專利名稱：根據(jù)顯示內(nèi)容動態(tài)調(diào)整小屏lcd背光亮度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液晶顯示LCD設(shè)備，尤其是涉及根據(jù)顯示內(nèi)容動態(tài)調(diào)整小 屏LCD背光亮度的方法。
技術(shù)背景對于移動電話(又稱手機)、掌上電腦PDA等手持設(shè)備，由于使用電池， 其電能相當(dāng)有限，因而節(jié)電是手持設(shè)備的一個重要技術(shù)指標(biāo)。對于帶LCD顯示屏的手持設(shè) 備，LCD顯示系統(tǒng)是其功率消耗的主要部分；而在顯示系統(tǒng)當(dāng)中，LCD背光是最為消耗電能 的元件之一。因此，減小手持設(shè)備的LCD背光具有重要的意義。 目前，現(xiàn)有技術(shù)中， 一般是根據(jù)圖像內(nèi)容和環(huán)境光亮度動態(tài)調(diào)整LCD背光亮度，根 據(jù)圖像內(nèi)容的方法最先應(yīng)用于大屏幕的LCD顯示，如LCD電視等。與大屏幕LCD相比，小屏 LCD的動態(tài)背光可利用的背光源只有一個，從而在保證顯示效果方面受到了較大的限制。
參考圖2，動態(tài)背光技術(shù)主要是根據(jù)環(huán)境光亮度的變化和圖像負載的變化來動態(tài) 調(diào)整背光源的亮度，從而在不損失顯示效果的前提下降低背光的功耗。背光的亮度可以隨 著環(huán)境光亮度增加而增加，隨著圖像負載增加而增加。環(huán)境光亮度監(jiān)測有相關(guān)的傳感器。
對于動態(tài)圖像，圖像負載實時變化。記負載隨時間的函數(shù)為Ld(t)，負載降低 時，背光可以相應(yīng)降低從而節(jié)省功耗，例如背光Light(t) ocLd(t)。在多數(shù)顯示系統(tǒng)中， 背光和負載均可以是抽樣量化的數(shù)據(jù)。為了使LCD輸出亮度保持，則需要LCD的數(shù)據(jù) oc ^ 。因此，統(tǒng)計圖像負載變化是動態(tài)背光控制的關(guān)鍵。 LCD動態(tài)背光的思想是當(dāng)圖像內(nèi)容灰度較低時，可以適當(dāng)?shù)亟档捅彻饬炼龋瑫r相 應(yīng)成比例的提高LCD圖像內(nèi)容的亮度，以使使用者看到的亮度不變。提高LCD圖像內(nèi)容的 亮度，可以通過提高圖像的數(shù)據(jù)大小來實現(xiàn)。具體算法如圖3所示。例如輸入輸出數(shù)據(jù)均
為6位。如果圖像的亮度值均低于亮度閾值XTK，則可以把背光降低為原來的^，同時把
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LCD圖像內(nèi)容亮度增大為原來的《=^。不考慮非線性的影響，RGB數(shù)據(jù)增大的幅度均為 "=^7。這樣，在不損失圖像質(zhì)量的情況下，降低了背光消耗的功耗。 圖像負載分析是調(diào)整背光的基本參考。對于動態(tài)圖像，如Video,最簡單的辦法是 找出當(dāng)前輸入幀中所有像素的RGB數(shù)據(jù)的最大值。不過，這樣的話即使當(dāng)前幀僅有一個像 素的RGB為最大值，例如在6bit系統(tǒng)中為63，背光就處在最亮的狀態(tài)。而對于動態(tài)圖像本 身，可能平均負載和主要內(nèi)容都集中在低亮度區(qū)域，負載較大的點對于觀者主觀的感覺可 以忽略。圖像負載分析的難點在于，怎樣使動態(tài)圖像的主觀感覺基本不變而盡量降低圖像 的負載分析結(jié)果從而盡可能的降低背光功耗。 圖像負載分析也是最占用資源的模塊。最直接的辦法就是直方圖統(tǒng)計分析。直方 圖分析十分耗費存儲資源。LCD顯示模塊的資源有限，因此使用盡量少的資源，如電路或軟 件，來準(zhǔn)確分析出當(dāng)前幀的圖像負載是十分必要的。 動態(tài)調(diào)整背光的速度也是影響到顯示效果的重要因素。由于圖像負載是根據(jù)動態(tài) 圖像的一幀來決定，因此背光調(diào)整的更新速率可以與幀速率同步。然而，局部的圖像變化會化，如果背光調(diào)整太快會產(chǎn)生閃爍；如果背光調(diào)整太慢，盡管可以消
除閃爍，但可能跟不上圖像負載的較大較快變化，從而可能導(dǎo)致LCD最終輸出失真。 降低背光的同時，需要將圖像數(shù)據(jù)增大為a (a > 1)倍。當(dāng)a為小數(shù)時，有限字
長帶來的誤差可能會被放大。例如數(shù)據(jù)是6bit精度。多個連續(xù)的6bit輸入數(shù)據(jù)，由于輸
出只能接受6bit的精度，擴展之后可能會出現(xiàn)數(shù)據(jù)之間不等間隔的情況，如圖4的表格所
示。輸入數(shù)據(jù)連續(xù)，在輸出一欄，丟失了43、47這兩個數(shù)。這樣一來，輸出圖像的灰階或色
