Tft-lcd背光动态调节方法

专利名称：Tft-lcd背光动态调节方法
技术领域：
本发明涉及一种TFT-LCD背光调节方法，特别是TFT-LCD背光动态调节方法。
背景技术：
参照图9，公知的TFT-LCD模组由偏光板11、玻璃基板12、液晶13、反射板15以及背 光源14组成。为了使TFT-LCD模组显示彩色图像，首先利用背光源14发出光线，然后根据 图像像素点的子像素R、 G、 B值，利用偏光板11和液晶13相应地改变光线的强度和色彩， 从而显示图像内容。人眼所能观察到的像素点亮度L与两个因素有关， 一个是背光亮度B， 另一个是图像像素点的亮度Y。上述关系可用公式(l)表示为
￡ = &x5x;r (i)
上式中的b表示背光因子，其取值范围为0 1，当b=0时表示背光亮度为0，即关闭背光，当 b=l时表示背光亮度最大。当背光亮度降低时，即背光因子IX1，由公式(l)可知，若此时图 像像素点的亮度相应变为Y'=Y/b，则人眼所感觉到的亮度值L保持不变。
参照图10，文献"公开号是CN 101271208A的中国专利"公开了一种液晶显示器的动态 背光控制方法，该方法采用亮度值映射关系对图像进行亮度补偿。X轴代表图像的原始亮度 值，Y轴代表图像补偿后的亮度值。当图像像素点的亮度值没有进行补偿时，补偿前后的亮 度值不变，故其映射关系为一条45度的直线20。而当像素点的亮度值进行补偿后，其中若 图像像素点的原始亮度最大值小于255，其映射关系为大于45度的直线21和直线22。则令 图像的原始亮度最大值对应至补偿后图像的亮度最大值255，其余的原始亮度值和补偿后亮 度值的映射关系应满足公式(2)。由于这种方法对于任何图像都采用同一种映射关系进行亮度 补偿，所以并不可能最大限度地增加所有图像的亮度，从而不能最大限度地减小TFT-LCD模 组的功耗，TFT-LCD显示模组的功耗只能节省25%。
补偿后亮度值=原始亮度值x (2)
原始壳度最大值

发明内容
为了克服现有技术TFT-LCD模组功耗大的不足，本发明提供一种TFT-LCD背光动态调 节方法，该方法根据图像像素点的亮度值分布情况，对图像进行亮度补偿和对比度增强，并 根据图像处理结果输出背光控制信号，以降低背光源的亮度，减小TFT-LCD模组的功耗。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案 一种TFT-LCD背光动态调节方法，其特点是
包括下述步骤
4(a) 计算参数g产255， gf255时图像补偿后的失真度Dl，以及参数g尸255、 g2=150时 图像补偿后的失真度D2，然后通过公式K=(D2-D1)/105得到斜率K;
gi和g2是图像补偿时确定亮度值映射关系的两个亮度参数，且g^g"
(b) 比较K和Kth，进而判断图像是否是I型图像，若K〈Kth，图像属于I型图像，否 则不属于I型图像；当图像不属于I型图像时，比较Dl和Dth，判断图像是II型还是ni型图 像，若Dl〉Dth，则图像属于II型图像，否则属于III型图像；
Kth是区分i型图像和n、 ni型图像的阈值，Dth是区分n型图像和m型图像的阈值；
(C)根据图像类型和图像失真度阈值，确定参数gi和g2，从而确定亮度值映射关系， 并据此求出图像补偿后的亮度数据和相应的背光控制信号bl;原图像如果属于I型图像，则
选取参数g尸255、 g2=0;否则采用迭代的方法确定参数g!和g2，其中如果原图像属于II型图 像，则迭代过程中采用较大步长值G2来确定g"否则采用较小步长值G1来确定gi;迭代过 程如下，首先令参数g尸255、 g2=255、步长X产G1或G2;然后重复计算g尸gr、， g2=g2-、时 图像补偿后的失真度D2，直到D2小于预先设定的图像失真度阈值Dis，此时gi的值就被确 定；重复计算gfg2A2时图像补偿后的失真度D3，直到D3大于Dis时结束，此时g2的值就 被确定。
所述背光控制信号M通过(l)式求得
<formula>formula see original document page 5</formula>(1)
式中Z是原图像一帧像素的亮度均值，F是补偿后图像一帧像素的亮度均值，如公式(2) 所示；
