专利名称：对比调变装置及对比调变方法
技术领域：
本发明涉及影像显示系统(image display system)，尤其涉及一种对比调变 (contrast control)装置及对比调变方法。
背景技术：
图1为传统影像显示系统的一架构图。请参考图1，一影像显示系统100包含一显示控制单元102、一平均亮度(average brightness)检测单元104、一峰值(peak)检测单元 106、一液晶显示(liquid crystal display)装置 108、一背光源控制(backlight control) 单元 112 及一背光源(backlight) 110。显示控制单元102对一输入影像(如一图框(frame)或图场(field))的影像信号PIC进行控制处理后，产生一输出信号DRV以传送至液晶显示装置108。平均亮度检测单元104及峰值检测单元106是分别检测该输入影像的平均亮度值AVE及亮度峰值PEK，而背光源控制单元112再根据平均亮度值AVE及亮度峰值PEK，以调整控制信号CTL，进而控制背光源110的亮度。在此，背光源110是当作一光源(light source)，以提供该液晶显示装置108显示时所须的亮度。上述传统方法中仅通过调整背光源亮度来降低功率消耗(power consumption), 故观众有时会感觉到影像失真。为解决上述问题，因此提出本发明。
发明内容
本发明的目的之一，在于提供一种对比调变装置，以解决已知技术中的问题。根据本发明的一实施例，提供一种对比调变装置，包含一检测单元，根据一目前影像，进行像素的平均值计算及最大值检测，以产生一平均值及一最大值；一判断单元，根据该平均值，产生一增益索引及一亮度索引；一背光源控制单元，根据该亮度索引，产生一背光源控制信号；一增益产生单元，连接该检测单元，根据该增益索引、该平均值及该最大值，产生一第一对比增益值及一软性箝位(clamping，嵌位)增益值，再根据该目前影像的一输入像素值，选择该第一对比增益值及该软性箝位增益值的一输出当作一第二对比增益值；以及，一对比增益处理器，根据该第二对比增益值及该输入像素值，产生一输出像素值。根据本发明的一实施例，另披露一种对比调变方法，是适用于一影像显示系统，该方法包含以下步骤根据一目前影像，进行像素的平均值计算及最大值检测，以得到一平均值及一最大值；根据该平均值，决定一增益索引及一亮度索引；根据该亮度索引，产生一背光源控制信号；根据该增益索引、该平均值及该最大值，得到一第一对比增益值及一软性箝位增益值；根据该目前影像的一输入像素值，选择该第一对比增益值及该软性箝位增益值的一当作一第二对比增益值；以及，根据该第二对比增益值及该输入像素值，得到一输出像素值。
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图1为传统影像显示系统的一架构图。图2显示本发明对比调变装置的一实施例的架构方框图。图3显示输出像素值P在高亮度区或高色度区呈现饱和现象。图4显示本发明对比调变装置的另一实施例的架构方框图。图5显示本发明软性箝位机制。图6显示本发明适应性箝位增益调整机制。图7为本发明对比调变方法的流程图。主要元件符号说明100影像显示系统102显示控制单元104平均亮度检测单元106峰值检测单元108液晶显示装置110背光源112背光源控制单元200、400对比调变装置202平均值与最大值检测单元204增益判断单元208亮度判断单元210增益映射单元212背光源控制216对比增益处理器218液晶显示装置406步进变化判断单元416饱和补偿单元
具体实施例方式以下的说明将举出本发明的多个优选的示范实施例。熟悉本领域者应可理解，本发明可采用各种可能的方式实施，并不限于下列示范的实施例或实施例中的特征。另外，众所知悉的细节不再重复显示或赘述，以避免模糊本发明的重点。为了降低功率消耗，本发明在降低背光源(backlight source)亮度的同时，也补偿对比增益(contrast gain)或增加画面亮度，使观众不会感觉到画面失真，而仍享受相同影像品质。由于背光源的功率消耗占了整体影像显示装置的功率消耗的主要部分，故本发明可大幅减少系统的功率消耗。图2显示根据本发明的对比调变装置的一实施例的架构方框图。参考图2，本发明对比调变装置200，是应用于一影像显示系统(图未示)，包含一平均值与最大值检测单元 202、一增益(gain)判断单元204、一亮度判断单元208、一增益映射(gain mapping)单元 210、一背光源控制(kicklight source control)单元212及一对比增益处理器216。平均值与最大值检测单元202接收一张输入影像(如一图框或图场)后，根据该