階就不再均勻，從圖像上看，就可能產(chǎn)生"等高線"。 此外，LCD顯示系統(tǒng)經(jīng)常采用Gamma曲線來對LCD屏進行補償，因此，改變背光必 須要考慮Gamma指數(shù)的影響。在數(shù)據(jù)計算處針對Gamma指數(shù)進行補償會消耗很大的資源。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供 一種根據(jù)顯示內(nèi)容動態(tài)調(diào)整小屏LCD背光亮度的方法，給出了一種相對低成本的動態(tài)背光 方案，并且賦予了圖像負載分析和背光調(diào)整的動態(tài)自適應(yīng)性，同時解決了"等高線"和Gamma 指數(shù)補償會消耗很大的資源的問題。 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題提出的方案是，提出 一種根據(jù)顯示內(nèi)容動態(tài)調(diào)整小屏 LCD背光亮度的方法，系根據(jù)顯示負載的變化調(diào)整小屏LCD背光亮度，并且以相應(yīng)的比例動 態(tài)增大LCD的輸入數(shù)據(jù)，從而在保證顯示效果的前提下最大限度地降低LCD背光亮度，以節(jié) 約用電，其特征在于還包括如下步驟 A.依次輸入每一幀圖像數(shù)據(jù)，背光調(diào)整的速率與輸入數(shù)據(jù)的幀頻率相同； B.做自適應(yīng)的圖像負載分析，包括粗略直方圖和細微最大值找尋算法，以及統(tǒng)計
峰值自適應(yīng)犧牲算法； C.用自適應(yīng)的時間平濾波器處理背光調(diào)整速度，既保證輸出無背光閃爍，又保證 背光變化跟得上輸入圖像負載的變化； D.進行偽隨機打散運算，在統(tǒng)計上削除數(shù)據(jù)擴展時的不均勻性，以便消除一些圖 像內(nèi)容下的"等高線"，同時也使得輸出的色階比輸入的精度更高； E.在背光上處理Gamma補償?shù)挠绊?，使用簡單和低速計算消除Gamma補償帶來的 結(jié)果偏差。 所述步驟B中的圖像負載分析，系根據(jù)當(dāng)前輸入幀中每個像素的紅綠藍RGB的最 大值，取粗略直方圖確定的最大亮度有效值和細微最大峰值找尋算法確定的最大亮度有效 值中的最小值、作為當(dāng)前輸入幀的圖像負載有效峰值Peak;并根據(jù)所述圖像負載有效峰值 Peak和統(tǒng)計峰值自適應(yīng)犧牲算法得到的前輸入幀圖像的亮度衰減因子Per—loss，計算出 當(dāng)前輸入幀圖像的有效負載dth，即
dth = Peak(l-per_loss). 所述步驟B中粗略直方圖找尋算法，是將亮度取值范圍在整個區(qū)間內(nèi)分成NC份， 統(tǒng)計該一幀數(shù)據(jù)分布在這NC個區(qū)間的像素數(shù)量統(tǒng)計分布，再根據(jù)預(yù)先設(shè)定的數(shù)量閾值，從 亮度值的高處往低處，統(tǒng)計出所述NC個區(qū)間像素統(tǒng)計分布值當(dāng)中超過閾值的最大的粗條 亮度值，即為粗略直方圖確定的最大亮度有效值。 所述步驟B中細微最大峰值找尋算法，是將亮度區(qū)間分成NF份，找出該一幀中最 大的M個值以及它們的像素數(shù)量統(tǒng)計結(jié)果；根據(jù)預(yù)設(shè)的閾值，找出M個最大值當(dāng)中統(tǒng)計結(jié)果 大于閾值的最大的亮度值，該值就是細微峰值尋找算法確定的最大亮度有效值；當(dāng)所述M
5個值的統(tǒng)計結(jié)果均小于閾值時，取M個值中的最小值減1即為細微最大峰值找尋算法確定 的最大亮度有效值。
所述統(tǒng)計峰值自適應(yīng)犧牲算法，包括步驟 a.確定所述當(dāng)前幀的圖像負載有效峰值Peak在粗直方圖或細直方圖中的位置； b.對當(dāng)前幀的圖像負載有效峰值Peak周圍的像素進行統(tǒng)計分析； c.如果當(dāng)前幀的圖像負載有效峰值Peak附近統(tǒng)計結(jié)果較小，則取較大的衰減因
子；如果當(dāng)前幀的圖像負載有效峰值Peak附近統(tǒng)計結(jié)果較大，則取較小的衰減因子。 所述步驟C中背光時間平滑濾波器可以是一階低通濾波器，其傳輸函數(shù)確定為
w 、 ，
=-7" 其中TAV由當(dāng)前幀的直方圖統(tǒng)計結(jié)果和上一幀的直方圖統(tǒng)計結(jié)果相比較而得出， TAV與相鄰前后幀數(shù)據(jù)的直方圖向量的差的絕對值之和成正比，公式表示如下 " 「 = " ZI報s7; (/) - ///st;一 (/)| 其中，HISTn(i)為在第n幀數(shù)據(jù)亮度值i上的直方圖統(tǒng)計結(jié)果；k為比例系數(shù)，其 值越小，濾波器的時間常數(shù)越長，背光越穩(wěn)定。尤其是，TAV的結(jié)果應(yīng)滿足在0 1之間；
所述步驟C中用自適應(yīng)的時間平濾波器處理背光調(diào)整速度，即得到的所述當(dāng)前幀 的圖像亮度閾值XTK。這一過程用如下公式表示