所述亮度值映射关系，由公式(3)计算像素点附近n个像素点补偿后的亮度均值叫ench;
<formula>formula see original document page 5</formula>
(3)
.255 ,当gi〈〃,oc。/ 式中W。cai是补偿前像素点附近n个像素点的加权亮度均值，如公式(4)所示，Wi是像素点 的权值，M为权值之和根据像素点附近n个像素点补偿后的亮度均值pbench，通过(5)式求得各像素点的亮度
值Z';
= (1 / 62) x/ ) x (z
(5)
式中b2为上一帧图像的背光控制信号。
本发明的有益效果是由于通过动态调节背光源的亮度，减小了TFT-LCD模组的功耗。 与现有技术相比，TFT-LCD显示模组的功耗由只能节省25。/。提高到可以节省40。/。以上。
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。


图1是本发明TFT-LCD背光动态调节方法中采用的亮度值映射关系图。 图2是韦伯定理示意图。
图3是本发明TFT-LCD背光动态调节方法所述三类图像的亮度直方图。 图4是本发明TFT-LCD背光动态调节方法所述g2与失真度的关系曲线以及相应的图像 亮度直方图。
图5是本发明TFT-LCD背光动态调节方法流程图。
图6是单片集成TFT-LCD驱动芯片结构框图。
图7是图6中图像处理模块的结构框图。
图8是图7中图像处理模块的流程图。
图9是公知的一种TFT-LCD显示模组结构示意图。
图IO是现有技术图像亮度补偿方法中亮度值映射关系图。
图中，ll-偏光板；12-玻璃；13-液晶；14-反射板；15-背光光源；
20是没有进行亮度补偿时的亮度值映射关系；21是当b=0.5时文献所述的亮度值映射关 系；22是当bi.75时专利[l]所述的亮度值映射关系；23是当b-l时专利[l]所述的亮度值映 射关系；
51是当g产200， gflOO时的亮度值映射关系；52是当g产255， &=255时的亮度值映射 关系；53是当g产255， g2-0时的亮度值映射关系；
81-数据输入接口； 82-数据输出接口； 83-时序控制模块；84-图像处理模块；85-数据处 理模块；86-内置GRAM;
91-图像数据寄存器；92-参数寄存器；93-控制器；94-图像增强器；95-失真度检测器； 96-多路选择器。
具体实施例方式
参照图1 8，本发明首先将子像素点R、 G、 B中的灰度最大值作为该像素点的亮度值， 然后根据像素点的亮度值大小将其分为三类，并采用不同的亮度值映射关系对这些像素点进 行补偿。第一类像素点的亮度值在0 g2范围内，由于这类像素点的亮度值较小，进行亮度补 偿后不会超过亮度值的表示范围，对于这类像素点可以用较大的系数进行补偿；第二类像素 点的亮度值在g2 g!范围内，这类像素点的亮度值偏大，补偿后容易造成图像失真，对于这类 像素点必须用较小的系数进行亮度补偿；第三类像素点的亮度值在g广255范围内，这类像素
点在亮度补偿后会发生亮度值溢出，需要对其进行裁剪，此时图像亮处的部分细节会丢失， 所以如果图像亮处的细节比较多时，需要保证补偿后被裁剪掉的像素点比较少。根据以上描 述本发明采用的亮度补偿函数如公式(3)所示，补偿函数的亮度值映射关系如图1所示。当 gl=200、 g2=100时的亮度值映射关系为曲线31，当g产255、 g2=255时的亮度值映射关系为曲 线32，当g产255、 gfO时的亮度值映射关系为曲线33。
255
2 255 1 255 g2
一x — x〃,。c。, "x — xg2 ,当子<//,,
3 & 255
255
3 &
sg2
(3)
,当& <AOOT' "i ,当gi </"/咖,
(3)式中g2和gi需要根据原始图像的亮度分布情况和补偿后的图像失真度来确定，W。cal
是像素点附近n个像素点的加权亮度均值，如公式(4)所示，Wi是像素点的权值，M为权值之 和。
(4)
由于人眼对局部对比度特别敏感，所以本发明采用了韦伯定理对图像局部对比度进行增 强。首先计算当前像素点周围像素点的亮度均值Lm,然后计算当前像素点亮度值Lp基于Lm 的变化量AL，可得W=AL/min(Lm, Lp)，最后通过对W进行放大来增强图像局部对比度。
