本发明的实施例涉及显示系统及其功率控制的方法。
背景技术：
已经开发了各种各样的显示设备/显示系统。其示例包括液晶显示(lcd)设备和有机发光显示(oled)设备。这些显示器比传统的阴极射线管显示器重量轻并且体积小。
oled显示器和局部调暗lcd使用单独发射器(例如，像素的oled或用于驱动lcd的背光单元的led)的子集来描绘显示系统的面板/显示屏的不同部分中的影像，以表示显示的图像。通过激活发射器，从显示系统的面板产生光。通过在所显示的图像中显示具有较大尺寸的明亮物体，有效发射器总数量增加，伴随着显示系统的总功率需求的增加。如果发射器总数量变得太大，则由于显示系统的限制，可能以可向少量的有效发射器供电的强度来为所有发射器供电是不可行的。
例如，通过将面板驱动为完全白色，所有发射器使用的总功率可能很大。也就是说，因为以特定强度驱动面板的相对小的区域中的相对少量的有效发射器所需的总功率小于以同一强度驱动更大区域中的更大数量的有效发射器所需的功率，所以显示系统可能没有被设计为能够适当地供给用于以该强度驱动大数量的有效发射器的功率负载。
因此，显示系统可以包含净功率控制(npc)的形式，其随着作为发射器的数量的函数以及作为发射器显示光的相应强度的函数的总系统负载变大而减小所有发射器的全局增益/npc增益。也就是说，随着以相对高的强度操作的有效发射器的数量增加，图像的整体亮度可以调暗，从而降低所有有效发射器的强度，并且从而降低为有效发射器供电的功率消耗且因此降低观察者所看到的图像亮度。应用到图像的全局增益的值/水平由npc函数/算法确定，并且对应于面板载荷(例如，面板负载或用于驱动面板的功率量，其通常对应于面板的亮度)。也就是说，npc函数/npc控制信号可以确定作为总发射器负载的函数的全局增益。通过使用全局增益函数来减小总系统负载，可以通过防止驱动发射器的显示系统的电源的过载、通过防止从电源到发射器的电源线的过载、或通过防止过多的热累积来保护显示系统的电路。
用于驱动显示面板的功率控制信号由npc函数控制，并且通常基于与图像数据的每个图像帧的像素数据相对应的功率负载估计。在与面板载荷的变化(例如，面板载荷的迅速变化)相对应的图像数据的序列中，npc函数可以减小全局增益，并且从而调暗有效发射器(例如，当面板上相对亮的区域的尺寸增加时，该亮的区域的亮度可以减小)。观看面板的用户可能察觉到与全局增益的变化相对应的图像强度的变化(例如，迅速变化)。在一些情况下，通常作为用于常规显示系统的静态函数的npc函数可导致面板的亮度降低60％或更多。
在此背景技术部分中公开的上面的信息仅仅是为了增强对发明的背景的理解，并且因此它可能包含不构成现有技术的信息。
技术实现要素：
本发明的实施例针对显示面板的功率控制。
根据本发明的一个或多个实施例，提供了一种显示系统的功率控制的方法，所述方法包括：接收与输入图像数据相对应的动态元数据；基于所述动态元数据确定所述显示系统的面板负载水平；并且基于所述面板负载水平在第一场景期间将第一净功率控制(npc)函数应用到所述显示系统。
所述方法可以进一步包括：接收与来自第二场景的输入图像数据相对应的第二动态元数据；基于所述第二动态元数据确定所述显示系统的面板负载水平；并且基于该面板负载水平在第二场景期间将第二npc函数应用到所述显示系统。
所述方法可以进一步包括：检测与所述第一场景的第一图像帧相对应的所述显示系统的面板负载水平；根据检测到的面板负载水平，将所述第一npc函数的npc面板负载基础值设置为第一值；检测由所述第一场景的第二图像帧处的面板负载水平的增加引起的超出预期npc函数范围的面板负载，所述第二图像帧在所述第一图像帧之后并且是超出范围的帧；以及根据所述超出范围的帧，将所述第一npc函数的npc面板负载基础值调整为高于所述第一值的第二值。
所述方法可以进一步包括：检测所述第一场景期间所述面板负载水平的局部峰值，其中所述第二值高于所述局部峰值。
所述方法可以进一步包括：将所述第二值保持为所述第一npc函数的npc面板负载基础值，直到第二场景，或者直到检测到所述面板负载水平的高于所述局部峰值的附加局部峰值。
所述方法可以进一步包括：在所述面板负载水平的所述局部峰值之后检测低面板负载；并且在所述面板负载水平的所述局部峰值之后以恒定的减小速率重新调整所述第一npc函数的npc面板负载基础值。
所述方法可以进一步包括：将第二npc函数应用到在所述面板负载水平的变化之后出现的第二场景，所述第一npc函数和所述第二npc函数不同。
所述动态元数据可以包括与以下中的至少一个相对应的信息：所述第一场景和第二场景之一的持续时间；所述第一场景和所述第二场景之一的峰值图像亮度；所述第一场景和所述第二场景之一的最小图像亮度；所述第一场景和所述第二场景之一的图像帧的平均亮度；所述第一场景和所述第二场景之一的最大帧平均亮度水平(maxfall)；关于所述第一场景和所述第二场景之一的图像内容的空间信息；和所述第一场景和所述第二场景之一的建议的颜色模型信息。
所述方法可以进一步包括：计算与对应于所述输入图像数据的各图像帧中的每一个相对应的一个或多个统计数据；存储所述统计数据；并且比较所述统计数据以确定所述各图像帧中的第一图像帧属于所述第一场景，并且确定所述各图像帧中的第二图像帧属于第二场景。
所述方法可以进一步包括：设置npc函数使得所述npc函数最小化图像增益中的波动。