XTK = filter(Peak*(l-Per—loss)) 其中，Peak為圖像的有效峰值，Per_loSS為圖像的亮度衰減因子。 所述步驟D中采用偽隨機打散運算，是當(dāng)所述圖像亮度增大系數(shù)《=^^是
一個大于i的小數(shù)時，對于連續(xù)的輸入數(shù)值，乘積小數(shù)進行整數(shù)化時，無論整數(shù)截取還是四
舍五入，都有機會跳躍一個整數(shù)，包括步驟 I.統(tǒng)計數(shù)據(jù)擴展模塊的輸入色階x」n與圖像亮度增大系數(shù)a乘積時，統(tǒng)計該乘 積小數(shù)部分im_frac小于所述圖像亮度增大系數(shù)a值的小數(shù)部分COeff_fraC的像素數(shù)量 Ml和該乘積小數(shù)部分im_frac與所述圖像亮度增大系數(shù)a值的小數(shù)部分coeff—frac之和 大于等于1的像素數(shù)量M2; II.針對統(tǒng)計量M1，以固定概率或變化概率，數(shù)據(jù)擴展模塊的輸出為輸入色階x— in與圖像亮度增大系數(shù)a乘積的整數(shù)部分減去圖像亮度增大系數(shù)a的整數(shù)部分；
III.針對統(tǒng)計量M2，以固定概率或變化概率，數(shù)據(jù)擴展模塊的輸出為輸入色階x— in與圖像亮度增大系數(shù)a乘積的整數(shù)部分加上圖像亮度增大系數(shù)a的整數(shù)部分；
所述步驟E中簡單而低速的運算，是指所述LCD背光調(diào)整數(shù)據(jù)經(jīng)過Gamma指數(shù)因 子補償，公式為 5丄鵬=5￡0*(丄,鍾 其中，BL。為直接計算出來的背光調(diào)整系數(shù)，BL皿為考慮Gamma影響之后的背光調(diào)
整系數(shù)；(l)s"""""的計算采用查表法，或是使用曲線擬合的方法；計算的速率可以取輸入圖 or
像的幀頻率相同值。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的有益效果在于自適應(yīng)的圖像負載分析可以更加真 實使負載分析接近圖像的真實有效負載狀況，從而在保證顯示質(zhì)量的情況下盡量大限度的 節(jié)省功耗。此外，圖像負載分析中的粗略直方圖和細微最大值找尋算法的結(jié)合可以省去傳 統(tǒng)直方圖所耗費的大量存儲空間，節(jié)約了成本。 自適應(yīng)的時間平滑濾波器來處理背光調(diào)整速度，既保證了輸出無背光閃爍，又保 證了背光變化能夠跟得上輸入圖像負載的變化。 偽隨機打散算法在統(tǒng)計上消除了數(shù)據(jù)擴展時的不均勻性，從而消除了某些特定圖
像內(nèi)容下的"等高線"。同時，也使得輸出的色階比輸入的色階精度更高。 在背光上處理Gamma補償?shù)挠绊?，使用簡單和低速的計算消除?Gamma補償帶來
的結(jié)果偏差。


圖1是本發(fā)明實施的基本原理框圖； 圖2是現(xiàn)有技術(shù)的圖像負載動態(tài)調(diào)整背光基本原理框圖 圖3是現(xiàn)有技術(shù)的圖像自適應(yīng)動態(tài)背光算法示意圖 圖4是現(xiàn)有技術(shù)中a = 1. 3時的輸出色階數(shù)據(jù)損失表 圖5是本發(fā)明所述粗直方圖找尋法示意圖 圖6是本發(fā)明所述細微峰值找尋法示意圖 圖7是本發(fā)明所述統(tǒng)計峰值自適應(yīng)衰減算法的一個實施流程圖具體實施方式
下面，結(jié)合附圖所示之優(yōu)選實施例進一步闡述本發(fā)明。
本發(fā)明根據(jù)顯示內(nèi)容動態(tài)調(diào)整小屏LCD背光亮度的方法的實施是系根據(jù)顯示負 載的變化調(diào)整小屏LCD背光亮度，從而在保證顯示效果的前提下最大限度地降低LCD背光 亮度，以節(jié)約用電，其特征在于還包括如下步驟 A.依次輸入每一幀圖像數(shù)據(jù)，背光調(diào)整的速率與輸入數(shù)據(jù)的幀頻率相同； B.做自適應(yīng)的圖像負載分析101，包括粗略直方圖和細微最大值找尋算法，以及
統(tǒng)計峰值自適應(yīng)犧牲算法； C.用自適應(yīng)的時間平濾波器102處理背光調(diào)整速度，既保證輸出無背光閃爍，又 保證背光變化跟得上輸入圖像負載的變化； D.進行偽隨機打散運算，在統(tǒng)計上削除數(shù)據(jù)擴展103時的不均勻性，以便消除一
些圖像內(nèi)容下的"等高線"，同時也使得輸出的色階比輸入的精度更高； E.在背光上處理Gamma補償104的影響，使用簡單和低速計算消除Gamma補償帶
