一种显示装置图像处理方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种显示装置图像处理方法及系统，其中该方法包括如下步骤：对视频输入信号分析得到视频帧图像的直方图和平均亮度值；根据平均亮度值调整背光亮度，并将调整后的亮度信号输出至背光源；根据所述直方图动态提升视频输入信号的数据电平，并将调整后的视频信号输出至液晶面板。本发明通过动态降低背光亮度，动态提升视频图像的数据电平，在降低功耗的同时提升了画面的对比度、景深和层次感，节能的同时又能很好的提升画质。
【专利说明】
一种显示装置图像处理方法及系统
技术领域
[0001] 本发明涉及视频图像处理技术领域，特别涉及一种显示装置图像处理方法及系 统。
【背景技术】
[0002] 随着液晶显示技术的不断发展，液晶电视由于具有亮度高、灰度高、轻、薄、时尚的 特点越来越受到人们的欢迎，且伴随着其性价比的提高，越来越多家庭、娱乐场所及广告媒 体商将液晶电视作为首选娱乐显示终端。但由于液晶电视相较于以前CRT(阴极射线管， Cathode Ray Tube)电视其显示画面显著增大（一般为32英寸以上），其所消耗的电能也有 了明显的提高。由于液晶屏是被动型显示器件，必须提供单独的背光光源，通过液晶作为可 控光阀来显示图像。因此，目前的液晶电视功耗较大，背光功耗占80%以上。在提倡节能环 保的主旨下，对液晶电视降低功耗的方法主要是背光去降功耗。
[0003] 传统降低功耗的做法是通过降低背光亮度来降低功耗，通过人眼感觉电视画面的 明亮程度，然后通过调整背光强度的方法通过调节图像信号的灰阶对屏幕亮度适当调整， 改变屏幕背光亮度，实现背光控制功能。现有的这种背光控制较容易损失图像的灰度等级 使灰阶降低，使得整体(暗场景、中亮场景、高亮场景)画面亮度降低，严重牺牲画面质量。同 时由于背光亮度不随画面背景亮暗变化而改变，背光亮度是恒定的，能耗较大。
【发明内容】
[0004] 本发明实施例提供了一种显示装置图像处理方法和系统，用以解决现有技术中在 不牺牲画面质量的前提下，降低显示装置的功耗。
[0005] -方面，本发明提供一种显示装置图像处理方法，包括如下步骤：
[0006] 对视频输入信号分析得到视频帧图像的直方图和平均亮度值；
[0007] 根据平均亮度值调整背光亮度，并将调整后的亮度信号输出至背光源；
[0008] 根据所述直方图动态提升视频输入信号的数据电平，并将调整后的视频信号输出 至液晶面板。
[0009] 可选地，根据平均亮度值调整背光亮度包括：
[0010]根据视频帧的平均亮度值与预先设置的亮度调整阈值THD的大小动态调整向背光 源的亮度值信号。
[0011] 另一方面，本发明提供一种显示装置图像处理系统，包括：
[0012] 视频信号分析模块，用于对视频输入信号分析得到视频帧图像的直方图和平均亮 度值；
[0013] 背光亮度调整模块，用于根据平均亮度值调整背光亮度，并将调整后的亮度信号 输出至背光源；
[0014] 视频信号增强模块，用于根据所述直方图动态提升视频输入信号的数据电平，并 将调整后的视频信号输出至液晶面板。
[0015] 本发明提供的显示装置图像处理方法及系统，通过动态降低背光亮度，动态提升 视频图像的数据电平，在降低功耗的同时提升了画面的对比度、景深和层次感，节能的同时 又能很好的提升画质。
【附图说明】
[0016] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发 明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根 据这些附图获得其他的附图。
[0017] 图1是本发明显示装置图像处理方法流程示意图；
[0018] 图2是本发明动态背光曲线示意图；
[0019] 图3是本发明电平占空比示意图；
[0020] 图4是本发明动态调整增强信号输入电平示意图；
[0021]图5a是原始画面示意图；
[0022]图5b是动态调整背光后的画面不意图；
[0023]图5c是本发明图像处理后的画面不意图；
[0024]图6是本发明显示装置图像处理系统结构示意图。
【具体实施方式】
[0025]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例 中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是 本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员 在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0026]如图1所示，本发明提供一种显示装置图像处理方法，该方法包括如下步骤:对视 频输入信号分析得到视频帧图像的直方图和平均亮度值;根据平均亮度值调整背光亮度， 并将调整后的亮度信号输出至背光源;根据所述直方图动态提升视频输入信号的数据电 平，并将调整后的视频信号输出至液晶面板。下面对本发明提供的显示装置图像处理方法 展开详细的说明。