根据以上韦伯定理，本发明通过公式(3)和公式(4)计算得到m。^和叫ench之后，使用公式
(5)计算补偿后像素点的亮度值，公式(5)中的Z为原图像像素点的亮度值，^。』和(Z,。cal)
相当于图2中的L和AL，为了保证对比度不变，当L变大时，AL也会相应增加。b2为上一 帧图像的背光控制信号。
z' = (1 / 62) x Otoc。, / //Ae c;i) x (z - //,。t",) + //,
(5)本发明根据图像的亮度值分布直方图将图像分为三种类型。I型图像中像素点分布偏向 两端，中间亮度值的像素点较少。由于对亮度为0和255附近的像素点进行亮度补偿时，整 幅图像的亮度几乎不会升高，例如亮度为0或255时，即使补偿系数趋于无穷，补偿后的亮 度仍为0或255，所以对这类图像不能进行亮度补偿。II型图像中像素点分布偏暗，在亮处 的像素点分布较少，所以图像在亮处的细节较少，可以选择偏小的g" III型图像中像素点分 布偏亮，在暗处像素点分布较少，所以图像在亮处的细节比较多，需要选择偏大的g!。所以 本发明对于I型图像不进行亮度补偿，而对于II型和III型图像釆用公式(3)、公式(4)和公式(5) 进行亮度补偿和对比度增强。
本发明采用公式(6)计算图像的失真度D， D的取值范围为-l l,当图像没有失真时，D的 值为l。
D=n~~2、 — 、-卜v， (6)
(6)式中x、 y分别表示原图和补偿后图像的像素点亮度值，3f和歹分别表示原图和补偿后 图像的像素点亮度均值，其计算公式如(7)式所示。&2和0/分别表示原图和补偿后图像的像 素点亮度值的均方差，其计算公式如(8)式所示。 y表示原图和补偿后图像的像素点亮度值的 协方差，其计算公式如(9)式所示。公式(7)、公式(8)和公式(9)式的N表示图像像素点的总数。
1 w 1 w
cr=-xyY;c,.-巧2 , (T， =-xy(乂—刃2 (8)
iiV-l台' yW —1台、力 " 、,
1 w— —
°^ = ;^ti x Z " -幻(乂 -刃
(9)
图4是g产255时，图像失真度D和g2之间的关系曲线。由图2可知，对于像素点的亮 度分布偏向两端，即上述I型图像(对应图4中01a)， D和g2之间的曲线斜率的绝对值较小 (对应图4中01b)。对于图像像素点的亮度分布偏暗，即上述II型图像(对应图4中02a)， D和g2之间的曲线斜率的绝对值较大(对应图4中02b)，且g^255时失真度D最小。对于 图像像素点的亮度分布偏亮，即上述III型图像(对应图4中03a)， D和g2之间的曲线斜率的 绝对值偏大(对应图4中03b)，且当g2=255时失真度D比Ola和02a所示图像都大。所以 本发明中，采用g尸255时补偿后图像失真度D和g2之间的曲线斜率大小来区分出I型图像， 采用gl=255， g2=255时的失真度D大小来区分II型和III型图像。
综上所述，本方法首先判断图像的类型，然后根据图像类型和预先设定的图像失真度阈值，确定亮度值映射关系中的参数gi和g2，具体流程如图5所示。图像分类时，首先计算参
数g尸255、 g2=255时，图像补偿后的失真度D1，如步骤S701所示，以及参数g「255、 g2=150 时，图像补偿后的失真度D2，如步骤S702所示。然后计算斜率K气D1-D2)/105，如步骤S703
所示。最后比较K和Kth (区分i型图像和n、 m型图像的阈值)判断图像是否是I型图像，
若K〈Kth，图像属于I型图像，否则不属于I型图像。当图像不属于I型图像时，还需比较
di和Dth (区分n型图像和ni型图像的阈值)以判断图像是n型还是ni型图像，若Di〉Dth， 则图像属于n型图像，否则属于ni型图像。
本方法对于I型图像不进行亮度补偿，所以如果图像属于I型图像，则参数g尸255、g产0，
如步骤S706所示。对n型和iii型图像，本方法需要在亮度补偿前采用迭代的方法确定参数 gj和g2。如果图像属于n型图像，在确定gl时可采用较大步长值G2，否则采用较小步长值