來的結(jié)果偏差。 所述步驟B中的圖像負載分析101，系根據(jù)當(dāng)前輸入幀中每個像素的紅綠藍RGB的 最大值及當(dāng)前輸入幀時序，取粗略直方圖確定的最大亮度有效值和細微最大峰值找尋算法 確定的最大亮度有效值中的較小值、作為當(dāng)前輸入幀的圖像負載有效峰值Peak;并根據(jù)所 述圖像負載有效峰值Peak和統(tǒng)計峰值自適應(yīng)犧牲算法得到當(dāng)前輸入幀圖像的亮度衰減因 子per—loss,計算出當(dāng)前輸入幀圖像的有效負載dth，即
dth = Peak(l_per_loss). 所述步驟B中粗略直方圖找尋算法，是將亮度取值范圍在整個區(qū)間內(nèi)分成NC份， 統(tǒng)計該一幀數(shù)據(jù)分布在這NC個區(qū)間的像素數(shù)量統(tǒng)計分布，再根據(jù)預(yù)先設(shè)定的數(shù)量閾值，從 亮度值的高處往低處，統(tǒng)計出所述NC個區(qū)間像素統(tǒng)計分布值當(dāng)中超過閾值的最大的粗條亮度值，即為粗略直方圖確定的最大亮度有效值。參見圖5，本實例中NC = 4，在輸入數(shù)據(jù) 為6bit的情況下即用2bit表示亮度，統(tǒng)計該一幀數(shù)據(jù)分布在這4個區(qū)間的像素數(shù)量統(tǒng)計 結(jié)果為cnt00、 cnt01、 cnt10， cntll，再根據(jù)預(yù)先設(shè)定的閾值，從亮度值的高處往低處，統(tǒng)計 出所述4個區(qū)間亮度值超過閾值的最大的粗條亮度值，即為粗略直方圖確定的最大亮度有 效值。 所述步驟B中細微最大峰值找尋算法，是將亮度區(qū)間分成NF份，找出該一幀中最 大的M個值以及它們的像素數(shù)量統(tǒng)計結(jié)果；根據(jù)預(yù)設(shè)的像素數(shù)量閾值，找出M個最大值當(dāng)中 統(tǒng)計結(jié)果大于閾值的最大的亮度值，該值就是細微峰值尋找算法確定的最大亮度有效值； 當(dāng)所述M個值的統(tǒng)計結(jié)果均小于像素數(shù)量閾值時，取M個值中的最小值減1即為細微最大 峰值找尋算法確定的最大亮度有效值。參見圖6，實施例中NF = 8， M = 3，即用3bit表示 亮度，找出該幀中最大的3個值以及它們的像素數(shù)量統(tǒng)計結(jié)果；根據(jù)預(yù)設(shè)的閾值，找出3個 最大值當(dāng)中統(tǒng)計結(jié)果大于閾值的最大的亮度值，該值就是細微峰值尋找算法確定的最大亮 度有效值；當(dāng)所述3個值的統(tǒng)計結(jié)果均小于閾值時，取3個值中的最小值減1即為最大亮度 有效值。 所述統(tǒng)計峰值自適應(yīng)犧牲算法，包括步驟 c.確定所述當(dāng)前幀的圖像負載有效峰值Peak在粗直方圖或細直方圖中的位置； d.對當(dāng)前幀的圖像負載有效峰值Peak周圍的像素進行統(tǒng)計分析； c.如果當(dāng)前幀的圖像負載有效峰值Peak附近統(tǒng)計結(jié)果較小，則取較大的衰減因
子；如果當(dāng)前幀的圖像負載有效峰值Peak附近統(tǒng)計結(jié)果較大，則取較小的衰減因子。 所述步驟C中背光時間平滑濾波器可以是一階低通濾波器，其傳輸函數(shù)確定為
w 、 ，
H(z) =-r
1-(卜n)z-1 其中TAV由從當(dāng)前幀的直方圖統(tǒng)計結(jié)果和上一幀的直方圖統(tǒng)計結(jié)果比較而得出， TAV與前后幀數(shù)據(jù)的直方圖向量的差的絕對值之和成正比，公式表示如下 ， = "ZI孤r"(0-麗』1 其中，HISTn(i)為在第n幀數(shù)據(jù)亮度值i上的直方圖統(tǒng)計結(jié)果；k為比例系數(shù)，其 值越小，濾波器的時間常數(shù)越長，背光越穩(wěn)定。尤其是，TAV的結(jié)果應(yīng)滿足在0 1之間；
所述步驟C中用自適應(yīng)的時間平濾波器102處理背光調(diào)整速度，即得到的所述當(dāng) 前幀的圖像亮度閾值XTK ;這一過程用如下公式表示
XTK = filter(Peak*(l-Per—loss)) 其中，Peak為圖像的有效峰值，Per_loSS為圖像的亮度衰減因子。 所述步驟D中采用偽隨機打散運算，是當(dāng)所述圖像亮度增大系數(shù)《 = ^^是
一個大于i的小數(shù)時，對于連續(xù)的輸入數(shù)值，乘積所得小數(shù)進行整數(shù)化時，無論整數(shù)截取還
是四舍五入，都有機會跳躍一個整數(shù)，需對乘積結(jié)果做打散處理，包括步驟 I.統(tǒng)計數(shù)據(jù)擴展模塊103的輸入色階x」n與圖像亮度增大系數(shù)乘積時，統(tǒng)計該乘
積小數(shù)部分im_frac小于所述圖像亮度增大系數(shù)a值的小數(shù)部分COeff_fraC的像素數(shù)量
Ml和該乘積小數(shù)部分im_frac與所述圖像亮度增大系數(shù)a值的小數(shù)部分coeff—frac之和
大于等于1的像素數(shù)量M2;