5输入影像中的像素(Pixel)I的亮度(Iuma)或/及色度(chroma)，计算一平均值AVE及一最大值PEK。增益判断单元204再根据平均值AVE产生一相对应的增益索引(gain index) GI，而亮度判断单元208则根据平均值AVE，产生一相对应的亮度索引(brightness index) Bi。背光源控制单元212再根据亮度索引Bi，产生一控制信号CTL至一背光源(位于液晶显示装置218内部，图未示)。优选地，背光源控制单元212根据亮度索引Bi，调降一脉冲宽度调变(PWM)信号的工作周期(duty cycle)，来减少该背光源亮度。而本技术领域者由该PWM信号的工作周期，即可计算出背光源的功耗大小。另一方面，增益映射单元210根据增益索引GI产生一相对应的对比增益值CG (即图3中的斜率g，且g > 1)，而对比增益处理器216再根据输入像素值I (例如亮度或色度)及对比增益值CG，产生输出像素值P。本实施例中，对比增益处理器216以一乘法器 (multiplier)实施，但本发明不以此为限。乘法器216将输入像素值I (例如亮度或色度) 乘以上述对比增益值CG后，产生输出像素值P。本实施例的对比调变装置会根据不同的平均值AVE，产生相对应的亮度索引BI来调降背光源亮度，同时增益判断单元204也产生相对应的增益索引GI来加强画面亮度，以达到降低功率消耗的功效，同时，使观众并不会感觉到最后呈现的画面品质有落差。基于硬件成本考虑，系统通常仅提供有限组数的AVE-PEK-GI-BI参数(例如20组参数)。然而，输入像素值I经过乘法器216处理后，产生的输出像素值P可能大于一临界值而饱和于高亮度区(或高色度区)。以8位像素的亮度值为例，输入像素值I经过乘法器 216处理后，产生的输出像素值P可能会大于255而使得高亮度区皆饱和于255。如图3所示，当对比增益值CG等于g(即斜率=g，且g > 1)时，对应于输入像素值Max/g至Max的输出像素值P均呈现饱和现象(即输出像素值P均等于Max)，而产生输出像素值P无法区分的问题。有鉴于此，本发明另提供一实施例，说明如下。图4显示本发明对比调变装置的另一实施例的架构方框图。参考图4，本发明对比调变装置400，应用于一影像显示系统，除了包含对比调变装置200的所有元件之外，另包含一步进变化(st印change)判断单元406及一饱和补偿单元416。本发明提供的步进变化判断单元406适用于影像场景快速改变的应用。当显示的影像有频繁的场景变化时，因为亮度增益BI及对比增益GI也随着影像内容而频繁调整，故有时屏幕会产生闪烁(flicker)现象。步进变化判断单元406接收平均值与最大值检测单元202所产生的平均值AVE，根据目前影像AVE值及上一张影像AVE值之间的差距，产生一参考索引RI至增益判断单元204及亮度判断单元208。在此，须注意的是，一张影像一般只能调整背光源的亮度一次。当输入影像的场景有大改变时(例如根据目前影像AVE值及上一张影像AVE值之间的差距比较大时)，步进变化判断单元406并不会将参考索引RI — 次调到目标值，而是逐步(st印by st印)调整参考索引RI，使得亮度增益BI及对比增益 GI也进行逐步调整。例如，当输入影像的场景有大改变时，(1)可以连续多张影像、每张影像以小幅度方式调整RI，直到将参考索引RI调到目标值为止，或者，(2)可以每次间隔n(n 为正整数)张影像以较大幅度方式调整RI，直到将参考索引RI调到目标值为止。由于步进变化判断单元406是逐步调整背光源亮度，所以观众不会感觉到屏幕有闪烁现象。图4的饱和补偿单元416具有一软性箝位机制(soft-clamping mechanism)，用以降低高亮度区或高色度区的对比增益值CG。在本实施例中，最后的对比增益值CG’取决于平均值AVE且由饱和补偿单元416所箝制。图5显示本发明软性箝位机制。当输入像素值I大于N，对比增益值CG’被饱和补偿单元416箝制于k (即软性箝位增益SG = k，而且0 <k< 1)。据此，经过乘法器216处理后，在高亮度区或高色度区(输入像素值大于N)即可以分辨出不同的输出像素值P，且输出像素值P可维持线性(linearity)。在此请注意， 无论g值或k值的大小皆非固定，是取决于每一张输入影像的像素值I的平均值AVE。