所述第一npc函数可以进一步基于低功率模式。
所述第一npc函数进一步基于所述显示系统的超过温度阈值的操作温度。
根据本发明的一个或多个实施例，提供了一种显示系统，包括：用于根据输入图像数据显示图像的显示面板；处理器；以及存储器，其中所述存储器上存储有指令，所述指令在由所述处理器执行时使所述处理器：检测所述输入图像数据的相似帧序列的中断；将第一净功率控制(npc)函数应用到在所述中断之前出现的第一场景；并且将第二npc函数应用到在所述中断之后出现的第二场景，所述第一npc函数和所述第二npc函数不同。
所述指令在由所述处理器执行时可以进一步使所述处理器：检测与所述第一场景的第一图像帧相对应的所述显示系统的面板负载水平；根据检测到的面板负载水平，将所述第一npc函数的npc面板负载基础值设置为第一值；检测由所述第一场景的第二图像帧处所述输入图像数据的变化引起的任何负载过量，所述第二图像帧在所述第一图像帧之后；并且根据所检测到的负载过量，将所述第一npc函数调整为第二函数，使得增益水平低于所述第一值，并且因此比所述第一值更可持续。
所述指令在由所述处理器执行时可以进一步使所述处理器：检测所述第一场景期间升高的面板负载水平，其中所述第二函数高于所述升高的面板负载水平。
所述指令在由所述处理器执行时可以进一步使所述处理器：将所述第二函数保持为用于确定适当的第一npc函数的npc面板负载基础值，直到第二场景，或者直到检测到比先前升高的面板负载水平高的附加的升高的面板负载水平。
所述指令在由所述处理器执行时可以进一步使所述处理器：在所述升高的面板负载水平之后检测到低面板负载；并且在所述升高的面板负载水平之后以测量的速率重新调整所述第一npc函数的npc面板负载基础值。
所述指令在由所述处理器执行时可以进一步使所述处理器：将所述第二npc函数应用到在面板负载水平的变化之后出现的所述第二场景，所述第一npc函数和所述第二npc函数不同。
所述指令在由所述处理器执行时可以进一步使所述处理器：检测包括与以下中的至少一个相对应的信息的动态元数据：所述第一场景和所述第二场景之一的持续时间；所述第一场景和所述第二场景之一的峰值图像亮度；所述第一场景和所述第二场景之一的最小图像亮度；所述第一场景和所述第二场景之一的图像帧的平均亮度；所述第一场景和所述第二场景之一的最大帧平均亮度水平(maxfall)；关于所述第一场景和所述第二场景之一的图像内容的空间信息；和所述第一场景和所述第二场景之一的建议的颜色模型信息。
所述指令在由所述处理器执行时可以进一步使所述处理器：计算与对应于所述输入图像数据的各图像帧的每一个相对应的一个或多个统计数据；存储所述统计数据；并且比较所述统计数据以确定所述各图像帧中的第一图像帧属于所述第一场景，并且确定各图像帧中的第二图像帧属于所述第二场景。
所述指令在由所述处理器执行时可以进一步使所述处理器：将所述第一npc函数的增益值保持为针对所述第一场景基本恒定。
所述指令在由所述处理器执行时可以进一步使所述处理器：使用动态元数据检测与同一场景相对应的所述输入图像数据的相似帧序列的中断。
根据本发明的一个或多个实施例，提供了一种生成用于显示系统的非静态净功率控制(npc)增益水平的方法，所述方法包括：检测与亮度水平的变化相对应的图像帧；将所述亮度水平的变化与一场景相关联；以及在所述图像帧处调整所述npc增益水平。
所述检测与亮度水平的变化相对应的图像帧可以包括：确定所述显示系统的面板负载。
附图说明
附图与说明书一起图示了本发明的示例性实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的特征，其中：
图1a至图1d根据本发明的实施例的示例图示其中场景的亮度增加的场景的顺序图像帧并且图示分别与其相对应的净功率控制(npc)函数；
图2根据本发明的实施例的示例描绘两个连续场景的多个图像帧的面板负载水平并且描绘与各图像帧相对应的对应npc增益；
图3根据本发明的另一实施例描绘图2的示例中所示的多个图像帧的面板负载水平并且描绘与各图像帧相对应的对应npc增益；
图4根据本发明的又一实施例描绘图2的示例中所示的多个图像帧的面板负载水平并且描绘与各图像帧相对应的对应npc增益；
图5是根据本发明的实施例的用于驱动显示器的npc方法的流程图；并且
图6是根据本发明的另一实施例的用于驱动显示器的npc方法的流程图。
具体实施方式
通过参考下述实施例的详细描述和附图，发明构思的特征及其实现方法可以更易于理解。然而，发明构思可以以许多不同的形式体现，并且不应当被认为限于本文所提出的实施例。在下文中，将参考附图更详细地描述示例实施例，其中在整个附图中，相同的附图标记指代相同的元件。然而，本发明可以以各种不同的形式体现，并且不应当被认为仅限于本文示出的实施例。相反，提供这些实施例作为示例是为了使得此公开将是充分的和完整的，并且将向本领域技术人员充分地传达本发明的方面和特征。因此，对于本领域普通技术人员来说，对于完整理解本发明的方面和特征不是必须的工艺、元件和技术可以不进行描述。除非另有说明，在整个附图和书面描述中，相同的附图标记表示相同的元件，并且因此其描述将不再重复。在图中，为了清楚，元件、层和区域的相对尺寸可能被夸大。