II.針對統(tǒng)計量M1，以固定概率或變化概率，數(shù)據(jù)擴展模塊的輸出為輸入色階x— in與圖像亮度增大系數(shù)a乘積的整數(shù)部分減去圖像亮度增大系數(shù)a的整數(shù)部分；
III.針對統(tǒng)計量M2，以固定概率或變化概率，數(shù)據(jù)擴展模塊的輸出為輸入色階x— in與圖像亮度增大系數(shù)a乘積的整數(shù)部分加上圖像亮度增大系數(shù)a的整數(shù)部分；
所述步驟E中簡單而低速的運算，是指所述LCD背光調(diào)整數(shù)據(jù)經(jīng)過Gamma指數(shù)因 子補償104，公式為 見皿=萬丄。*(丄)伊麵 其中，BL。為直接計算出來的背光調(diào)整系數(shù)，BL皿為考慮Gamma影響之后的背光調(diào) 整系數(shù)；(lr"""""的計算采用查表法，或是使用曲線擬合的方法；計算的速率可以取輸入圖 像的幀頻率相同值。 參見圖l，大多數(shù)情況下，背光調(diào)整的速率與輸入數(shù)據(jù)的幀頻率相同。輸入一幀數(shù) 據(jù)經(jīng)過負載分析，判定出當(dāng)前圖像的有效負載的值，就是LCD最終輸出能夠達到的最大的 值，即能滿足當(dāng)前幀顯示的背光的最低值。該有效負載經(jīng)過自適應(yīng)平滑濾波，得到圖像亮度 閾值XTK。平滑的XTK作為調(diào)整背光和數(shù)據(jù)的基本出發(fā)點，調(diào)整后的背光與XTK成正比，調(diào) 整后的數(shù)據(jù)與XTK成反比。調(diào)整背光時，加入LCD屏的Gamma補償?shù)挠绊懣紤]，把背光值轉(zhuǎn) 化為一個脈寬調(diào)制P麗信號，進而調(diào)整背光亮度。根據(jù)XTK，可以對輸入數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的擴 展，輸出的數(shù)據(jù)送到LCD的數(shù)據(jù)輸入端。這樣，當(dāng)動態(tài)圖像負載較低時，就可以降低背光的 同時增大LCD數(shù)據(jù)，以在保證LCD輸出亮度基本不變的前提下節(jié)省功耗。此外，由于背光亮 度會動態(tài)變化和數(shù)據(jù)的動態(tài)范圍變大時的LCD的動態(tài)對比度會有所增加，從而帶來顯示效 果的增強。 參圖像負載分析 設(shè)當(dāng)前幀的圖像亮度閾值為XTK，下式為XTK的計算過程公式。
XTK = filter(Peak*(l-Per_loss)) 其中，Peak為圖像的有效峰值，P_loss為外部輸入的最大減損度，即允許犧牲掉 的有效峰值的比例。它們計算的結(jié)果經(jīng)過時間均勻化，就得到當(dāng)前的圖像負載。
在一個實例中，輸入圖像為RGB數(shù)據(jù)格式，在小屏幕LCD系統(tǒng)中，6bit較為常見。 對于RGB像素，可以用兩種方式定義它的亮度一種為Y分量，另一種為RGB中的最大值。 在動態(tài)背光的應(yīng)用環(huán)境下，根據(jù)Y分量來動態(tài)調(diào)節(jié)背光大小會導(dǎo)致色偏或色飽和。因此，選 擇RGB的最大值當(dāng)作像素的亮度。此外，這種方法更容易實現(xiàn)。 —幀數(shù)據(jù)的最大亮度有效值通過一個粗略直方圖和細微峰值找尋算法來確定。粗 略直方圖和細微峰值找尋算法會產(chǎn)生一個輸出值，兩者之間的較小者為數(shù)據(jù)的最大亮度有 效值。 參見圖5，將亮度取值范圍在整個區(qū)間內(nèi)分成NC份，例如NC = 4，即用2bit表示 亮度。 一幀數(shù)據(jù)分布在這4個區(qū)間的統(tǒng)計結(jié)果為cnt00，cnt01，cntl0，cnt11.用戶可以輸 入一個閾值。從亮度值的高處往低處，統(tǒng)計值超過閾值的最大的粗條亮度值就是粗略直方 圖的輸出結(jié)果。 參見圖6，在細微峰值找尋算法中，亮度區(qū)間被分成NF份，例如NF = 8，即用3bit
表示亮度。找出一幀中最大的M(例如M二3)個值以及它們的統(tǒng)計結(jié)果。用戶可以設(shè)定閾值，找出M個最大值當(dāng)中統(tǒng)計結(jié)果大于閾值的最大的亮度值，該值就是細微峰值尋找算法 的輸出結(jié)果。如果這M個值的統(tǒng)計結(jié)果均小于閾值，則M個其中的最小值減1就是輸出。
