面向LCD-TV系统的自适应调光和自适应背光增强技术

4. 1D和2D色度色彩干扰的补偿

因为存在光学色度色彩干扰，各段之间的交互作用对各段调光和增强的整体性能有重要的影响。色度色彩干扰限制了有效的空间背光调节，即使为此进行了补偿。这种补偿永远不可能是完美的，并且补偿质量很大程度上取决于光源的特性。

一个重要的方面就是有可能把光源驱动到高于标称的级别之上(增强)，这种方式缺乏光线，因为要对邻近的段调光，因此，要采取补偿措施。如果不采取增强措施，那么，有效的色度色彩干扰补偿可能是唯一的办法，如果所有周围的各段的需要的级别被调光的话。此外，如果不可能采取有效的色度色彩干扰补偿措施，调光就要被局限在接近不被调光段的附近的各段，其中，采用如图2所示的光线级别调节限制器。

图2：1D光线调节限制器的例子。

该限制器降低了过冲，或对色度色彩干扰补偿的光源控制级别进行了剪辑和/或为增强算法保持增强空间。

色度色彩干扰补偿措施确保补偿了在一段中间的预测光线级别以及所要求的光线级别之间的误差。因此，对背光曲线的空间调节被放大。简单的线性误差补偿将导致在明亮的各段边界上缺乏光线，如图3所示。采取不对称补偿措施可以避免这一点。

5. 自适应背光增强

为了改善LCD电视系统的亮度和对比度，可以采用自适应背光增强技术。通过把视频数据放大(采用自适应对比度增强器)，背光亮度也可以被增强，以便图像的亮度被增加得甚至更多。然而，存在一些应该被满足的约束条件。背光控制应该适合给定的温度和功率预算。

增强只能存在于跟自适应调光的组合之中，因为它要求一个由背光调光引入的功率裕量和温度预算。通过改变最初的调光策略，可以暂时或在空间上增强图像的感觉对比度。

5.1 0D增强

经过一段时间的调光之后，容许进行一段时间的增强。因此，不可能长时间地增强静止图像，主要是因为存在温度限制。

因为随着时间的推移，视频增益和衰减因子会发生变化，亮度将在较大的范围内调节，以提供较大的短暂对比度。在平均图像数据上，利用调光和增强技术可以把功耗降低20%以上，而不产生可见的、图像被认为处理的痕迹。

5.2 1D增强

本质上，功率增强是对所有各段光源的亮度级别进行自适应调节，尽管视频增益未被减少。功率增益每一帧均被刷新，并且正比于背光的标称功率(未调光)以及调光级别所要求的功率。只有通过1D调光算法可能节省下来的功率，才被用于增强面板的光输出。因此，每一帧时间的平均功率低于或等于标称功耗。因此，对于静止图像来说，增强也是可能的。

数字实例：如果5个背光灯调光20%，另5个背光灯调光80%，它们节省的功率均为标称功率的50%。因此，所有的灯均可以2的倍数进行增强，这样，5只灯将以40%的增强而工作，另5只灯以160%的增强进行工作。

实际功率增益受限于最大容许的功率增益。该增益是一段的最大容许亮度级别除以最高(经补偿的色度亮度干扰)调光亮度级别以及一个由用户控制的最大值，因为没有必要把夜间的场景转换为昼间的场景。

空间功率增强可以更短暂的0D增强器结合起来。

随着时间和空间的变化，视频增益以及背光衰减因子将发生变化，要在较大的范围内调节亮度，以提供较大的短暂空间对比度，因为非常明亮和非常暗的物体之间的亮度差会增加。在平均的图像数据上，利用调光和增强，可以把功耗降低25%以上，而不出现可见的、图像被人为处理的痕迹。

5.3 2D色彩增强

要重申的是，2D和1D的基本概念是一样的。然而，LED背光的增强性能实际上受限于每一LED的功率限制，而不是背光的总功耗。因此，为增强色度色彩干扰补偿的过冲而保持的增强开销，应该由图4中讨论的空间调节限制器进行约束。

随着灯泡各段越来越小，背光亮度可以在较大的范围内调节，从而提供甚至更为短暂和空间的对比度。在平均图像数据上，利用背光调光和增强，可以省电多达50%，而看不到可见的、图像被人为处理的痕迹。

6. 系统要求

这种对增强算法的设置对所使用的灯泡提出了一些额外、特殊的要求。这些灯泡必须具有更为合适的工作范围，其中，0D可寻址背光为30%到150%，1D背光为10%到200%，2D背光为0到300%。

6.1 传统的CCFL/EEFL背光

传统的CCFL和EEFL背光能够既支持一些级别的扫描背光，也支持一些级别的背光调光，因为它们具有有限的调光范围且没有快速的开关特性。

利用传统的CCFL以及EEFL，32英寸的LCD面板需要大约16只灯管，以提供600 Cd/m2的屏幕正面光输出。在典型情况下，灯管亮度可以被调低到30%，但是，几乎不支持背光增强，因为它们无法在超过其正常电流设置的条件下被驱动。

6.2 HCFL背光

飞利浦的Lighting Aptura HCFL满足所有的要求。它能够支持对扫描、1D调光以及背光增强的组合。HCFL能够创建比传统的CCFL灯强的亮度五倍以上的光线。利用这些灯，传统的32寸LCD背光仅仅需要8只灯泡，并且仍然能够提供600 Cd/m2的屏幕正面光输出。

6.3 LED背光

NXP的低功耗LED是支持2D色彩背光调光的理想器件，因为它们以高清晰度提供小的片段。

利用现有的LED技术，成本依然高昂，但是，随着技术的进步，这些器件的成本下降非常快。遗憾的是，如果LED的数量被限制在正常光输出所需要的最低数量(成本)上，那么，就无法用更高的功率驱动LED以支持真实的增强。

6.4 显示器的处理要求

为了支持自适应调光和增强背光的功能，需要进行一些处理。因为这些算法自适应调节视频输入，因此，要对视频数据进行分析。该分析结果要求作为显示器处理算法的输入。调光算法也需要进行视频处理，因为背光调光需要针对所具有的视频增益进行补偿。

最有成本经济性的解决方案是把这些功能集成到TCON芯片-它是视频路径上已经存在的元器件-之中，仔细设计显示驱动器的接口，并为增强运动画像而进行过渡驱动处理。

6.5 显示器伴随芯片

然而，为了使这些功能被显示器模块制造商及时地采用，一种可选方案就是定义显示器伴随芯片。这种芯片使大量针对特殊显示和背光要求的功能成为可能。它也可以被用于现有TCON芯片的前端。因此，它能够被无缝地集成到现有的产品之中，并与专有IP或特殊的LCD面板特性结合起来。因此，不需要重新设计现有的TCON器件。

NXP目前正在开发这种器件，以便为所有的显示器模块制造商以及LCD电视机制造商提供自适应背光解决方案。