Gl。迭代过程如下所述首先令参数g尸255、 g2=255、步长X尸G1(或G2)，如步骤S704和 S705所示。然后重复计算g尸g广、，gfg2-、时，图像补偿后的失真度D2，如步骤S707所示， 直到D2〈预先设定的图像失真度阈值Dis，最后重复计算gfg2-X2时，图像补偿后的失真度 D3，如步骤S708所示，直到D3〉Dis时结束。
在单片集成TFT-LCD驱动芯片中，由数据输入接口81、数据输出接口82、时序控制模 块83、图像处理模块84、数据处理模块85以及内置GRAM86构成。其中，数据输入接口 81主要负责接收系统传来的图像显示数据，并送给后续电路进行数据处理和存储；数据输出 接口 82由Gate Driver和Soruce Driver组成，主要负责将存储在GRAM中的图像数据逐行取 出，并转换成模拟信号后驱动TFT-LCD显示彩色图像；图像处理模块84负责使用本发明所 述的背光动态调节技术对接收到的RGB原始数据进行处理，并将处理后的数据传给后续模 块，同时输出背光控制信号控制背光光源降低亮度。数据处理模块85主要完成一些数据格式 的调整等功能，然后将数据保存在图像存储器GRAM中；时序控制模块83用来生成芯片内 部所需时序信号，协调所有模块正常工作。
图像处理模块84包括一组图像数据寄存器91、 一组参数寄存器92、 一个控制器93、 一
个图像增强器94、 一个失真度检测器95、以及一个多路选择器96。图像数据寄存器91用来
缓存前级电路传来的图像数据，以便图像增强器94对数据进行处理。图像增强器94采用上
述公式(3)和公式(4)对图像亮度进行补偿，采用公式(5)对图像的局部对比度进行增强。失真度
检测器95釆用上述公式(6)对图像增强器94处理后的图像数据进行失真度检测。控制器93
负责配置参数寄存器，并控制多路选择器96在原图像数据和图像增强器94处理后的图像数
据中选择一个输出。参数寄存器92包括gl寄存器、g2寄存器、pl寄存器、p2寄存器、k寄
存器、d寄存器、Kth寄存器、Dth寄存器以及b寄存器。g,和g2寄存器分别保存上述参数^
9和g2的值；pl寄存器用来保存g产255、 g2=255时失真度检测器95输出的失真度值；p2寄存 器用来保存g产255、 g2=150时失真度检测器95输出的失真度值；k寄存器用来保存gl=255 时，g2和补偿后图像失真度D的关系曲线的斜率值，即(pl-p2)/105; d寄存器保存当前图像 使用相应的亮度值映射关系补偿后，失真度检测器95输出的失真度值；Kth寄存器保存用户 设定的区分I型图像的阈值；Dth寄存器保存用户设定的区分II型和III型图像的阈值；b寄存 器用来保存需要输出的背光控制信号一背光因子的值。
在步骤S1002中，控制器93需要在当前帧图像数据开始传输之前按如下配置设置寄存器 的值g尸255， g2=255， pl=0， p2=0， d=l， Kth=Cl (用户可配的阈值，区分I型图像的阈值)， Dth=C2 (用户可配的阈值，区分II型和III型图像的阈值)，b=l。在当前帧图像数据传输结束 后，失真度检测器95会输出按当前配置处理后的图像失真度D2，然后进入下一步骤。在步 骤S1003中，控制器93需要在当前帧图像数据开始传输之前按如下配置修改寄存器g2、 pl 和p2的值g2=150， pl=D2， p2=D2。在当前帧图像数据传输结束后，失真度检测器95会输 出按当前方案处理后的图像失真度D3，然后进入下一步骤。在步骤S904中，控制器93需要 在当前帧图像数据开始传输之前按如下配置修改寄存器p2的值p2=D3。在当前帧图像数据 传输结束后，失真度检测器95会输出按当前方案处理后的图像失真度D4，此时若寄存器 k<Kth，则进入步骤S1007，否则进入下一步骤。在步骤S1005中，控制器93需要在当前帧 图像数据开始传输之前按如下配置修改寄存器gi和g2的值g尸grA4， g2=g2-、。、是根据寄 存器pl的值选择的步长，即当p^Dth时选择较小的步长C3，否则选择较大的步长C4。在当 前帧图像数据传输结束后，失真度检测器95会输出按当前方案处理后的图像失真度D5，此 时若失真度D5〉Dth，则继续执行步骤S1005。