将理解，虽然本文可使用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各个元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应该受这些术语的限制。这些术语用来区分一个元件、部件、区域、层或部分与另一个元件、部件、区域、层或部分。因此，下面描述的第一元件、第一部件、第一区域、第一层或第一部分可以被称为第二元件、第二部件、第二区域、第二层或第二部分，而不脱离本发明的精神和范围。
出于易于说明的目的，本文可以使用诸如“之下”、“下方”、“下”、“下面”、“上方”、“上”等的空间相对术语来描述如图中所示的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。将理解，除了图中描述的方位之外，空间相对术语意在包含设备在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中设备被翻转，被描述为在其它元件或特征“下方”或“之下”或“下面”的元件将然后被定向为在其它元件或特征的“上方”。因此，示例术语“下方”和“下面”可以包括上方和下方两种方位。设备可被另外定向(例如旋转90度或者在其它方向)，本文使用的空间相对描述符应当被相应地解释。
将理解，当元件或层被称为在另一元件或层“上”、“被连接到”另一元件或层、或者“被联接到”另一元件或层时，它可以直接在另一元件或层上、被直接连接到另一元件或层、或者被直接联接到另一元件或层，或者也可以存在一个或多个中间元件或中间层。另外，还将理解，当元件或层被称为在两个元件或两个层“之间”时，它可以是这两个元件或两个层之间的唯一元件或唯一层，或者也可以存在一个或多个中间元件或中间层。
本文使用的术语仅为了描述特定的实施例，并不旨在限制本发明。如本文所使用的，单数形式的“一”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确表示。将进一步理解，当在此说明书中使用时，术语“包括”和“包含”表明所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组的存在或添加。如本文所使用的，术语“和/或”包括关联的所列项目的一个或多个的任意和所有组合。当放在一列元件之前时，诸如“至少一个”的表述修饰整列元件，而不是修饰该列中的单独元件。
如本文所使用的，术语“基本上”、“大约”和类似术语被用作近似的术语，而不是作为程度的术语，并且旨在解释本领域普通技术人员公认的在测量或计算的值中的固有公差。进一步，当描述本发明的实施例时，“可以”的使用指的是“本发明的一个或多个实施例”。如本文所使用的，术语“使用”、“正在使用”和“被用来”可以被认为分别和术语“利用”、“正在利用”和“被利用来”同义。另外，术语“示例性”意指示例或例示。
根据在本文中描述的本发明的实施例的电子设备或任何其它相关设备或部件可以利用任何合适的硬件、固件(例如专用集成电路)、软件、或软件、固件和硬件的适当组合来实现。例如，这些设备的各种部件可以被形成在一个集成电路(ic)芯片上或单独的ic芯片上。进一步，这些设备的各种部件可以在柔性印刷电路膜、带载封装(tcp)、印刷电路板(pcb)上实现，或者被形成在一个基板上。进一步，这些设备的各种部件可以是用于完成本文中描述的各种功能的、执行计算机程序指令并与其它系统部件交互的、一个或多个计算设备中的、运行在一个或多个处理器上的进程或线程。计算机程序指令被存储在存储器中，存储器可使用标准存储设备(例如随机存取存储器(ram))在计算设备中实现。计算机程序指令还可以被存储在其它非瞬态计算机可读介质(例如cd-rom、闪存驱动器等)中。此外，本领域技术人员应认识到各种计算设备的功能可以被组合或集成到单个计算设备，或特定计算设备的功能可以跨过一个或多个其它计算设备分布，而不脱离本发明的示例性实施例的精神和范围。
除非另有定义，本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本发明所属的技术领域的普通技术人员所通常理解的相同含义。将进一步理解，诸如那些在常用字典中定义的术语应该被解释为具有与它们在相关领域和/或本说明书的上下文的含义一致的含义，并且不应以理想化或过于正式的意义来解释，除非本文明确地如此定义。
以下详细描述的一些部分以在可以在计算机/服务器存储器内出现的数据比特上的操作的算法和/或符号表示来呈现。这些描述和表示被数据压缩的领域内的技术人员用来将想法、结构和方法传达给该领域内的其它技术人员。算法是用于实现期望的结果和需要物理量的物理操作的自相容序列，其可以采用能够被存储、传输、组合、比较、复制、再现和以其它方式操作的电磁信号的形式。这样的信号可以被称为比特、值、元素、符号、字符、术语、数字等。这些和类似的术语与适当的物理量相关联，并且被用作用于这些量的代表标签。因此，诸如“处理”、“计算”、“推算”、“确定”、“显示”等的术语指的是计算设备或系统的将寄存器/存储器内的表示为物理量的数据操作成还由存储的/传输的/显示的物理量表示的其它数据的动作和处理。
