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既增強(qiáng)TV性能又節(jié)省功耗的LCD自適應(yīng)背光控制

作者: 時間:2009-02-18 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

采用LED光源的高級技術(shù)配合分段則可以創(chuàng)造一種鮮活生動的視覺感受,同時大大降低 機(jī)的,降低程度可高達(dá)80%。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/169551.htm

采用LED的固態(tài)應(yīng)用于 時存在許多獨(dú)特的優(yōu)點。與當(dāng)前市場上大屏幕控制中主要使用的冷陰極熒光燈(CCFL)和熱陰極熒光燈(HCFL)相比,LED的能效高得多。


實際上LED的光學(xué)效率目前與CCFL相當(dāng),其高能效并非是其光學(xué)效率(流明每瓦)的自然結(jié)果,而是由于其明暗程度可以更靈活高效地控制,以滿足圖像亮度的要求。采用一組可尋址的LED陣列進(jìn)行二維背光亮度控制所創(chuàng)造的視覺效果更加生動,對比度更強(qiáng),色域更廣,色彩飽和度也更好。


過去幾年,CCFL和HCFL背光控制中采用了多種亮度控制技術(shù)。例如,有時為了滿足圖像亮度的要求,整個背光都被調(diào)暗,這采用的是一種叫做0維調(diào)光(dimming)的技術(shù)。如果調(diào)光是沿著一條單軸進(jìn)行的(例如通過控制一根HCFL熒光燈的亮度或同時控制一組CCFL熒光燈的亮度),就叫做一維調(diào)光。


隨著最近LED成本的降低和的提高,利用LED進(jìn)行背光控制的可行性越來越高,因而該技術(shù)可能成為一種新型的更高效的背光亮度控制技術(shù)。而LED能夠輕松布置成為一個二維陣列并實現(xiàn)每個陣列單元的單獨(dú)控制這一事實又讓二維(水平和垂直方向)調(diào)光成為可能,這在過去采用傳統(tǒng)CCFL或HCFL熒光燈時是不可能實現(xiàn)的。二維調(diào)光能在顯示圖片的亮區(qū)域背后局部地產(chǎn)生更多的光,而在暗區(qū)域產(chǎn)生較少的光。


實際上,一個10x18的高效白色LED陣列就足以局部優(yōu)化一般圖像內(nèi)容的背光亮度,使圖像對比度更佳,并大大降低背光的平均。這種基于圖像內(nèi)容的背光輸出局部控制在典型的圖像內(nèi)容上平均能大約50%的。

從白背光到RGB背光


如果不用白色LED,而用RGB三色LED,那么二維LED背光控制的優(yōu)勢更大。通過控制RGB中紅、綠、藍(lán)LED的亮度,可實現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)寬于傳統(tǒng)背光LCD面板的色域。因此,RGB的背光能產(chǎn)生更亮、更深、飽和度更高的色彩。


于是,我們可以通過智能飽和度控制將視頻內(nèi)容(RGB)的色彩空間映射到LED背光的色彩空間。此類映射算法不應(yīng)改變圖像中的白色、膚色和柔和色,但卻能將飽和色擴(kuò)展到只有LED才能實現(xiàn)的鮮亮程度。


將RGB按二維陣列的方式排放并在單色基礎(chǔ)上對其進(jìn)行單獨(dú)控制(即二維彩色明暗控制)不但能降低功耗,還能改善色域和對比度。這是因為獨(dú)立的背光分段只需產(chǎn)生能被其前方的LCD像素發(fā)射的可見光譜部分,見圖1。

圖1:2維彩色。

傳統(tǒng)白背光是利用一個固定的白色點來產(chǎn)生可見光譜,但很大一部分能量都無法通過LCD發(fā)射出去,而變成熱能消耗在LCD面板的濾色器中?;趫D像內(nèi)容進(jìn)行背光輸出的局部色彩控制用于典型TV圖像內(nèi)容時則能大約80%的功耗。

背光的復(fù)雜性


盡管優(yōu)點很多,但背光明暗控制的復(fù)雜性也不可小覷。這是因為它引入了兩種不同的圖像亮度調(diào)節(jié)方式。


為了顯示夜景等低亮度圖像,我們可以利用LCD的像素來阻礙更多背光的輸出,或者也可以直接將背光調(diào)暗。從空間和時間對比度以及色域角度獲得最優(yōu)化的屏幕前端,再加上最優(yōu)化的背光功耗,這些都是通過獲取像素驅(qū)動信號來補(bǔ)償背光流明的降低而實現(xiàn)的。


因此,自背光亮度控制需要對視頻流進(jìn)行大量圖像處理,以分析圖像內(nèi)容。然后,還要將所需的信息與背光的特性巧妙地組合起來,這樣才能產(chǎn)生最佳的背光和像素驅(qū)動信號。


這其中存在的挑戰(zhàn)就在于如何將極低的空間分辨率(通常只有10x18個區(qū)段)與LCD面板的極高分辨率(對高清TV而言可高達(dá)1920x1080像素)匹配起來。


相鄰背光區(qū)段之間光學(xué)干擾的存在讓情況變得更加復(fù)雜,這是因為每一個背光區(qū)段發(fā)出的光都會漏到其鄰近的區(qū)段中去。


怎樣求得平衡


要確定最佳的背光水平,必需對圖像像素的R、G、B值分別進(jìn)行統(tǒng)計分析,這樣才能為相應(yīng)的背光分段確定合適的驅(qū)動電平。


如果所有像素電平都是高電平,將與歸一化背光電平上的背光相匹配。當(dāng)RGB像素值為低電平時,就應(yīng)將背光電平調(diào)暗,以減少通過顯示面板漏出的光。同時,還要增大用于LCD像素的RGB增益,以保證圖像亮度滿足要求。


這樣一來,對比度(尤其是用于黑電平的對比度)會得到改善,但會對亮像素產(chǎn)生削幅。因此,自背光算法需要找到一種最佳的折衷。紅、綠、藍(lán)的增益也需要調(diào)整,以補(bǔ)償LCD面板濾色器中輸出的不斷變化的混合RGB背光亮度。

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