否则进入下一步骤。在步骤S1006中，控制器 93需要在当前帧图像数据开始传输之前按如下配置修改寄存器g2的值g2=g2-X2, ^为g2每 次减小的步长。在当前帧图像数据传输结束后，失真度检测器95会输出按当前方案处理后的 图像失真度D6，此时若失真度D6<Dth，则继续执行步骤S1006。否则进入下一步骤。在步骤 S1007中，控制器93需要在当前帧图像数据开始传输之前按如下配置修改寄存器d和b的值: d=D6， b=3f/^。在当前帧图像数据传输结束后，失真度检测器95会输出按当前方案处理后 的图像失真度D7，此时若失真度ID7-dl0.05，则继续执行步骤S1007,否则执行步骤S1002。 在图像数据传输过程中，若寄存器b〈1且]OKth时，多路选择器96输出图像增强器94处理 后的图像数据，否则输出原图像数据。
10
权利要求
1、一种TFT-LCD背光动态调节方法，其特征在于包括以下步骤(a)计算参数g1＝255，g2＝255时图像补偿后的失真度D1，以及参数g1＝255、g2＝150时图像补偿后的失真度D2，然后通过公式K＝(D2-D1)/105得到斜率K；g1和g2是图像补偿时确定亮度值映射关系的两个亮度参数，且g1≥g2；(b)比较K和Kth，进而判断图像是否是I型图像，若K＜Kth，图像属于I型图像，否则不属于I型图像；当图像不属于I型图像时，比较D1和Dth，判断图像是II型还是III型图像，若D1＞Dth，则图像属于II型图像，否则属于III型图像；Kth是区分I型图像和II、III型图像的阈值，Dth是区分II型图像和III型图像的阈值；(c)根据图像类型和图像失真度阈值，确定参数g1和g2，从而确定亮度值映射关系，并据此求出图像补偿后的亮度数据和相应的背光控制信号b1；原图像如果属于I型图像，则选取参数g1＝255、g2＝0；否则采用迭代的方法确定参数g1和g2，其中如果原图像属于II型图像，则迭代过程中采用较大步长值G2来确定g1，否则采用较小步长值G1来确定g1；迭代过程如下，首先令参数g1＝255、g2＝255、步长λ1＝G1或G2；然后重复计算g1＝g1-λ1，g2＝g2-λ1时图像补偿后的失真度D2，直到D2小于预先设定的图像失真度阈值Dis，此时g1的值就被确定；重复计算g2＝g2-λ2时图像补偿后的失真度D3，直到D3大于Dis时结束，此时g2的值就被确定。
2、 根据权利要求1所述的TFT-LCD背光动态调节方法，其特征在于所述背光控制信 号bl通过(l)式求得式中5是原图像一帧像素的亮度均值，F是补偿后图像一帧像素的亮度均值，如公式(2) 所示；
3、根据权利要求1所述的TFT-LCD背光动态调节方法，其特征在于所述亮度值映射 关系，由公式(3)计算像素点附近n个像素点补偿后的亮度均值pbench;<formula>formula see original document page 2</formula>式中W。ca!是补偿前像素点附近n个像素点的加权亮度均值，如公式(4)所示，Wi是像素点 的权值，M为权值之和A。C^:xl](w, xz,) (4)根据像素点附近n个像素点补偿后的亮度均值叫ench，通过(5)式求得各像素点的亮度 值z';z' = (1 / 62) x d, ///Ae c/!) x (z - ///oc。,) + //te c/! (5) 式中b2为上一帧图像的背光控制信号。
全文摘要
本发明公开了一种TFT-LCD背光动态调节方法，该方法首先根据图像像素点的亮度值分布情况，将图像分为三类对于I型图像不改变背光源亮度，对于II型图像和III型图像，需要首先通过迭代的方法确定图像的亮度值映射关系，然后采用该亮度值映射关系对图像进行亮度补偿和局部对比度增强，最后输出处理后的图像数据和相应的背光控制信号，进而控制背光源降低背光亮度，以达到降低TFT-LCD显示模组功耗的目的。
文档编号G09G3/36GK101667406SQ20091002359
公开日2010年3月10日 申请日期2009年8月14日 优先权日2009年8月14日
发明者凯 孙, 博 李, 涛 袁, 峰 韩, 魏廷存 申请人:西安龙腾微电子科技发展有限公司