本发明的实施例提供了一种用于使用净功率控制(npc)函数来改变显示系统的显示面板的全局增益或面板负载基础的方法，并且还提供了一种电路，该电路能够预期将在面板上显示的不同类型的影像，并且能够调整npc函数以提供与该影像相对应的图像数据的各图像帧的增加的稳定性。因此，本发明的实施例提供了一种显示系统，其能够在亮度稳定性适合或期望时降低场景或影像的显示部分的亮度的剧烈或突然的波动，并且能够降低动态场景中显示伪像的可视性。
如本文所使用的，术语“场景”可以指仅发生亮度和/或面板载荷的逐渐变化(即，没有突然或剧烈变化)的一串图像帧或一段相邻图像帧。因此，如本文所使用的，不同的“场景”实际上可以是电影意义上的同一场景的一部分(例如，单个场景可以是来自单个摄像机镜头的任何连续的图像帧集合)。例如，如本文所使用的，不同的“场景”可以通过其中图像描绘了不同的时间或地点的突然切割来划分，通过在同一事件的不同角度的摄像机视图之间切换来划分，或者由诸如爆炸、摄像机闪光或一道闪电的明亮级/整体亮度的任何突然/迅速的变化来划分。
图1a至图1d根据本发明的实施例的示例图示其中场景的亮度增加的场景的顺序图像帧并且图示分别与其相对应的npc函数。
在本示例中，图1a根据本实施例描绘了在场景开始时黑暗的或光线昏暗的房间的图像帧，并且还描绘了第一常规npc函数110和第二npc函数120。因为图1中所描绘的图像是光线昏暗的，因此与图像帧相关联的面板载荷也低(例如，5％)。随着图1a至图1d中所描绘的场景的各图像帧逐步发展，从光线昏暗的房间到外部的门被打开以暴露光线明亮的室外景观。因此，随着场景从图1a逐步发展至图1d，场景的整体亮度从图1a至图1d由于打开的门而逐渐增加，从而导致面板负载的相应逐渐增加，其被示出为npc函数110、120的x轴。
npc函数110是常规npc函数，其随着面板负载或面板负载基础的增加而逐渐减小增益。常规npc函数是不变的，并且均匀地应用到所有图像。然而，npc函数120是用于处理面板载荷的推荐策略。该函数可以根据场景进行调整。目标是来自场景内的各帧落在npc函数的平坦区域上，但是当存在新场景时允许平坦区域改变位置。
在图1a至图1d所描绘的场景的各图像帧中，可能适合于以恒定亮度水平显示房间的光线昏暗的区域，或者可能适合于响应于通过门进入房间的光的增加而仅对光线昏暗的区域稍微增加亮度。然而，被示出为npc函数110的y轴的全局增益通常由常规静态npc函数110减小(例如，急剧减小)，以补偿增加的面板负载。也就是说，使用npc函数的常规方法采用基于帧的增益控制，其中常规npc函数110仅基于特定图像帧的面板载荷来调整全局增益。
相反，本发明的实施例提供动态/可变npc函数，诸如npc函数120，其使用基于场景的增益控制，使得选择通常稳定的npc水平以允许在一场景期间随着面板负载增加全局增益的值/水平之间的变化较小。例如，如图1a至图1d所描绘的，本实施例的npc函数120与常规npc函数110相比，是更平坦、更水平的函数。因此，npc函数120可以基于特定场景中的各图像帧的预期面板负载的范围。这与仅基于用于保持各种面板负载的显示器能力的常规npc函数110相反。因此，本实施例的npc函数120能够降低图像场景内全局增益水平的波动。
在图1a、图1b、图1c和图1d所描绘的场景的过程中，门打开，使面
例如，图1d中所描绘的图像帧可以对应于35％的面板负载。如果来自此场景的帧将达到35％的峰值面板负载的信息在图1a的时间是可用的(例如，在显示图1d中所描绘的图像帧之前该信息可用于显示系统)，则本实施例能够提供在面板负载范围(例如，对应于图1a的5％面板负载到对应于图1d的35％面板负载)上平坦得多的npc函数120。相反，常规npc函数110不进行假设，并且没有关于后续或过去的帧的附加信息，并且因此保持不变。
因此，当与传统npc函数110相比时，本实施例的npc函数120在面板负载值的同一范围上具有相当小的全局增益值的变化。尽管本实施例的npc函数120描绘了全局增益水平的衰减变化以实现在本示例的场景内容期间全局增益水平的波动的降低，但是在其它实施例中，作为面板负载的函数的全局增益水平的变化可以小到0。
在其它示例中，根据正在显示的视频流的图像，在视频流的各图像帧/各图像的显示期间，面板负载可以通常增加，通常减少，或者可以是易变的(没有强趋势)。为了有效地产生在不同图像的显示期间降低全局增益水平的波动的npc函数，知道包含图像的场景的最大面板负载可能是有用的。知道诸如场景的最小面板负载的场景的附加参数或指标也是有用的。
例如，因为视频流的每个场景将具有给定范围的面板负载，并且因为不同的场景可以具有极大变化的面板载荷的范围和幅度，所以将视频流划分为不同的场景(例如，基于检测到的场景转换划分为不同的时间间隔)并且采用在整个场景中具有相当稳定的全局增益(例如，在对应的时间间隔期间)的npc函数可能是有用的。基于面板载荷的不同范围/幅度，针对不同的场景采用不同的npc函数或者提供不同的全局增益值也可能是有用的。也就是说，根据本发明的实施例，通过将视频流的内容划分为不同的场景，可以将不同的npc函数应用到不同的场景，以产生用户不容易感觉到的全局增益的突然变化。可以通过针对每个图像帧计算一个或多个不同类型的统计数据、通过存储这些统计数据、并且通过将这些统计数据与先前图像帧的对应统计数据进行比较来确定不同场景之间的转换。当统计数据的比较显示出它们之间差异足够大时，则当前或后续的图像帧可以被分类为后续场景的第一图像帧，并且可以向其应用新的(可能甚至显著不同的)npc函数。
