专利名称：视讯增强及显示电力管理的制作方法
技术领域：
本发明涉及视觉显示装置中电力管理与影像增强，更特别地，涉及液晶显示装置 中的电力管理与影像增强。
背景技术：
视觉显示装置普遍存在于电池供电的携带式电子装置中，例如笔记型计算机及移 动掌上型电话，其基本上为电池电力的最大消费者。例如，在装置有利用背光照明的薄膜晶 体管(TFT，"Thin-film transistor”)液晶显示器(LCD, "Liquid-crystal display”)的 移动装置中，IXD面板消耗30%以上的装置电力，而背光基本上消耗IXD电力的75%。因 此，为了节省电池电力，主要的重点在于最小化该显示装置的电力消耗。一 IXD屏幕基本上包括一液晶像素的数组，其设置成复数列，其每一列具有复数 像素，并设置成行，其每一像素能够显示一灰阶的256光度值及这些相对应色度值的任一 个。每个像素具有其本身的液晶单元、一专属的薄膜晶体管、及一专属的电容器。该电容器 的电场控制该单元内这些液晶的方向，决定该单元的光学穿透性，及由一背光照亮时决定 其光度。该电容器经由其晶体管充电及放电。装置启动基本上为一列一列进行，以致于在 任何时间所有的行线被连接至一单一列。为了节省LCD装置中的电力，可使用动态背光控制，其牵涉到在使用该装置时，例 如在回放电影时，动态地调低及调高该背光亮度。再者，其好处在于通过转换这些像素光度 值而相对应地转换所要显示的一影像/图案。
发明内容
当该显示背光设定在一特定亮度值时，为了最小化在最大背光之下原始未转换的 影像与在该特定背光条件下该转换的影像之间所感知的影像失真，可决定这些像素数值的 较佳转换(1)。再者，为了最小化电力消耗而可满足一影像质量需求，可决定这些像素数值 的较佳转换(2)。一较佳的转换可以最大化一给定图案的光度，并通过基于该给定图案的这 些像素光度值的机率密度的数值由一给定的像素值动态范围指定每个像素一数值而提供 最适的对比度。较佳地是在进行转换时，可考虑某些显示属性来对转换参数施加限制。
图1显示为沿着对于一特定给定图案形成的一条256像素数值的线的一示例性像 素数值分布图，并还显示该恒等转换及一例示性多阶段转换的图。图2显示为由一段差函数所近似的图1的像素数值分布图，并另显示如何运算出 这些转换斜率。图3显示为图2的段差函数所获得的一多阶段转换图。图4为根据本发明一较佳具体实施例中使用该给定图案的像素数值分布转换这 些给定像素数值的一示例性程序的表示。
图5为代表本发明另一较佳具体实施例中使用该给定图案的像素数值分布转换 这些给定像素数值的另一示例性程序的表示。图6为该技术的一示例性具体实施例的方块示意图。
具体实施例方式转换形状对于一种转换技术，图1显示为给定或输入在χ轴上像素光度值，y轴上输出像素 值，及这些像素数值的分布的图形化表示。由(0，0)到(255，255)的直线代表未节省电力 且不会造成失真的恒等转换。对于背光控制，转换是需要的。从而，在调整该背光之后，该 最大感知光度值在χ = 255处为u < 255。然后，假设该像素的感知光度为该背光值与该转 换的像素值的乘积，即可用u/255做为因子调整该背光来节省电力。图1还显示具有4个阶段的一般性多阶段转换来做为一示例。一般而言，对于阶 段/区段数目及其斜率的明智选择上，可以进行任何需要的转换。本发明包括用以有助于 决定这些阶段的数目与其斜率的技术。转换形状的限制一较佳的转换将可满足某些限制来防止不想要的效果。例如，如果在任何阶段该 转换的斜率为0，则在该范围中所有这些像素值将被压缩到一单一数值，造成在该处完全丧 失对比度。此为本发明中先前已知的某些转换的实例，其修剪这些高像素值到一临界值，造 成在该影像中明亮像素的冲蚀。例如，由于在该光线的区域中对比度的丧失，冲蚀将会削弱 灯泡及灯光的影像。相反地，如果斜率太大，彼此接近的像素值在该像素值空间中极度地分 离，相较于该原始影像即造成一失真的再现。例如，当一给定像素值分布具有一尖峰时，一 细长列的像素具有非常类似的光度，例如在一棒球场的场景中。