找到有效的Peak值后，意味著大于Peak的值可以被犧牲(輸出飽和)。為了增加 設(shè)計的靈活性，可以對有效Peak值以下的一些值也做相應(yīng)的犧牲，以達到增加節(jié)省功耗力 度的目的。 定義一個變量代表Peak周圍值的像素統(tǒng)計cnt_sum，它表示該幀圖像在Peak周圍 亮度的統(tǒng)計數(shù)量。決定衰減幅度的流程如下圖7所示。統(tǒng)計Peak周圍數(shù)量的方法可以使 用粗略直方圖或者更精細的直方圖統(tǒng)計；圖7中采用粗直方圖的方式。查看Peak所處的粗 直方圖中的具體位置，例如，將Peak所處的粗直方圖對應(yīng)的分量分成4個等份，查看Peak 在這4個等分中的哪一部分。如果Peak在中間的兩份，則該直方圖分量的全部統(tǒng)計都納入 Peak周圍的像素統(tǒng)計；如果在Peak在靠邊的兩份，則Peak周圍的像素統(tǒng)計為該直方圖分 量的一半。衰減因子可以與Peak周圍的統(tǒng)計數(shù)量成遞減關(guān)系。也就是說，Peak周圍數(shù)量 越多，犧牲掉的亮度就越?。环粗酱?。圖7中給出了一個確定衰減因子的例子。設(shè)定兩個 閾值TH1和TH2，且TH1 < TH2.如果Peak附近統(tǒng)計結(jié)果小于TH1，則采用較大的衰減因子； 如果Peak附近統(tǒng)計結(jié)果在TH1和TH2之間，則采用較小的衰減因子；如果Peak附近統(tǒng)計結(jié) 果大于TH2，則不衰減。最終，圖像的有效負載dth = Peak(l-perJoss).
參時間平滑 有效負載dth經(jīng)過濾波得到圖像亮度閾值XTK. 當(dāng)整體圖像負載變化不大時，如果背光隨負載抖動，顯示效果會有"閃爍"的感覺。 當(dāng)整體圖像負載變化很大時，如果背光變化跟不上負載變化，顯示效果會失真。為了能夠適 應(yīng)圖像負載隨時間的各種變化情況，采用自適應(yīng)濾波方式來調(diào)整更新背光和數(shù)據(jù)。
濾波器可以為一階低通濾波器，傳輸函數(shù)如下 <formula>formula see original document page 10</formula> 在自適應(yīng)模式下，根據(jù)當(dāng)前幀的直方圖統(tǒng)計結(jié)果和上一幀的直方圖統(tǒng)計結(jié)果做比 較。例如，TAV可以與前后幀數(shù)據(jù)的直方圖向量的差的絕對值之和成正比，公式表示如下 <formula>formula see original document page 10</formula>
其中，HISi;(i)為在第n幀數(shù)據(jù)亮度值i上的統(tǒng)計結(jié)果，k為比例系數(shù)，其值越小， 濾波器的時間常數(shù)越長，背光越穩(wěn)定。注意，TAV的結(jié)果應(yīng)滿足在0 1之間。
參防止等高線 多個連續(xù)的輸入數(shù)據(jù)，由于只有6bit的精度，因而擴展之后可能會出現(xiàn)數(shù)據(jù)之間 不等間隔的情況，從圖像上看，就可能產(chǎn)生等高線。如圖4所示。在a在輸出一欄，丟失了 41、45、50這三個數(shù)。這樣一來，輸出圖像的灰階或色階就不再均勻。 使用一種偽隨機打散算法(Dither)來解決這一問題。當(dāng)a是一個大于1的小 數(shù)時，對于連續(xù)的輸入數(shù)值，乘積小數(shù)進行整數(shù)化時，無論整數(shù)截取還是四舍五入，都有機 會跳躍一個整數(shù)。例如，采用采用整數(shù)截取，33*1. 3 = 42. 9 = > 42 ;34*1. 3 = 44. 2 = > 44. 43被跳了過去。在這種情況下，應(yīng)該設(shè)法以一定概率把42和44變?yōu)?3.在一個實例 中，采用如下原則對于相等數(shù)量的33和34，產(chǎn)生相等數(shù)量的42，43，44.具體算法見下面
的描述，這段算法針對整數(shù)截取的情況；對于四舍五入的情況，做相應(yīng)的改動即可。
im_frac為x_in* a的小數(shù)部分，coeff_inte為a的整數(shù)部分，coeff_frac 為a的小數(shù)部分。當(dāng)計算數(shù)據(jù)的同時統(tǒng)計im_frac小于coeff_frac的數(shù)目Ml和im_ frac+coeff_frac大于等于1的數(shù)目M2。針對統(tǒng)計量M1，以固定概率或變化概率，x」n* a 的結(jié)果減去coeff」nte作為輸出；針對統(tǒng)計量M2，以固定概率或變化概率，x」n* a的結(jié)果 加上coeff」nte作為輸出。這樣，計算誤差就會被均勻打散，從而在實際畫面上看不存在 "等高線"。 參Gamma補償?shù)挠绊懞吞幚?為了使輸出灰度(色彩)與輸入數(shù)據(jù)成線性關(guān)系，LCD顯示系統(tǒng)常常伴隨著GAMMA 調(diào)整。 設(shè)LCD輸出的物理亮度L = LCD_IN*BL，其中LCD_IN為LCD的數(shù)據(jù)輸入，BL為LCD 的背光亮度。LCD的數(shù)據(jù)輸入經(jīng)過Gamma指數(shù)因子補償，即
LCD_IN = (x_out_ana) g"ma °^ x_outg ma 其中，x_0Ut_ana為LCD驅(qū)動電路的模擬輸出，x_out時產(chǎn)生該模擬輸出的數(shù)字量。
使用動態(tài)背光與不使用動態(tài)背光，LCD的輸出分別為