作为示例，如果视频流的第一场景具有宽的范围的面板负载值/水平(例如，亮度的大的波动)，并且如果视频流的第二场景具有较紧缩的范围的面板负载值(例如，更一致的亮度)，则可以通过在第一场景期间应用与第二场景的第二npc函数不同的第一npc函数来提高显示质量。此外，如果在第一场景期间使用的第一npc函数在第一场景改变为第二场景的点处(例如，在与区分第一场景和第二场景的光亮水平的迅速或突然变化相对应的场景转换处)转换为在第二场景期间使用的第二npc函数，则用户可能不会感觉到与从第一npc函数转换到第二npc函数相关联的增益的阶跃变化。否则，如果在影像没有剧烈变化的情况下发生变化，则从第一npc函数到第二npc函数的转移可以被感知。这种增益的剧烈变化将被没有稳定参考点的图像的变化所掩盖。
根据本发明的实施例，被称为动态元数据的信息可以被显示系统用来为每个场景选择适当的npc函数，和/或可以被用来确定何时从一个npc函数改变为下一个(例如，确定第一场景转换到第二场景时的场景转换)。
动态元数据可以与视频信号/输入图像数据一起传输，并且包括关于场景内容的附加信息。动态元数据可以包括场景的持续时间(例如，与将相邻场景分离的场景转换相对应的图像帧的数量)、每个场景的峰值/最大图像亮度、每个场景的最小图像亮度、图像帧或场景的平均亮度、最大帧平均亮度水平(maxfall)、关于场景的图像内容的空间信息和/或建议的颜色模型信息(例如，色调映射模型)。因此，动态元数据可以被用来指示下列时间间隔/图像帧，在这些时间间隔/图像帧处，应用npc函数之间的变化而该变化不会被观看显示器的用户发现。
可以是动态元数据的一部分的maxfall可以通过获取一组相邻图像帧(例如，包括场景的150个连续图像帧)、针对这些图像帧中的每一个确定平均亮度、以及确定平均亮度的最大值来计算。用于一场景的maxfall可以被用来确定适合于该场景和显示系统的能力的近似npc函数。也就是说，maxfall可以有效地作为面板负载的代理，并且因此可以被用来预测在该场景期间将遇到的最大负载，并且因此适当地设置npc函数。
然而，应当注意，具有同一平均亮度水平的两个不同图像帧可能对应于不同的面板载荷，因为maxfall基于非色调映射的面板载荷，而最终显示的图像将被色调映射。此外，对于lcd显示器，图像的空间分布确定了背光局部调暗区域的哪个子集是必需的以及它们必须使用什么强度。因此，npc函数或近似npc设置可以基于附加因素被进一步补偿，并且近似npc设置可以通过计算当前图像帧的近似色调映射负载比并通过将该比率应用到maxfall数据来进一步补偿/变换。
此外，根据一个实施例，可以通过以下方式计算适当的npc函数：1)基于输入图像帧的统计数据来估计面板负载比；2)通过将maxfall乘以场景负载比(slr)(slr等于当前帧负载除以原始帧平均亮度水平)来估计最大场景负载；以及3)应用估计的最大场景负载来确定npc函数。当前帧负载对应于在色调映射、颜色校正和发生在帧上的任何其它处理之后的帧负载，并且帧平均亮度对应于平均原始像素值。因此，slr可以被用作用于针对给定场景预测最大面板负载的有用值。
在更易于应用到lcd显示器的另一实施例中，当前帧负载指给定帧的背光发射器的负载。背光发射器单元的数量和强度将是图像中的光强度的空间图案以及背光中的发射器的位置和布置的函数。它还可能受到包括扩散膜和用于计算发射器控制信号的软件算法的其它因素的影响。
图2根据本发明的实施例的示例描绘两个连续场景的多个图像帧的面板负载水平并且描绘与每个场景内的各图像帧相对应的对应稳定npc增益。
参考图2，本示例的图像数据包括第一场景和第二场景。动态元数据可以指示第一场景对应于图像帧号0至242，并且指示第二场景对应于图像帧号243至441(即，场景转换发生在图像帧号242和图像帧号243之间)。通过图表示出了输入图像数据的每个图像帧的调节后面板负载水平。调节后面板负载水平是所有图像调整后显示器的实际负载。调节后面板负载水平也可以与包括的动态元数据强相关。第一场景和第二场景的稳定npc增益水平可以基于来自每个场景的、分别在62和24处的最大面板负载。也就是说，通过接收动态元数据，本实施例的显示系统可以针对两个场景分别估计62和24的最大面板负载水平，并且如将在下面描述的，进行场景感知处理以提高显示质量。
在本示例中，基于出现在图像帧号121附近的大约62的第一峰值调节后负载(例如，第一场景的最大调节后面板负载水平)212，npc函数具有被设置为大约65的用于第一场景的第一npc增益/npc增益负载信号/npc函数210。第一峰值调节后负载212对应于在大约帧135处出现的第一maxfall。可以基于第一场景的估计的第一峰值调节后负载212加上例如约5％的缓冲来确定第一场景的第一npc函数210。也就是说，第一npc函数210可以是缓冲的npc水平。
此外，在本示例中，第二npc增益设置可以基于28的第二场景的峰值负载来预测，其与具有大约24的值的第二峰值调节后负载222相对应。因此，第二场景的第二npc增益/npc增益负载信号/npc函数220可以被设置为具有大约25的值(例如，24的第二峰值调节后负载值加上5％缓冲)。