如果该转换对于这些像素 值具有一高斜率，该转换的球场将具有极度变化的光度，且该影像将会呈现失真。要处理这些问题，一较佳的技术是对该斜率施加两种限制，即在任何阶段中该转 换的m值m ^ Sfflax,m ^ smin, (1)其中Smax及Smin由一目标背光调整因子u/255所决定。贝IjSfflax = 255/usmin = s X 255/u其中s为一适当选择的参数。利用这些限制，一种较佳的多阶段转换可透过动态背光控制、维持亮度、维持必要 处的对比度、避免在重要区域中的对比度失真，并相较于已知的转换可最小化冲蚀效应可 提供良好的省电效果。多阶段转换的估计对于用于估计一需要的多阶段转换的较佳技术的目前说明，我们假设U为给定， 即我们知道所需要的背光调整因子，以及所节省的电力。该技术着重在找出一种转换，其可 在达成由u决定的节省电力之下而最小化失真。一基本示例性程序说明如下(a)在该柱状图数值为高的区域中，即有数个像素具有该范围的数值，我们通过尽
5可能地使用最大的斜率值来维持原始的对比度。(b)在该柱状图数值为低的区域中，即当少数像素具有在该范围中的数值时，我们 使用一较低的斜率。在这些区域中对比度降低，但因为其仅影响一些像素，该降低并不会被 感知到那么多。开始时通过将该χ轴区分成B个槽，其中B在0与255之间。B的典型值可在5 与30之间。然后在这些槽中积分该原始柱状图以得到如图2所示的一片段均勻密度函数。 U(i)代表在槽i.中该均勻密度的数值。图2也显示在整个动态范围中的该均勻密度以做比较。此密度的数值表示成U。 如果U(i) >U，则在槽i中像素的数目大于平均值，即建议通过使用一适当的斜率来维持原 始的对比度。如果u(i) <U，则在槽i中指出小于平均数目的像素，所以通过使用一较低的 斜率可承受损失一些对比度。例如，如图2所示，可选择一适用的斜率用于转换在槽i中具
有数值U(i)的均勻密度成为具有数值U的另一均勻密度。此斜率给定如下 ”、u^S(I) = — ^考虑公式1所给定的限制，我们获得下式来决定槽i的斜率如果s(i) > Smax，则 s ⑴=Sfflax如果s (i) < Smin,则 s ⑴=Smin图3显示为在此步骤之后该转换的样式。此时，该转换并不需要满足所需的最大 感知光度值U。使用该目标背光调整因子u/255，该最大所需转换的光度可计算成yf = min (255，xf X 255/u)其中Xf为该像框的最大输入光度。基本上，xf > u，因此基本上yf = 255。图3显示此例中yf = 255为最大转换的光 度，其允许以u/255的因子调整该背光，以造成u的最大显示的亮度。图3亦显示u为该最 大感知光度的数值。现在想要修改该运算的转换，以致于其具有最大值=yf。在图3中，yf 高于由目前转换所给定的该最大值t (255)，以致于我们可由一适当因子调高该转换。如果 Yf小于t (255)，则我们即调低该转换。在任一例中，我们尊重公式1所给定的这些限制。图4显示为一示例性算法，其标示为MULTISTAGE(多阶段)，用于决定该转换 t(p)，0<p< 256。其可用于工作(1)，如以上发明内容中所述。对于工作(2)，我们在背光调整之后另寻求满足一规定的最大感知亮度。图5显示 为一示例性算法，其标示为SCALING (比例)，可用于工作(2)。在结合程序MULTISTAGE及 SCALING时，两项工作可同时执行。本人注意到一些这样两种算法个别与结合的典型应用， 如下述1.单独应用MULTISTAGE。使用最大值t (255)来决定该背光调整因子t (255)/255。 此是寻求在未尝试要满足任何特定节省电力目标之下，来提供尽可能最佳的影像。2.应用MULTISTAGE。基于所需的背光设定，决定该背光调整因子U。该调整因子 由U//255给定，然后应用SCALING。此可产生一最适的视讯或影像，并亦可达到所需的节省 电力目标。3.利用由0到某个临界像素值的固定斜率应用一转换。在此临界值之后使用 MULTISTAGE。此是寻求维持最大亮度，而仍可在这些高像素值处达到对比度。