L。 = LCD_IN。*BL。， L亂=LCD_INDBL*BLDBL 為了使動態(tài)背光的效果與原來固定背光的最終效果相同，目標(biāo)是L。 = L皿，因此
—ZCZ) — //Vq— ( X —OM/q )g。腳。—(X一,W)g。腳a 一 (丄)g。ffima
5丄o 丄CD —/iV弧義—oW弧 x —z>7*a a
因此，5丄艦=5丄。*(丄)伊臓
or
(l)w,"的計算采用查表法，或是使用曲線擬合的方法。通常情況下，計算的速率 or
可以與輸入圖像的幀頻率相同(是一個很慢的速率，如30Hz)。 上述實現(xiàn)過程為本發(fā)明優(yōu)選實現(xiàn)過程，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的基礎(chǔ)上進行 的通常變化和替換包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種根據(jù)顯示內(nèi)容動態(tài)調(diào)整小屏LCD背光亮度的方法，系根據(jù)顯示負載的變化調(diào)整小屏LCD背光亮度，并且以相應(yīng)的比例動態(tài)增大LCD的輸入數(shù)據(jù)，從而在保證顯示效果的前提下最大限度地降低LCD背光亮度，以節(jié)約用電，其特征在于還包括如下步驟A.依次輸入每一幀圖像數(shù)據(jù)，背光調(diào)整的速率與輸入數(shù)據(jù)的幀頻率相同；B.做自適應(yīng)的圖像負載分析(101)，包括粗略直方圖和細微最大值找尋算法，以及統(tǒng)計峰值自適應(yīng)犧牲算法；C.用自適應(yīng)的時間平濾波器(102)處理背光調(diào)整速度，既保證輸出無背光閃爍，又保證背光變化跟得上輸入圖像負載的變化；D.進行偽隨機打散運算，在統(tǒng)計上削除數(shù)據(jù)擴展(103)時的不均勻性，以便消除一些圖像內(nèi)容下的“等高線”，同時也使得輸出的色階比輸入的精度更高；E.在背光上處理Gamma補償(104)的影響，使用簡單和低速計算消除Gamma補償帶來的結(jié)果偏差。
2. 按照權(quán)利要求1所述的根據(jù)顯示內(nèi)容動態(tài)調(diào)整小屏LCD背光亮度的方法，其特征在于所述步驟B中的圖像負載分析(IOI)，系根據(jù)當(dāng)前輸入幀中每個像素的紅綠藍RGB的 最大值，取粗略直方圖確定的最大亮度有效值和細微最大峰值找尋算法確定的最大亮度有 效值中的較小值、作為當(dāng)前輸入幀的圖像負載有效峰值Peak;并根據(jù)所述圖像負載有效峰 值Peak和統(tǒng)計峰值自適應(yīng)犧牲算法得到當(dāng)前輸入幀圖像的亮度衰減因子per_l0SS，計算 出當(dāng)前輸入幀圖像的有效負載dth，即dth = Peak(l_per_loss).
3. 按照權(quán)利要求1所述的根據(jù)顯示內(nèi)容動態(tài)調(diào)整小屏LCD背光亮度的方法，其特征在于所述步驟B中粗略直方圖找尋法，是將亮度取值范圍在整個區(qū)間內(nèi)分成NC份，統(tǒng)計該 一幀數(shù)據(jù)分布在這NC個區(qū)間的像素數(shù)量統(tǒng)計分布，再根據(jù)預(yù)先設(shè)定的數(shù)量閾值，從亮度值 的高處往低處，統(tǒng)計出所述NC個區(qū)間的像素統(tǒng)計分布值當(dāng)中超過閾值的最大的粗條亮度 值，即為粗略直方圖確定的最大亮度有效值。
4. 如權(quán)利要求1所述根據(jù)顯示內(nèi)容動態(tài)調(diào)整小屏LCD背光亮度的方法，其特征在于 所述步驟B中細微最大峰值找尋算法，是將亮度區(qū)間分成NF份，找出該一幀中最大的M個值以及它們的像素數(shù)量統(tǒng)計結(jié)果；根據(jù)預(yù)設(shè)的閾值，找出M個最大值當(dāng)中統(tǒng)計結(jié)果大于 閾值的最大的亮度值，該值就是細微峰值尋找算法確定的最大亮度有效值；當(dāng)所述M個值 的統(tǒng)計結(jié)果均小于閾值時，取M個值中的最小值減1即為細微最大峰值找尋算法確定的最 大亮度有效值。
5. 如權(quán)利要求1、2所述根據(jù)顯示內(nèi)容動態(tài)調(diào)整小屏LCD背光亮度的方法，其特征在于 所述統(tǒng)計峰值自適應(yīng)犧牲算法，包括步驟a. 確定所述當(dāng)前幀的圖像負載有效峰值Peak在粗直方圖或細直方圖中的位置；b. 對當(dāng)前幀的圖像負載有效峰值Peak周圍的像素進行統(tǒng)計分析；c. 如果當(dāng)前幀的圖像負載有效峰值Peak附近統(tǒng)計結(jié)果較小，則取較大的衰減因子； 如果當(dāng)前幀的圖像負載有效峰值Peak附近統(tǒng)計結(jié)果較大，則取較小的衰減因子。