因此，通过分别为第一场景和第二场景设置第一npc函数210和第二npc函数220，可以在没有任何明显的波动的情况下示出所显示的图像的亮度水平。此外，即使在第一npc函数210和第二npc函数220之间存在水平的剧烈变化，但因为变化发生在场景转换处(例如，在图像帧号242和243之间)，因此水平的突然变化可能由于在第一场景或第二场景内没有发生全局增益的波动而不会被观看显示器的用户所注意。
尽管本实施例的示例描绘了由显示系统接收动态元数据以计算不同npc函数210和220并确定场景转换的时间的情况，但是在其它实施例中，动态元数据可能不能被用于预测要应用到不同场景的npc函数。也就是说，在没有动态元数据(或动态元数据不兼容)的情况下，提前估计不同场景的持续时间或场景内的最大面板负载是不可行的。因此，显示系统可能不能确定场景的图像的预期面板负载，直到恰好在图像将由显示系统的显示面板显示之前。
在没有元数据的情况下，帧到帧图像统计数据可以被用来识别可能指示场景转换的剧烈变化。因此，通过预测场景转换，npc函数可以在对图像质量没有可见影响的情况下改变。此外，可以将npc函数设置为使得在具有相当平坦的npc函数的每个场景的开始处存在可以基于典型场景统计数据的缓冲区域。通过使缓冲区域的溢出很少，场景内的全局增益的变化可相对不频繁地发生，并产生有限的伪像或不产生可见的伪像。
例如，通过根据在典型场景中出现的典型面板负载水平，分析图像帧序列中的场景的第一图像帧，可以在没有整个场景的完全准确的估计的情况下去除大部分高频率波动。这种分析可以离线执行并且被编程到算法中。或者它可以使用能够访问先前场景或图像统计数据的自适应电路来产生。因此，显示系统可以预测针对场景的给定第一帧，面板负载通常在场景的持续时间在某个范围内操作，从而提高所显示图像的视觉质量。因此，如果面板负载上升或下降，显示器可能能够通过使用用于当前场景的定制npc函数来处理面板负载的变化。在存在低估面板负载变化的情况下，可以遵循显示器的npc函数的上包络或npc包络函数来保护显示器的电路。npc函数的上包络可以由显示系统的制造商确定，并且可以与显示系统能够为每个面板负载处理的最大增益水平相对应。
图3根据本发明的另一实施例描绘图2的示例中所示的多个图像帧的面板负载水平并且描绘与各图像帧相对应的对应npc增益。
参考图3，即使当动态元数据可用时，并且即使当使用缓冲的npc水平时，也可能存在超过缓冲器水平的场景，并且当前图像需要超过给定增益设置所允许的面板负载的面板负载(例如，第一npc函数310)。因此，显示系统的面板可以使用npc函数的上包络来调整增益水平以适应高于预期的图像。然而，通过不允许亮度随着面板负载减小立即增加(例如，防止npc函数立即回归到较低负载估计)而对npc函数施加滞后(例如，滞后函数)，可以避免过度的亮度波动。可以保持对npc设置的这种滞后效应，直到检测到下一场景。
在本实施例中，可在图像帧号0处检测新场景(即，第一场景)，并且第一场景的第一图像帧可具有14的初始调节后面板负载。因此，第一npc函数310可以被缓冲25％，以实现值17。然而，在图像帧号78附近，缓冲器溢出发生在超出范围的帧(例如，超出预期的npc函数范围的帧)处，从而使得第一npc函数310被重新调整。第一npc函数310的npc增益水平可以减小以适应增加的面板负载，并且由图像指定的总面板负载可以达到值62，其与发生在第一场景中的第一峰值调节后负载212的峰值调节后负载水平相对应。在例如帧100附近观察到升高的面板负载之后，npc函数保持峰值面板载荷以用作确定适当增益设置的基础，其防止在该场景期间发生任何进一步的增益改变。
当在图像帧号242之后检测到至第二场景的场景转换时，在第二场景的开始处调节后面板负载可被确定为8，并且第二npc函数320的经缓冲的npc面板负载基础值可以被设置为值10。然而，在图像帧号261附近发生缓冲器溢出，使得npc峰值载荷估计向上修正(例如，大约为21的值)。此后，重新调整的第二npc函数320的附加缓冲器溢出可以在图像帧号348附近发生，使得第二npc函数320再次被重新调整并保持在较高水平(例如，约22的npc面板负载基础值)。
因此，尽管没有分析元数据，通过在整个场景中适当地向上调整npc负载并且通过检测场景转换，可以提高显示质量。也就是说，通过提供对亮图像帧和暗图像帧采用不对称响应以降低全局增益的波动的运行时npc函数，本实施例可以提高用户的视觉体验。
图4根据本发明的又一实施例描绘图2的示例中所示的多个图像帧的面板负载水平并且描绘与各图像帧相对应的对应npc增益。
参考图4，在另一实施例中，关于图3描述的滞后函数可以被修改，以允许从较高亮度恢复，该恢复与较低面板负载的检测相关联。在本实施例中，显示系统包含每当面板负载比预期(例如，在面板负载水平的局部峰值之后npc增益降低的标准速率)低得多时将每个图像帧的npc面板负载基础值降低给定量的规则。因此，在达到峰值调节后负载水平之后，针对每个图像帧，重新调整的npc增益可以被降低相对小的量，使得所显示的图像可以再次实现完全亮度。当恢复步速不在场景的边缘处发生时，控制其以最小化增益调整的可见性。