详而言之，利用平均值AVE先决定g值，若根据斜率g值及最大值PEK，饱和补偿单元416判断输出像素值P在高亮度区(或高色度区)会呈现饱和时(例如输入像素值I的最大值PEK大于Max/g)，高亮度区(或高色度区)再采用软性箝位增益SG，即饱和补偿单元416根据平均值AVE再决定一适当的k值。当然，斜率g及k确定后就能决定图5中N及M的位置。此外，饱和补偿单元416内建的软性箝位机制还包含一适应性箝位增益调整机制。饱和补偿单元416根据平均值AVE及最大值PEK，适应性地调整软性箝位增益SG。例如，当影像内容较明亮时(如阳光画面)，就进一步调整软性箝位增益值SG，以进一步加强高亮度区或色度区的影像对比。饱和补偿单元416是否进行适应性箝位增益调整的判断标准如下
If(PEK>THMax and AVE〉THave)
SG=mXk; else SG=k;图6显示本发明适应性箝位增益调整机制。当影像内容较明亮(即平均值AVE大于THave且最大值PEK大于THmJ时，根据该适应性箝位增益调整机制，饱和补偿单元416 将软性箝位增益SG调整为mXk(其中，0<m< l，m值也取决于平均值AVE或/及最大值 PEK的大小)，以进一步加强高亮度区或高色度区的影像对比。否则，饱和补偿单元416仍将软性箝位增益SG设为k。最后，根据一输入像素值I，饱和补偿单元416选择g值及软性箝位增益SG的其一输出当作对比增益值CG’。乘法器216再将该输入像素值I及对比增益值CG’相乘，以产生输出像素值P。请参考图6，一实施例中，当输入像素值I大于或等于h 时，饱和补偿单元416选择软性箝位增益SG当作对比增益值CG’ ；否则，饱和补偿单元416 选择g值当作对比增益值CG’。图7为本发明对比调变方法的流程图。请参考图7，本发明对比调变方法可应用于一影像显示系统，例如一液晶显示系统，但本发明不以此为限。以下详细说明本发明各步
马聚ο步骤S702 根据一输入影像中像素的亮度或色度，计算一平均值AVE及一最大值 PEK。步骤S704 根据平均值AVE，决定相对应的亮度索引BI及增益索引GI。如上所述，
根据平均值AVE，亮度判断单元208产生不同的亮度索引BI以调降不等的背光源亮度，同时增益判断单元204产生不等的增益索引GI以加强画面亮度，使观众享受相同画面品质又能节省功耗。附带一提的是，决定增益索引GI时，也可同时决定斜率g值。步骤S706 判断输出像素值P于高亮度区或高色度区是否会饱和。例如，饱和补偿单元416根据斜率g值及最大值PEK，即可判断输出像素值P于高亮度区或高色度区是否会饱和。若饱和，跳到步骤S708 ；否则，跳到步骤S714。步骤S708 判断平均值AVE是否大于THave，以及最大值PEK是否大于THMax。若同时符合，跳到步骤S712 ；否则，跳到步骤S710。步骤S710 根据平均值AVE，决定k值。同时，设定软性箝位增益SG = k，并跳到步骤S714。步骤S712 根据平均值AVE或/及最大值PEK，决定m及k值。同时，设定软性箝位增益 SG = mXk。其中，0<111，1^<1。步骤S714 根据亮度索引Bi，产生一控制信号CTL以调整一背光源亮度；同时，根据一输入像素值I，选择g值及软性箝位增益SG的其一输出当作对比增益值CG’。最后，再将该输入像素值I及对比增益值CG’相乘，以产生输出像素值P。以上虽以实施例说明本发明，但并不因此限定本发明的范围，只要不脱离本发明的要旨，本领域的技术人员可进行各种变形或变更。
权利要求
1.一种对比调变装置，其特征在于，包含一检测单元，用以根据一目前影像来进行像素的平均值计算及最大值检测，以产生一平均值及一最大值；一判断单元，用以根据所述平均值，来产生一增益索引及一亮度索引；一背光源控制单元，用以根据所述亮度索引，来产生一背光源控制信号；一增益产生单元，耦接所述检测单元，用以根据所述增益索引、所述平均值及所述最大值，产生一第一对比增益值及一软性箝位增益值，再根据所述目前影像的一输入像素值，选择所述第一对比增益值及所述软性箝位增益值之一输出当作一第二对比增益值；以及一对比增益处理器，根据所述第二对比增益值及所述输入像素值，产生一输出像素值。
2.根据权利要求1所述的对比调变装置，其特征在于，所述检测单元依据所述目前影像中像素的亮度值及色度值的至少其中之一，进行平均值计算及最大值检测，以产生所述平均值及所述最大值。