4.进行上述的应用3，然后应用在应用2中的SCALING。5.进行上述的应用4，但当应用SCALING时，仅在当该最小斜率限制无法满足时调 整该固定斜率转换。6.当用于视讯时，及时应用一低通滤波器来平滑化由以上应用1-5项中任一项对 于一场景的每一像框所决定的该转换。此可最小化由于非常快的像框到像框的转换变化所 造成的闪烁。7.应用一高通滤波器来尖锐化由上述应用1到6项中任一项所处理的该视讯的边缘。8.通过调整色度像素，应用一色彩增压到该光度值来改善所处理影像的色彩组 合。例如，在该YUV空间中的一较佳具体实施例中，这些U及V成分的每一个可由一各别固 定的因子来调高。另外，光度调整可牵涉到该光度成分的一般功能性转换。与环境的互动对于我们的技术的典型实作的整体而言，图6显示为不同种类的输入1到处理器2 来产生已处理的视讯像框输出3，以及背光值4，用于在终端客户端显示装置5上显示视讯 像框输出3。如所例示，例如输入1可包括下列任一项/全部一输入视讯像框的像素的数 值与统计、在一序列的视讯像框中一过去视讯像框的数值与统计、显示装置5的IXD面板特 性、在其中产生该输入的视讯像框的环境的周遭光线条件、及使用者输入。输入数据由处理 器2使用来决定转换参数、决定一背光值、并转换像素数值。在显示装置5，该转换的像素值 可用由处理器2所决定的背光上显示，或在某种其它供应的背景上显示。对于显示，一视讯 /影像可以下列任一项或其组合作为目标(i)显示装置5上最少电力消耗，及(ii)相较于 该输入为尽可能最佳的增强。 本发明的技术可应用于一个别显示器的静态背光设定，或一方案中该背光可动态 地由一视讯序列的一个像框改变为另一个像框。在任一例中，于处理一像框时，处理器2可 参照至少一先前处理的像框。亦可使用一先前像框用于平滑化，例如将一先前像框的这些 像素值的适当的小部分α加入到一场景的目前像框的一部分(1-α)。技术优点及使用本发明的技术能够产生高质量视讯、静态影像、图形及其它多媒体应用的屏幕图 像，例如Microsoftt Power Point及Word等应用程序，其所有皆可在最小化的显示背光 电力或是在任何特定显示背光电力之下。再者，这些技术可助于增强显示，甚至只有少 许或不考虑到背光电力。我们的技术可实作例如用于笔记型个人计算机(PC，“Personal Computer”)、例如数字激光视盘(DVD，“Digital Video Disk”)回放装置的媒体播放器、 掌上型消费性电子装置、携带式媒体播放器、个人数字助理(PDA)装置、IXD电视(TV， "Television")及移动电话等当中的电力管理及/或影像增强。
权利要求
一种从像素给定图案产生像素显示图案的计算机方法，其中像素给定图案经过转换，该方法包括(a)对于至少一个显示属性，决定该转换的至少一个限制；以及(b)对于至少一个实质上均匀的背景光度值及受到该至少一个限制，决定该转换，使得如果该像素显示图案被显示在该实质均匀背景上时，相较于该像素给定图案可以最小化视觉失真。
2.如权利要求1的方法，其中该至少一个限制用于在产生的像素显示图案影像中最小 化冲蚀。
3.如权利要求1的方法，其中该至少一限制是用于在产生的像素显示图案影像中维持 对比度。
4.如权利要求1的方法，其中该转换由该像素给定图案的像素光度给定数值的统计所 决定。
5.如权利要求4的方法，其中该统计包含柱状图信息。
6.如权利要求1的方法，其中该实质均勻背景光度值被规定。
7.如权利要求1的方法，其中该实质均勻背景光度值由自该像素给定图案的像素光度 给定数值获得的信息所决定。
8.如权利要求7的方法，其中该信息自这些像素光度给定数值的柱状图获得。
9.如权利要求1的方法，还包含决定最小化的背景光度值。
10.如权利要求9的方法，其中决定该最小化的背景光度值包含使用该像素给定图案 的像素光度给定数值的统计。
11.如权利要求9的方法，其中步骤1.(b)是对于多个不同背景光度值来执行。