例如，可在图像帧号0处检测新场景(例如，第一场景)，其中调节后面板负载水平被确定为具有值14，并且第一场景的第一npc面板负载基础410可以最初被设置为值17(例如，通过包含25％的缓冲)。一旦检测到低面板负载，本实施例的亮度恢复的构思的此示例性实现方式使得第一npc面板负载基础410缓慢地降低(这可以允许升高与修改的npc函数相关联的增益水平)。然而，一旦发生缓冲器溢出，第一npc面板负载基础410的值就向上重新调整到与第一峰值调节后负载212相对应的峰值62。然而，此后再次检测到低面板负载，并且发生逐渐恢复，使得第一npc面板负载基础410的值逐帧缓慢地减小。第一npc面板负载基础410的减小速率可以基于全局增益值(即，非线性函数)的百分比，或者可以是简单的恒定的减小速率。
当在图像帧号242之后检测到场景转换时，npc面板负载基础值可以被突然改变为具有初始值10的第二npc面板负载基础420，以与检测到的面板负载8加上25％缓冲相对应。一旦发生缓冲器溢出，可以重新调整第二npc面板负载基础420，并且可以在第二场景内发生的局部最大值/峰值422之后发生恢复。
因此，通过允许在亮度的局部峰值之后逐渐恢复亮度，各图像帧之间的npc增益值的轻微变化可能不会被观看显示系统上的视频流的用户注意到。
尽管上述实施例主要对应于oled显示器，但是上述实施例的构思可以应用到液晶显示器(lcd)。也就是说，局部调暗lcd可能具有与背光载荷相关的类似问题，因为在一些系统中，lcd的所有背光不能同时以全功率驱动，并且因此它们也可能随着负载增加而经历全局增益的降低。与上述用于oled显示器的实施例类似的构思可以经过少许修改应用到lcd。
一个这种修改，例如，代替基于合计像素需求而计算面板负载，内容必须被进一步调节后以计算lcd的背光的背光需求/功率负载。因为根据亮发射器的空间分布，背光负载可能存在显著差异，这意味着背光负载可能与平均图像亮度非常不同(即，在lcd背光中，适度数量的明亮像素可能需要背光led区域的大部分被驱动为明亮输出)，因此可以使用npc函数来防止背光的过载。在lcd接收动态元数据的情况下，在maxfall能被用来控制全局增益之前，maxfall将需要附加调节。
例如，可以基于原始图像内容来计算帧平均亮度。然后，可以对图像帧的图像数据进行色调映射。在色调映射之后，可以应用全局调暗算法/函数来估计背光信号。此后，可以确定背光信号的总负载，并且可以基于估计的最大背光负载计算补偿因子，该估计的最大背光负载等于参考图像帧的背光负载部分乘以maxfall除以参考图像帧的未处理的平均亮度。也就是说，
参考图像帧可以是新场景的第一图像帧，或者其可以与滤波器一起在整个场景中周期性地更新以逐渐改变全局增益设置。
在另一实施例中，npc函数可以被进一步修改以降低能量消耗。例如，在双调制lcd中，可以进一步调整npc函数以有效地使lcd的背光以较低的亮度操作。因此，npc函数修改因而可以考虑场景数据以及显示器是否处于低功率或节能模式，从而降低显示器功率使用。类似地，npc函数也可以被修改以有利于热管理。例如，当显示器的工作温度超过阈值时，可以进一步修改npc函数以降低显示亮度，从而降低显示面板的热输出。
因此，本发明的实施例还可以应用到oled显示器或lcd以提高视觉质量，并且本发明的上述实施例能够提供用于计算npc函数以提高显示系统的显示质量的方法和机制。
图5是根据本发明的实施例的用于驱动显示器的npc方法的流程图。
通常，根据本发明的实施例的显示系统可以接收图像流，并且可以针对每个图像帧(或者针对每第n个图像帧，n是整数)确定图像帧是否对应于新场景。如果图像帧不对应于新场景，那么npc函数经历最小变化(图像增益保持恒定)，并且显示系统继续使用npc函数。然而，如果图像帧对应于新场景，那么显示系统可以针对新场景确定估计的最大面板负载、可以生成与新场景相对应的新的不同npc函数，并且然后可以更新npc函数。
在操作s501处，可以检测显示系统的面板负载水平在输入图像数据的各图像帧之间的变化(例如，显示系统可以检测在如图2至图4中所示的输入图像数据的图像帧号242和243之间的面板负载水平的变化)。
作为检测面板负载水平的变化的一个示例，在操作s501a处，可以接收与面板负载水平相对应的动态元数据(例如，显示系统可以接收指示在图像帧号242之后开始的场景的估计的面板负载存在突然变化的动态元数据)。
作为检测面板负载水平的变化的另一示例，在操作s501b1处，可以检测与第一图像帧相对应的显示系统的面板负载水平，然后，在操作s501b2处，可以检测在第一图像帧之后的第二图像帧处面板负载水平的增加引起的缓冲器溢出(例如，显示系统可以检测图像帧号0的面板负载水平，然后显示系统可以检测由于如图3中所示的在图像帧号78处的面板负载水平的增加引起的缓冲器溢出)。
作为检测面板负载水平的变化的又一示例，在操作s501c1处，可以计算与各图像帧中的每一个相对应的一个或多个统计数据，然后，在操作s501c2处，可以存储统计数据，并且此后，在操作s501c3处，可以比较统计数据以确定各图像帧的第一图像帧属于第一场景，并且确定各图像帧的第二图像帧属于第二场景(例如，如图3和图4中所示，显示系统可以计算并存储与图像帧号242和243相对应的统计数据，并且然后可以比较统计数据以确定图像帧号242属于第一场景，并且图像帧号243属于第二场景)。