3.根据权利要求1所述的对比调变装置，其特征在于，所述增益产生单元包含一增益映射单元，根据所述增益索引，产生所述第一对比增益值，其中，所述第一对比增益值大于1;以及一饱和补偿单元，耦接所述增益映射单元，当所述平均值大于一第一临界值以及所述最大值大于一第二临界值时，所述饱和补偿单元设定所述软性箝位增益值等于mX k，否则， 设定所述软性箝位增益值等于k，并根据所述输入像素值，选择所述第一对比增益值及所述软性箝位增益值之一输出当作所述第二对比增益值，其中，0 < m，k < 1，且m值及k值取决于所述平均值及所述最大值的至少其中之一。
4.根据权利要求3所述的对比调变装置，其特征在于，当所述饱和补偿单元根据所述第一对比增益值及所述最大值，判断不会产生饱和现象时，选择所述第一对比增益值输出当作所述第二对比增益值。
5.根据权利要求1所述的对比调变装置，其特征在于，当所述增益产生单元根据所述第一对比增益值及所述最大值，判断不会产生饱和现象时，选择所述第一对比增益值输出当作所述第二对比增益值。
6.根据权利要求1所述的对比调变装置，其特征在于，所述判断单元包含一步进变化判断单元，连接所述检测单元，根据所述目前影像的平均值及上一张影像的平均值间的差距，逐步调整一参考索引；一增益判断单元，根据所述参考索引，产生所述增益索引；以及一亮度判断单元，根据所述参考索引，产生所述亮度索引。
7.根据权利要求1所述的对比调变装置，其特征在于，所述背光源控制信号为一脉冲宽度调变信号；其中，所述背光源控制单元根据所述亮度索引，调整所述脉冲宽度调变信号的工作周期。
8.根据权利要求1所述的对比调变装置，其特征在于，所述对比增益处理器利用一乘法器来实施。
9.一种对比调变方法，适用于一影像显示系统，其特征在于，包含根据一目前影像，进行像素的平均值计算及最大值检测，以得到一平均值及一最大值；根据所述平均值，决定一增益索引及一亮度索引； 根据所述亮度索引，产生一背光源控制信号；根据所述增益索引、所述平均值及所述最大值，得到一第一对比增益值及一软性箝位增益值；根据所述目前影像的一输入像素值，选择所述第一对比增益值及所述软性箝位增益值之一当作一第二对比增益值；以及根据所述第二对比增益值及所述输入像素值，得到一输出像素值。
10.根据权利要求9所述的对比调变方法，其特征在于，决定所述增益索引及所述亮度索引步骤包含根据所述目前影像的平均值及上一张影像的平均值间的差距，逐步调整一参考索引；以及根据所述参考索引，产生所述增益索引及所述亮度索引。
11.根据权利要求9所述的对比调变方法，其特征在于，得到所述第一对比增益值及所述软性箝位增益值步骤包含根据所述增益索引，决定所述第一对比增益值，其中，所述第一对比增益值大于1 ； 根据所述第一对比增益值及所述最大值，判断所述输出像素值是否会饱和； 以及当所述输出像素值会饱和且所述平均值大于一第一临界值及所述最大值大于一第二临界值时，设定所述软性箝位增益值等于mX k，否则，设定所述软性箝位增益值等于k ； 其中，0 < m，k < 1且m值及k值均取决于所述平均值及所述最大值的至少其中之一。
12.根据权利要求9所述的对比调变方法，其特征在于，所述检测步骤中依据所述目前影像中像素的亮度值及色度值的至少其中之一，进行平均值计算及最大值检测，以产生所述平均值及所述最大值。
13.根据权利要求9所述的对比调变方法，其特征在于，所述背光源控制信号为一脉冲宽度调变信号；其中，产生所述背光源控制信号步骤中根据所述亮度索引，调整所述脉冲宽度调变信号的工作周期。
14.根据权利要求9所述的对比调变方法，其特征在于，得到所述输出像素值步骤中， 将所述第二对比增益值及所述输入像素值相乘，以产生所述输出像素值。
全文摘要
本发明提供一种对比调变装置及对比调变方法，该装置包含一检测单元、一判断单元、一背光源控制单元、一增益产生单元以及一对比增益处理器。检测单元根据一目前影像，进行像素的平均值计算及最大值侦测，以产生一平均值及一最大值。判断单元是根据该平均值，产生一增益索引及一亮度索引。背光源控制单元根据该亮度索引，产生一背光源控制信号。增益产生单元，连接该检测单元，根据该增益索引、该平均值及该最大值，产生一第一对比增益值及一软性箝位增益值，再根据该目前影像之一输入像素值，选择该第一对比增益值及该软性箝位增益值之一输出当作一第二对比增益值。以及，对比增益处理器，根据该第二对比增益值及该输入像素值，产生一输出像素值。
文档编号H04N5/14GK102376264SQ20111019030
公开日2012年3月14日 申请日期2011年7月7日 优先权日2010年7月9日
发明者吴柏洋, 徐诗雨, 李玉忠, 黄培诚 申请人:瑞昱半导体股份有限公司