯示畫面影像10中的該現行圖框之整體亮度平均值，為該顯示畫面影像10的該前一圖框之整體亮度平均值，B為該時間上濾波器之截距，T為該時間上濾波器之變化步階，L為該時間上濾波器之變化週期。
    其係在時間軸上，使用現行圖框(current frame)及前一圖框(previous frame)以應性的決定該背光脈衝寬度調變訊號(νdyn)。當現行圖框一整體亮度平均值與前一圖框之整體亮度平均值相似時，既由前一圖框的相關資訊主宰背光區域調光(backlight local dimming)，當現行圖框一整體亮度平均值與前一圖框之整體亮度平均值不相似時，既由現行圖框的相關資訊主宰背光區域調光。當現行圖框一整體亮度平均值與前一圖框之整體亮度平均值相似時，表示前一圖框與現行圖框的影像相似度極高，此時採用前一圖框主宰的相關資訊，可避免在圖框間的閃爍效應(flickering effect)。而一張明亮圖框後面接續一張較暗的圖框時，即現行圖框一影像區塊11的平均值與前一圖框對應影像區塊11的平均值非常不相似，此時採用現行圖框主宰的相關資訊，則可避免明亮圖框背光不夠亮，較暗圖框背光不夠暗的情況。
    於背光擴散之近似步驟(S540)中，依據各影像區塊11的該背光脈衝寬度調變訊號，以產生一背光擴散影像。
    於影像補償步驟(S550)中，依據該背光擴散影像用以對該顯示畫面影像10進行補償，進而產生一補償顯示畫面影像。
    該影像補償步驟(S550)中所執行的影像補償運算係以下列公式表示：
    ，當中，r、g、b為該顯示畫面影像10中一像素之r、g、b值，rcomp、gcomp、bcomp分別為該補償顯示畫面影像中一像素之r、g、b值，Pix(p,q)為該背光擴散影像中座標(p,q)之像素的灰階值，γ=2.2，THD3為一第三門檻值。
    當Pix'(p,q)≠0時，rcomp、gcomp、bcomp均乘上相同的補償乘數，藉此可降低該顯示畫面影像10與該補償顯示畫面影像之間的色彩偏移。該第三門檻值係一個關於補償強度的參數，當該第三門檻值為255時，補償最多。當該第三門檻值小於255時，該背光擴散影像(backlight spread image)之像素的灰階值(Pix(p,q))不可大於該第三門檻值，否則將產生反補償作用，亦即補償乘數小於1，因此需先對灰階值(Pix(p,q))進行修正。其係先將灰階值(Pix(p,q))轉換成修正灰階值(Pix'(p,q))，當灰階值(Pix(p,q))小於(2×THD3-256)時，灰階值(Pix(p,q))不變，當灰階值(Pix(p,q))大於或等於(2×THD3-256)時，灰階值(Pix(p,q))由修正灰階值(Pix'(p,q))取代，亦即因此修正灰階值(Pix'(p,q))不會產生大於該第三門檻值的情形。
    在該背光擴散影像較暗的區域之像素，其灰階值(Pix(p,q))小於(2×THD3-256)，因此每一灰階值(Pix(p,q))會對應至一補償乘數，在該背光擴散影像較亮的區域之像素，其灰階值(Pix(p,q))大於或等於(2×THD3-256)，因此可能兩個灰階值(Pix(p,q))會同時對應至同一個的補償乘數。在此種補償方式下，仍有THD3個的補償乘數，其係接近256個的補償乘數，如此，本發明具有高解析度的補償乘數，俾避免漣波效應(ripple effect)。
    於背光驅動步驟(S560)中，接收該背光脈衝寬度調變訊號(νdyn)，用以分別控制及驅動該等背光源193。
    於時序控制步驟(S570)中，接收該補償顯示畫面影像，以產生控制時序訊號。於面板驅動步驟(S580)中，接收該控制時序訊號及補償顯示畫面影像資料，以分別控制及驅動該顯示面板190。
    由前述說明可知，本發明先分析輸入顯示畫面影像10的內容成分，而獲得適當的背光區域調整值νdyn。並依據背光區域調整值νdyn對於圖像的影響結果，做出適當的影像補償。故其有以下重點特色：