6. 如權(quán)利要求1所述根據(jù)顯示內(nèi)容動態(tài)調(diào)整小屏LCD背光亮度的方法，其特征在于所述步驟C中背光時間平滑濾波器(102)可以是一階低通濾波器，其傳輸函數(shù)確定為<formula>formula see original document page 3</formula>其中TAV由當(dāng)前幀的直方圖統(tǒng)計結(jié)果和上一幀的直方圖統(tǒng)計結(jié)果相比較而得出，TAV 與前后幀數(shù)據(jù)的直方圖向量的差的絕對值之和成正比，公式表示如下<formula>formula see original document page 3</formula>其中，HISTn(i)為在第n幀數(shù)據(jù)亮度值i上的直方圖統(tǒng)計結(jié)果；k為比例系數(shù)，其值越 小，濾波器的時間常數(shù)越長，背光越穩(wěn)定；尤其是，TAV的結(jié)果應(yīng)滿足在0 1之間。
7. 如權(quán)利要求1所述根據(jù)顯示內(nèi)容動態(tài)調(diào)整小屏LCD背光亮度的方法，其特征在于 所述步驟C中用自適應(yīng)的時間平濾波器(102)處理背光調(diào)整速度，即得到的所述當(dāng)前幀的圖像亮度閾值XTK ;這一過程如下公式表示 XTK = filter(Peak*(l-Per—loss))其中，Peak為圖像的有效峰值，Per_l0SS為圖像的亮度衰減因子。
8. 如權(quán)利要求1所述一種根據(jù)顯示內(nèi)容動態(tài)調(diào)整小屏LCD背光亮度的方法，其特征在于所述步驟D中采用偽隨機打散運算，是當(dāng)所述圖像亮度增大系數(shù)"=^^是一個 大于1的小數(shù)時，對于連續(xù)的輸入數(shù)值，乘積所得小數(shù)進行整數(shù)化時，無論整數(shù)截取還是四舍五入，都有機會跳躍一個整數(shù)，需對乘積結(jié)果做打散處理，包括步驟I. 統(tǒng)計數(shù)據(jù)擴展(103)的輸入色階x」n與圖像亮度增大系數(shù)a乘積時，統(tǒng)計該乘積 小數(shù)部分im—frac小于所述圖像亮度增大系數(shù)a值的小數(shù)部分coeff_frac的像素數(shù)量M1 和該乘積小數(shù)部分im_frac與所述圖像亮度增大系數(shù)a值的小數(shù)部分COeff_fraC之和大 于等于1的像素數(shù)量M2;II. 針對統(tǒng)計量Ml，以固定概率或變化概率，數(shù)據(jù)擴展(103)的輸出為輸入色階x」n 與圖像亮度增大系數(shù)a乘積的整數(shù)部分減去圖像亮度增大系數(shù)a的整數(shù)部分；III. 針對統(tǒng)計量M2，以固定概率或變化概率，數(shù)據(jù)擴展(103)的輸出為輸入色階x」n 與圖像亮度增大系數(shù)a乘積的整數(shù)部分加上圖像亮度增大系數(shù)a的整數(shù)部分。
9.如權(quán)利要求1所述根據(jù)顯示內(nèi)容動態(tài)調(diào)整小屏LCD背光亮度的方法，其特征在于 所述步驟E中簡單而低速的運算，是指所述LCD背光調(diào)整系數(shù)經(jīng)過Gamma指數(shù)因子補 償(104)，公式為:<formula>formula see original document page 3</formula>其中，BL。為直接計算出來的背光調(diào)整系數(shù)，BL皿為考慮Gamma影響之后的背光調(diào)整系數(shù)；(l)s-的計算采用查表法，或是使用曲線擬合的方法；計算的速率可以取與輸入圖像 a幀頻率相同的值。
全文摘要
一種根據(jù)顯示內(nèi)容動態(tài)調(diào)整小屏LCD背光亮度的方法，系根據(jù)顯示負載的變化調(diào)整小屏LCD背光亮度，從而在保證顯示效果的前提下最大限度地降低LCD背光亮度，以節(jié)約用電，其特征在于還包括如下步驟依次輸入每一幀圖像數(shù)據(jù)，背光調(diào)整的速率與輸入數(shù)據(jù)的幀頻率相同；做自適應(yīng)的圖像負載分析(101)；用自適應(yīng)的時間平均濾波器(102)處理背光調(diào)整速度；進行偽隨機打散運算，在統(tǒng)計上消除數(shù)據(jù)擴展(103)時的不均勻性；在背光上處理Gamma補償(104)的影響，使用簡單和低速計算消除Gamma補償帶來的結(jié)果偏差。本發(fā)明的有益效果在于一種相對低成本的動態(tài)背光方案，并且賦予了圖像負載分析和背光調(diào)整的動態(tài)自適應(yīng)性，同時解決了“等高線”和Gamma指數(shù)補償會消耗很大的資源的問題。
文檔編號G09G5/10GK101763830SQ20091010520
公開日2010年6月30日 申請日期2009年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月19日
發(fā)明者張靖愷, 梁丕樹 申請人:敦泰科技(深圳)有限公司