12.如权利要求1的方法，其中该转换包含片段线性函数。
13.如权利要求12的方法，其中该片段线性函数的线性片段中的每一个跨越该像素给 定图案的像素光度给定值的柱状图的至少一槽。
14.如权利要求13的方法，其中该片段线性函数的线性片段中至少一个具有由以下决 定的斜率由这些线性片段中该至少一个所跨越的柱状图槽中这些像素光度给定值的局部的统 计，以及所有柱状图槽上整体的统计。
15.如权利要求12的方法，其中该至少一个限制包含对于该片段线性函数的线性片段 的一个斜率的限制。
16.如权利要求15的方法，其中在该像素给定图案的邻近低像素光度值处，该斜率是 固定的。
17.如权利要求15的方法，其中在该像素给定图案的邻近高像素光度值处，该斜率是 固定的。
18.如权利要求1的方法，还包含该像素显示图案的空间性高通滤波。
19.如权利要求1的方法，其中该像素给定图案为视讯序列之一。
20.如权利要求19的方法，还包含顺序转换的显示图案的时间性低通滤波。
21.如权利要求1的方法，其中该像素给定图案具有色度，且该方法还包含决定调整该色度的一个因子。
22.如权利要求1的方法，其应用到视讯序列的多个像素给定图案而对于各别的像素 显示图案产生不同均勻背景光度值。
23.如权利要求1的方法，还包含接受以下的输入该像素给定图案的像素光度给定 值，及下列中至少一项(i)视讯序列历史，(ii)LCD面板特性及(iii)周遭光线条件。
24.如权利要求1的方法，还包含传送该像素显示图案来显示在一显示装置上。
25.如权利要求24的方法，还包含传送该实质均勻背景光度值到该显示装置。
26.如权利要求25的方法，还包含在具有该实质均勻背景光度的背景上显示该像素显 示图案。
27.如权利要求24的方法，还包含在除了具有该实质均勻背景光度的背景以外的背景 上显示该像素显示图案。
28.如权利要求24的方法，其中该显示装置包括在下列的一项中笔记型个人计算机，DVD回放装置，掌上型消费性电子装置，携带式媒体播放器，PDA装 置、IXD TV及移动电话。
29.一种从像素给定图案产生像素显示图案的装置，其中像素给定图案经过转换，该装 置包含(a)第一装置部，对于至少一个显示属性，用于决定该转换的至少一个限制；以及(b)第二装置部，其对于至少一个实质上均勻的背景光度值及受到该至少一个限制，用 于决定该转换，使得如果该像素显示图案被显示在该实质均勻背景上时，相较于该像素给 定图案可以最小化视觉失真。
30.一种从像素给定图案产生像素显示图案的处理器，其中像素给定图案经过转换，该 处理器包含(a)第一处理器模块，其对于至少显示属性，指示决定该转换的至少一个限制；以及(b)第二处理器模块，其对于至少实质上均勻的背景光度值及受到该至少一个限制，指 示决定该转换，使得如果该像素显示图案被显示在该实质均勻背景上时，相较于该像素给 定图案可以最小化视觉失真。
31.一种从像素给定图案产生像素显示图案的服务，该服务包含(a)第一服务组件，其对于至少一个显示属性用于决定该转换的至少一个限制；以及(b)第二服务组件，其对于至少实质上均勻的背景光度值及受到该至少一个限制用于 决定该转换，使得如果该像素显示图案被显示在该实质均勻背景上时，相较于该像素给定 图案可以最小化视觉失真。
全文摘要
在像是具有背光照明的LCD装置的视觉显示装置中，该背光基本上消耗大部分的装置电池电力。为了以最小化的背光水平显示一给定的像素图案，该图案在维持影像质量之下可利用由像素光度统计所决定的一种转换来转换。除了这种最小化之外，也可使用一种转换用于影像增强、用于使一显示的影像可更佳地满足视觉感知质量。在任一种状况中，该转换较佳地是被限制来增强一种或数种显示属性。
文档编号G09G3/36GK101884048SQ200780100434
公开日2010年11月10日 申请日期2007年6月30日 优先权日2007年6月30日
发明者大卫·若马求罗赛尔, 帕芬·杜白, 艾南斯·圣卡, 苏利南·桑德, 阿努拉格·毕斯特 申请人:摩克斯艾尔有限公司