    1.　近乎無箝制(near clipping free)的影像品質，箝制效應即為失去亮部細節，習知的影像補償會造成箝制效應，本發明使用可調整的第一門檻值及第二門檻值以決定是否進行背光調整，藉以抑制箝制效應。
    2.　低色偏(low color shift)的影像品質，補償後的影像與原生影像在色座標的差距做到最小化，本發明為影像補償時，像素之r、g、b均乘上相同的補償乘數，進而可降低該顯示畫面影像與該補償顯示畫面影像之間的色彩偏移。
    3.　使用時間上之濾波器，以適應性地決定該背光脈衝寬度調變訊號(νdyn)，故本發明進行可適性之動態背光調整(adaptive dynamic backlight)，以去除框架(frame)與框架之間的閃爍(flicking)現象，並可改善在亮框暗框緊鄰之畫面，區域背光不正確的問題。
    4.　不限於區域分區個數，在不同規格之分區劃分兼適用。
    5.　計算上可做省電優先或品質優先之比例調整，兩者均具有上述特色。
    6.　在保有近乎原生影像品質效果下，同時兼具背光區域控制的加強對比以及省電之優點。
    由上述可知，本發明無論就目的、手段及功效，在在均顯示其迥異於習知技術之特徵，極具實用價值。惟應注意的是，上述諸多實施例僅係為了便於說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
    100．．．補償裝置
    110．．．區塊明暗變化值決定裝置
    120．．．品質/功率節省優先決定裝置
    130．．．時間上濾波器
    140．．．背光擴散之近似裝置
    150．．．影像補償裝置
    160．．．背光驅動電路
    170．．．時序控制電路
    180．．．面板驅動電路
    190．．．液晶顯示面板
    191．．．區塊
    193．．．背光源
    10．．．顯示畫面影像
    11．．．影像區塊
    210．．．RGB至HSV轉換裝置
    220．．．計算裝置
    410．．．等化單元
    420．．．背光種子影建立單元
    430．．．第一計算單元
    440．．．第二計算單元
    450．．．距離計算單元
    460．．．雙線性轉換單元
    步驟S510~步驟S580
    圖1係本發明一種背光區域調光系統中顯示畫面影像之補償裝置的方塊圖。
    圖2係本發明區塊明暗變化值決定裝置的方塊圖。
    圖3係本發明該計算裝置所執行計算各影像區塊該最大值之示意圖。
    圖4係本發明背光擴散之近似裝置的方塊圖。
    圖5係本發明一種背光區域調光系統中顯示畫面影像之補償方法的流程圖。
    100．．．補償裝置
    110．．．區塊明暗變化值決定裝置
    120．．．品質/功率節省優先決定裝置
    130．．．時間上濾波器
    140．．．背光擴散之近似裝置
    150．．．影像補償裝置
    160．．．背光驅動電路
    170．．．時序控制電路
    180．．．面板驅動電路
    190．．．液晶顯示面板
    191．．．區塊
    193．．．背光源
    10．．．顯示畫面影像
    11．．．影像區塊
    权利要求:
    Claims (22)
    [1] 一種用於背光區域調光系統中顯示畫面影像之補償裝置，用以估測該背光區域調光系統中複數個背光源利用背光擴散後對該顯示畫面影像的像素，該複數個背光源係以矩陣形式排列，該顯示畫面影像依據該複數個背光源分成相對應數目的影像區塊，該補償裝置包含：一區塊明暗變化值決定裝置，用以接收該顯示畫面影像，進而計算該些影像區塊的平均值及最大值，並依據該平均值及該最大值用以計算該影像區塊的一初始值；一品質/功率節省優先決定裝置，連接至該區塊明暗變化值決定裝置，依據該些影像區塊的該平均值、該初始值，以及一第一門檻值與一第二門檻值，用以分別產生相對應該些影像區塊之一背光控制訊號；一時間上濾波器，連接至該品質/功率節省優先決定裝置，依據該背光控制訊號產生相對應該影像區塊之一背光脈衝寬度調變訊號；一背光擴散之近似裝置，連接至該時間上濾波器，依據該背光脈衝寬度調變訊號，進而產生一背光擴散影像；以及一影像補償裝置，連接至該背光擴散之近似裝置，依據該背光擴散影像用以對該顯示畫面影像進行補償，進而產生一補償顯示畫面影像。