[0027] 首先，介绍对视频输入信号分析得到视频帧图像的直方图和平均亮度值的步骤。
[0028] 如图1所示，在本发明中，优选通过现有的影像分析系统分析出视频信号中每个视 频帧图像的直方图（Histogram)和平均亮度值(Average Pixel Level，简称APL)。例如，通 过对每个视频帧图像的每个像素(Pixel)的原始数据进行统计得出的数据(data)得到每个 视频帧图像的直方图，对每个视频帧图像的像素取平均亮度值。
[0029] 其次，根据平均亮度值调整背光亮度，并将调整后的亮度信号输出至背光源。
[0030] 如图2所示，得到视频帧的平均亮度值后，根据视频帧的平均亮度值与预先设置的 亮度调整阈值THD(ThreSh 〇ld，门槛值)通过数据增强系统动态调整视频输入信号向背光源 的亮度值信号，随视频输入信号的视频帧的平均亮度值的变化实时动态调整输出亮度信号 的背光脉冲宽度调变值。
[0031] 具体地，将得到的当前视频帧的平均亮度值与预先设置的亮度调整阈值的大小动 态调整向背光源的亮度值信号。如果当前视频帧的平均亮度值大于等于预设的亮度调整阈 值，则向背光源输出100 %的亮度值信号，亮度值如式(1)所示。
[0032] ρ·\νΜ=100%(ΑΡ?> THD) (1)
[0033] 其中，Ρ丽表示向背光源的亮度值。
[0034] 如果当前视频帧的平均亮度值小于预设的亮度调整阈值，则根据预先设置的可接 受的亮度值、平均亮度值与预先设置的亮度调整阈值共同调整向背光源输出的亮度值信 号，亮度值如式(2)所示。
[0036] 其中，PWM表示向背光源的亮度值，Base表示可接受的亮度值，APL表示当前视频帧 的平均亮度值，THD表示预先设置的亮度调整阈值。在本发明中，可接受的亮度值Base与预 先设置的亮度调整阈值THD可以根据实际需求灵活设置。
[0037] 本发明根据背光源的亮度值信号调整背光源的背光开启或关闭的时间。如图3所 示，0N表示背光开启的时间，OFF表示背光关闭的时间。例如，在一个视频帧画面中，在背光 源亮度值100%时，背光源背光长期开启，在背光源亮度值为50%时，背光源开启时间与关 闭时间相同（各占50 % )。在背光源亮度值为17 %时，背光源的背光开启时间占17 %，背光源 背光关闭时间占83%。最终将调整后的背光亮度信号发送至显示装置的背光源。在本发明 中，优选通过背光脉冲宽度调变值(PWM Duty)控制系统调整的。
[0038] 如图4所示，得到视频帧的直方图值后，根据视频帧的直方图通过数据增强系统动 态提升视频输入信号的数据电平将增强后的图像信号传输至液晶面板显示。具体地，如图4 所示，通过动态提升视频输入信号的数据电平，可以将当前视频帧的直方图分布范围扩大。 动态提升视频输入信号的数据电平可以通过现有的直方图均衡化（Histogram Equal i zat ion)对视频帧图像处理。具体地，直方图均衡化则通过使用累积函数对灰度值进 行调整以实现对比度的增强。直方图均衡化是图像处理领域中利用图像直方图对对比度进 行调整的方法。这种方法通常用来增加许多图像的局部对比度，尤其是当图像的有用数据 的对比度相当接近时，通过这种方法，亮度可以更好地在直方图上分布。这样就可以用于增 强局部的对比度而不影响整体的对比度，直方图均衡化通过有效地扩展常用的亮度来实现 这种功能。由图4中视频帧直方图增强前后的对比，可以明显看出，增强后的数据范围变广 了，直方图的分布也变得更均匀了。从而使显示的画面上主观上可以看出画面对比度更高、 层次感和景深变得更好。
[0039]如图5a所示，原始画面的功耗90瓦，画面对比度为74:1，图中最暗区域的亮度值为 0.82n i t s，最亮区域的亮度区域的亮度值为60.6n i t s。如图5b所示，动态调整的画面的功耗 为57瓦，画面的对比度为77:1，图中最暗区域的亮度值为0.52nits，最亮区域的亮度区域的 亮度值为40.3nits。通过动态调整背光画面的方式虽然降低了功耗但是，同时损失了画面 的亮度。如图5c所示，采用本发明提供的显示装置图像处理方法和系统处理过的画面功耗 为24瓦，画面对比度为275:1，图中最暗区域的亮度值为0.22nits，最亮区域的亮度区域的 亮度值为60.6nits。通过本发明提供的方法，在降低功耗的同时，不降低画面亮度，提高了 画面的对比度。由此可知，本发明在原有画面的基础上与传统动态调整背光的方式相比在 降低工号的同时对画面清晰度有明显提升，画面对比度更高、层次感和景深变得更好。
[0040] 为进一步体现本发明提供的显示装置图像处理方法的优越性本发明还提供一种 应用上述方法的显示装置图像处理系统，如图6所示，该系统包括:视频信号分析模块，用于 对视频输入信号分析得到视频帧图像的直方图和平均亮度值;背光亮度调整模块，用于根 据平均亮度值调整背光亮度，并将调整后的亮度信号输出至背光源;视频信号增强模块，用 于根据所述直方图动态提升视频输入信号的数据电平，并将调整后的视频信号输出至液晶 面板。