作为检测面板负载水平的变化的另外的示例，在操作s501d1处，可以检测面板负载水平的局部峰值，然后，在操作s501d2处，可以检测在面板负载水平的局部峰值之后的低面板负载(例如，如图2中所示，显示系统可以检测到图像帧号121附近处的面板负载水平的局部峰值/峰值调节后负载212，并且然后可以检测到局部峰值212之后的较低面板负载)。
在操作s502处，第一npc函数可以被应用到在亮度水平的变化之前出现的第一场景(例如，显示系统可以将第一npc函数210应用到在发生在图像帧号242之后的亮度水平的变化之前出现的第一场景)。
作为应用第一npc函数的示例，在操作s502a1处，可以基于动态元数据生成第一npc函数，在操作s502a2处，可以将第一npc函数的面板负载基础值针对第一场景保持为基本恒定(例如，如图2中所示，显示系统可以基于与第一场景相对应的接收的动态元数据生成并应用第一npc函数210，并且可以将第一npc函数210保持在大约65的基本恒定的面板负载基础值)。
作为应用第一npc函数的另一示例，在操作s502b1处，可以根据检测到的面板负载水平将第一npc函数的npc面板负载基础值设置为第一值，并且然后，在操作s502b2处，当缓冲器溢出时，第一npc函数的npc面板负载基础值可以被调整为高于第一值或高于局部峰值的第二值(例如，如图3中所示，显示系统可以根据在图像帧号0之后检测到的面板负载水平，将第一npc函数310的npc面板负载基础值初始地设置为约17的第一面板负载基础值，并且然后，显示系统可以将第一npc函数310的npc面板负载基础值调整为大约62的第二面板负载基础值，其高于大约17的第一值，或者高于局部峰值212)。
一旦将第一npc函数的npc面板负载基础值调整为第二值，则在操作s502b2i处，就可以在面板负载水平的局部峰值之后以恒定的减小速率重新调整第一npc函数的npc面板负载基础值(例如，如图4所示，显示系统可以在面板负载水平的局部峰值212之后以恒定的减小速率重新调整第一npc面板负载基础410的面板负载基础值)。可替代地，在操作s502b2ii处，第二值可以被保持为第一npc函数的npc面板负载基础值，直到第二场景，或直到检测到高于面板负载水平的局部峰值的附加局部峰值(例如，如图3中所示，显示系统可以将第一npc函数310的面板负载基础值保持在大约62，直到发生在图像帧号242之后的第二场景，或者，如图3中所示，显示系统可以在发生在图像帧号261之后的面板负载水平的第一局部峰值之后将第二npc函数320的面板负载基础值保持在大约21，直到在图像帧号348之后检测到面板负载水平的第二局部峰值)。
在操作s503处，可以在亮度水平的变化之后应用第二npc函数(例如，如图2中所示，显示系统可以在图像帧号242和243之间检测到的亮度水平的变化之后的第二场景处应用不同于第一npc函数210的第二npc函数220)。例如，在操作s503a处，可以基于动态元数据生成第二npc函数(例如，显示系统可以基于接收的动态元数据生成第二npc函数220)。作为示例，动态元数据可以包括与以下中的至少一个相对应的信息：第一场景和第二场景之一的持续时间、第一场景和第二场景之一的峰值图像亮度、第一场景和第二场景之一的最小图像亮度、第一场景和第二场景之一的图像帧的平均亮度、第一场景和第二场景之一的最大帧平均亮度水平(maxfall)、关于第一场景和第二场景之一的图像内容的空间信息以及第一场景和第二场景之一的建议的颜色模型信息。
图6是根据本发明的另一实施例的用于驱动显示器的npc方法的流程图。
在操作s601处，可以接收与输入图像数据相对应的动态元数据，并且在操作s602处，可以基于动态元数据确定显示系统的面板负载水平(例如，显示系统可以接收包括动态元数据的图像数据，并且可以基于动态元数据确定显示系统的面板负载水平)。此后，在操作s603处，可以基于面板负载水平确定npc函数，在操作s604处，可以在一场景期间将npc函数应用到显示系统(例如，如图2中所示，显示系统在第一场景期间基于所确定的面板负载水平可以确定并且可以应用第一npc函数210)。此外，在操作s605处，可以接收新的动态元数据，并且当接收到新的动态元数据时，在操作s606处，可以基于显示系统的新的面板负载水平、基于新的动态元数据确定与先前npc函数不同的新的npc函数，并且在操作s607处，可以在面板负载水平的变化之后将新的npc函数应用到新场景(例如，如图2中所示，显示系统可以接收与第二场景相对应的动态元数据，并且在面板负载水平的变化之后/图像帧号242之后可以确定第二npc函数220并将第二npc函数220应用到第二场景，第一npc函数210和第二npc函数220彼此不同)。然后，可以应用新的npc函数，直到接收到指示与不同的面板负载水平相对应的新场景的新的动态元数据。在其它实施例中，显示系统可以另外确定场景的图像是否落入所应用的npc函数的稳定区域内，并且如果不是，则npc函数可以被更新并被应用到显示系统。
根据上述实施例，通过使用显示系统在与不同(例如，非常不同)的面板负载水平相对应的各图像帧之间改变全局增益值，全局增益值的变化可以不被用户发现，并且因此可以提高显示系统的显示质量。
尽管已经结合目前被认为是本发明的实用示例性实施例描述了此公开，但是应当理解，本发明不限于所公开的实施例，而是相反，旨在覆盖被包括在所附权利要求及其等同方案的精神和范围内的各种合适的修改和等同布置。