    [2] 如申請專利範圍第1項所述之補償裝置，其更包含：一背光驅動電路，連接至該時間上濾波器，用以接收該背光脈衝寬度調變訊號，進而分別控制該複數個背光源。
    [3] 如申請專利範圍第2項所述之補償裝置，其更包含：一時序控制電路，用以接收該補償顯示畫面影像，進而產生一控制時序訊號；以及一面板驅動電路，連接至該時序控制電路，接收該控制時序訊號及該補償顯示畫面影像，進而控制一顯示面板。
    [4] 如申請專利範圍第1項所述之補償裝置，其中，該區塊明暗變化值決定裝置包含：一RGB至HSV轉換裝置，接收該顯示畫面影像，並將其由RGB格式轉換成HSV格式其係以下列公式表示：v=max(r,g,b)；以及一計算裝置，連接至該RGB至HSV轉換裝置，用以計算該影像區塊的該初始值；當中，r、g、b為該顯示畫面影像中一像素之r、g、b值，v為該顯示畫面影像中該像素為該HSV格式的V值。
    [5] 如申請專利範圍第4項所述之補償裝置，其中，該計算裝置所執行的該影像區塊的該平均值計算係以下列公式表示： 當中，vi為該顯示畫面影像之一影像區塊中像素為該HSV格式的V值，N為該影像區塊中的像素數目，vavg為該影像區塊的該平均值。
    [6] 如申請專利範圍第5項所述之補償裝置，其中，該計算裝置所執行的該影像區塊的該最大值計算係以下列公式表示：vmax=max(v1,v2,v2,...,vN)，當中，vmax為該影像區塊的該最大值。
    [7] 如申請專利範圍第6項所述之補償裝置，其中，該計算裝置所執行的該影像區塊的該初始值計算係以下列公式表示：vinit=Rs×vmax+(1-Rs)×vavg，當中，vinit為該影像區塊的該初始值。
    [8] 如申請專利範圍第7項所述之補償裝置，其中，該品質/功率節省優先決定裝置所產生的背光控制訊號係以下列公式表示： 當中，vplt為該背光控制訊號，BLH為最高明暗變化值，THD1為該第一門檻值，以及THD2為該第二門檻值。
    [9] 如申請專利範圍第8項所述之補償裝置，其中，該時間上濾波器所產生的該背光脈衝寬度調變訊號係以下列公式表示： 當中，rd為一權重因子，M為該影像區塊的數目，為該顯示畫面影像中的一現行圖框之影像區塊的該背光控制訊號，為該顯示畫面影像的一前一圖框之影像區塊的該背光控制訊號，為該顯示畫面影像的該現行圖框之整體亮度平均值，為該顯示畫面影像中該前一圖框之整體亮度平均值，B為該時間上濾波器之截距，T為該時間上濾波器之變化步階，L為該時間上濾波器之變化週期。
    [10] 如申請專利範圍第9項所述之補償裝置，其中，該時間上濾波器係在時間軸上，使用該現行圖框及該前一圖框用以決定該背光脈衝寬度調變訊號，當該現行圖框的該整體亮度平均值與該前一圖框的該平均值相似時，採用該前一圖框主宰的相關資訊，進而避免在圖框間的閃爍效應相反地，則採用該現行圖框主宰的相關資訊，進而避免明亮圖框背光不夠亮，較暗圖框背光不夠暗的情況。
    [11] 如申請專利範圍第8項所述之補償裝置，其中，該影像補償裝置所執行的影像補償運算係以下列公式表示： ，當中，rcomp、gcomp、bcomp為該補償顯示畫面影像中一像素之r、g、b值，Pix(p,q)為該背光擴散影像中於座標(p,q)之像素的灰階值，γ=2.2，THD3為一第三門檻值，Pix'(p,q)為一修正灰階值。
    [12] 如申請專利範圍第11項所述之補償裝置，其中，當該修正灰階值不為0時，rcomp、gcomp、bcomp均乘上相同的補償乘數，用以降低該顯示畫面影像與該補償顯示畫面影像之間的色彩偏移。