[0041] 如图1所示，在本发明中，视频信号分析模块，通过现有的影像分析系统分析出视 频信号中每个视频帧图像的直方图（Histogram)和平均亮度值(Average Pixel Level，简 称APL)。例如，通过对每个视频帧图像的每个像素(Pixel)的原始数据进行统计得出的数据 (data)得到每个视频帧图像的直方图，对每个视频帧图像的像素取平均亮度值。
[0042]如图2所示，得到视频帧的平均亮度值后，背光亮度调整模块根据视频帧的平均亮 度值与预先设置的亮度调整阈值THD(ThreSh〇ld，门槛值)通过数据增强系统动态调整视频 输入信号向背光源的亮度值信号，随视频输入信号的视频帧的平均亮度值的变化实时动态 调整输出亮度信号的背光脉冲宽度调变值。
[0043] 具体地，所述背光亮度调整模块还包括判断模块，所述判断模块用于根据视频帧 的平均亮度值与预先设置的亮度调整阈值的大小动态调整向背光源的亮度值信号。如果当 前视频帧的平均亮度值大于等于预设的亮度调整阈值，则向背光源输出100%的亮度值信 号，亮度值如式(3)所示。
[0044] ρ·\νΜ=1〇〇%(ΑΡ?> THD) (3)
[0045] 其中，PWM表示向背光源的亮度值。
[0046] 如果当前视频帧的平均亮度值小于预设的亮度调整阈值，则根据预先设置的可接 受的亮度值、平均亮度值与预先设置的亮度调整阈值共同调整向背光源输出的亮度值信 号，亮度值如式(4)所示。
[0048]其中，PWM表示向背光源的亮度值，Base表示可接受的亮度值，APL表示当前视频帧 的平均亮度值，THD表示预先设置的亮度调整阈值。在本发明中，可接受的亮度值Base与预 先设置的亮度调整阈值THD可以根据实际需求灵活设置。
[0049] 本发明根据背光源的亮度值信号调整背光源的背光开启或关闭的时间。如图3所 示，0N表示背光开启的时间，OFF表示背光关闭的时间。例如，在一个视频帧画面中，在背光 源亮度值100%时，背光源背光长期开启，在背光源亮度值为50%时，背光源开启时间与关 闭时间相同（各占50 % )。在背光源亮度值为17 %时，背光源的背光开启时间占17 %，背光源 背光关闭时间占83%。最终将调整后的背光亮度信号发送至显示装置的背光源。在本发明 中，优选通过背光脉冲宽度调变值(PWM Duty)控制系统调整的。
[0050] 如图4所示，得到视频帧的直方图值后，视频信号增强模块根据视频帧的直方图通 过数据增强系统动态提升视频输入信号的数据电平将增强后的图像信号传输至液晶面板 显示。具体地，如图4所示，通过动态提升视频输入信号的数据电平，可以将当前视频帧的直 方图分布范围扩大。动态提升视频输入信号的数据电平可以通过现有的直方图均衡法 (Histogram Equalization)对视频帧图像处理。具体地，直方图均衡化则通过使用累积函 数对灰度值进行调整以实现对比度的增强。直方图均衡化是图像处理领域中利用图像直方 图对对比度进行调整的方法。这种方法通常用来增加许多图像的局部对比度，尤其是当图 像的有用数据的对比度相当接近的时候。通过这种方法，亮度可以更好地在直方图上分布。 这样就可以用于增强局部的对比度而不影响整体的对比度，直方图均衡化通过有效地扩展 常用的亮度来实现这种功能。由图4中视频帧直方图增强前后的对比，可以明显看出，增强 后的数据范围变广了，直方图的分布也变得更均匀了。而从是显示的画面上主观上可以看 出画面对比度更高、层次感和景深变得更好。
[0051 ]如图5a所示，原始画面的功耗90瓦，画面对比度为74:1，图中最暗区域的亮度值为 0.82n i t s，最亮区域的亮度区域的亮度值为60.6n i t s。如图5b所示，动态调整的画面的功耗 为57瓦，画面的对比度为77:1，图中最暗区域的亮度值为0.52nits，最亮区域的亮度区域的 亮度值为40.3nits。通过动态调整背光画面的方式虽然降低了功耗但是，同时损失了画面 的亮度。如图5c所示，采用本发明提供的显示装置图像处理方法和系统处理过的画面功耗 为24瓦，画面对比度为275:1，图中最暗区域的亮度值为0.22nits，最亮区域的亮度区域的 亮度值为60.6nits。通过本发明提供的方法，在降低功耗的同时，不降低画面亮度，提高了 画面的对比度。由此可知，本发明在原有画面的基础上与传统动态调整背光的方式相比在 降低工号的同时对画面清晰度有明显提升，画面对比度更高、层次感和景深变得更好。 [0052]综上所述，本发明提供的显示装置图像处理方法及系统，通过动态降低背光亮度， 动态提升视频图像的数据电平，在降低功耗的同时提升了画面的对比度、景深和层次感，节 能的同时又能很好的提升画质。