    [13] 一種用於背光區域調光系統中顯示畫面影像之補償方法，用以估測該背光區域調光系統中複數個背光源利用背光擴散後對該顯示畫面影像的像素，該複數個背光源係以矩陣形式排列，該顯示畫面影像依據該複數個背光源分成相對應數目的影像區塊，該補償方法包含：一區塊明暗變化值決定步驟，用以接收該顯示畫面影像，進而計算該些影像區塊的平均值及最大值，並依據該平均值及該最大值用以計算該影像區塊的一初始值；一品質/功率節省優先決定步驟，依據該些影像區塊的該平均值、該初始值，以及一第一門檻值與一第二門檻值，用以分別產生相對應該些影像區塊之一背光控制訊號；一時間上濾波步驟，依據該背光控制訊號產生相對應該影像區塊之一背光脈衝寬度調變訊號；一背光擴散之近似步驟，依據該背光脈衝寬度調變訊號，進而產生一背光擴散影像；以及一影像補償步驟，依據該背光擴散影像用以對該顯示畫面影像進行補償，進而產生一補償顯示畫面影像。
    [14] 如申請專利範圍第13項所述之補償方法，其中，該影像區塊明暗變化值決定步驟更包含：一RGB至HSV轉換步驟，接收該顯示畫面影像，並將其由RGB格式轉換成HSV格式，其係以下列公式表示：v=max(r,g,b)；以及一計算步驟，用以計算該影像區塊的該初始值；當中，r、g、b為該顯示畫面影像中一像素之r、g、b值，v為該顯示畫面影像中該像素為該HSV格式的V值。
    [15] 如申請專利範圍第14項所述之補償方法，其中，該計算步驟所執行的該影像區塊的該平均值計算係以下列公式表示： 當中，vi為該顯示畫面影像之一影像區塊中像素為該HSV格式的V值，N為該影像區塊中的像素數目，vavg為該影像區塊的該平均值。
    [16] 如申請專利範圍第15項所述之補償方法，其中，該計算步驟所執行的該影像區塊的該最大值計算係以下列公式表示：vmax=max(v1,v2,v2,...,vN)，當中，vmax為該影像區塊的該最大值。
    [17] 如申請專利範圍第16項所述之補償方法，其中，該計算步驟所執行的該影像區塊的該初始值計算係以下列公式表示：vinit=Rs×vmax+(1-Rs)×vavg，當中，vinit為該影像區塊的該初始值。
    [18] 如申請專利範圍第17項所述之補償方法，其中，該品質/功率節省優先決定步驟所產生的背光控制訊號係以下列公式表示： 當中，vplt為該背光控制訊號，BLH為最高明暗變化值，THD1為該第一門檻值，以及THD2為該第二門檻值。
    [19] 如申請專利範圍第18項所述之補償方法，其中，該時間上濾波步驟所產生的該背光脈衝寬度調變訊號係以下列公式表示： 當中，rd為一權重因子，M為該影像區塊的數目，為該顯示畫面影像中的一現行圖框之影像區塊的該背光控制訊號，為該顯示畫面影像的一前一圖框之影像區塊的該背光控制訊號，為該顯示畫面影像的該現行圖框之整體亮度平均值，為該顯示畫面影像中該前一圖框之整體亮度平均值，B為該時間上濾波器之截距，T為該時間上濾波器之變化步階，L為該時間上濾波器之變化週期。
    [20] 如申請專利範圍第19項所述之補償方法，其中，該時間上濾波步驟係在時間軸上，根據該現行圖框及該前一圖框用以決定該背光脈衝寬度調變訊號，當該現行圖框的該整體亮度平均值與該前一圖框的該平均值相似時，採用該前一圖框主宰的相關資訊，進而避免在圖框間的閃爍效應，相反地，當該現行圖框的該影像區塊的平均值與該前一圖框對應的影像區塊的平均值不相似時，採用該現行圖框主宰的相關資訊，進而避免明亮圖框背光不夠亮，較暗圖框背光不夠暗的情況。
    [21] 如申請專利範圍第18項所述之補償方法，其中，該影像補償步驟所執行的影像補償運算係以下列公式表示： ，當中，rcomp、gcomp、bcomp為該補償顯示畫面影像中一像素之r、g、b值，Pix(p,q)為該背光擴散影像中於座標(p,q)之像素的灰階值，γ=2.2，THD3為一第三門檻值，Pix'(p,q)為一修正灰階值。
    [22] 如申請專利範圍第21項所述之補償方法，其中，當該修正灰階值Pix'(p,q)≠0時，rcomp、gcomp、bcomp均乘上相同的補償乘數，用以降低該顯示畫面影像與該補償顯示畫面影像之間的色彩偏移。
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