[0053]以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可 以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单 元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其 中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性 的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0054] 通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可 借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上 述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该 计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如R0M/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指 令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施 例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0055] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制;尽管 参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可 以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换； 而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和 范围。
【主权项】
1. 一种显示装置图像处理方法，其特征在于，包括如下步骤： 对视频输入信号分析得到视频帧图像的直方图和平均亮度值； 根据平均亮度值调整背光亮度，并将调整后的亮度信号输出至背光源； 根据所述直方图动态提升视频输入信号的数据电平，并将调整后的视频信号输出至液 晶面板。2. 根据权利要求1所述的显示装置图像处理方法，其特征在于，根据平均亮度值调整背 光亮度包括： 根据视频帧的平均亮度值与预先设置的亮度调整阈值THD的大小动态调整向背光源的 亮度值信号。3. 根据权利要求2所述的显示装置图像处理方法，其特征在于，如果当前视频帧的平均 亮度值大于等于预设的亮度调整阈值，则输出亮度值如下式所示： PffM=100% (APL>THD) 其中，PWM表示向背光源的亮度值； 如果当前视频帧的平均亮度值小于预设的亮度调整阈值，则亮度值如下式所示：其中，PWM表示向背光源的亮度值，Base表示可接受的亮度值，APL表示当前视频帧的平 均亮度值，THD表示预先设置的亮度调整阈值。4. 根据权利要求1所述的显示装置图像处理方法，其特征在于，所述视频帧图像的直方 图和平均亮度值是通过影像分析系统得到的。5. 根据权利要求1所述的显示装置图像处理方法，其特征在于，所述动态提升视频输入 信号的数据电平是通过数据增强系统提升的。6. 根据权利要求1所述的显示装置图像处理方法，其特征在于，所述背光亮度是通过背 光脉冲宽度调变值控制系统调整的。7. 根据权利要求1所述的显示装置图像处理方法，其特征在于，所述动态提升视频输入 信号的数据电平是通过直方图均衡化得到的。8. -种显示装置图像处理系统，其特征在于，包括： 视频信号分析模块，用于对视频输入信号分析得到视频帧图像的直方图和平均亮度 值； 背光亮度调整模块，用于根据平均亮度值调整背光亮度，并将调整后的亮度信号输出 至背光源； 视频信号增强模块，用于根据所述直方图动态提升视频输入信号的数据电平，并将调 整后的视频信号输出至液晶面板。9. 根据权利要求8所述的显示装置图像处理系统，其特征在于，所述背光亮度调整模块 还包括判断模块， 所述判断模块用于根据视频帧的平均亮度值与预先设置的亮度调整阈值的大小动态 调整向背光源的亮度值信号； 如果当前视频帧的平均亮度值大于等于预设的亮度调整阈值，则输出亮度值如下式所 示： PffM=100% (APL>THD) 其中，PWM表示向背光源的亮度值； 如果当前视频帧的平均亮度值小于预设的亮度调整阈值，则亮度值如下式所示：其中，PWM表示向背光源的亮度值，Base表示可接受的亮度值，APL表示当前视频帧的平 均亮度值，THD表示预先设置的亮度调整阈值。10.根据权利要求8所述的显示装置图像处理系统，其特征在于，所述背光亮度是通过 背光脉冲宽度调变值控制系统调整的。
【文档编号】G09G3/34GK105869577SQ201510846037
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2015年11月25日
【发明人】罗荣荣
【申请人】乐视致新电子科技（天津）有限公司