既增強TV性能又節省功耗的LCD自適應背光控制

采用LED光源的高級背光控制技術(shù)配合分段控制則可以創(chuàng )造一種鮮活生動(dòng)的視覺(jué)感受，同時(shí)大大降低LCD TV機的功耗，降低程度可高達80%。

采用LED的固態(tài)背光控制應用于LCD TV時(shí)存在許多獨特的優(yōu)點(diǎn)。與當前市場(chǎng)上大屏幕LCD背光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(shí)際上LED的光學(xué)效率目前與CCFL相當，其高能效并非是其光學(xué)效率(流明每瓦)的自然結果，而是由于其明暗程度可以更靈活高效地控制，以滿(mǎn)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(jué)效果更加生動(dòng)，對比度更強，色域更廣，色彩飽和度也更好。

過(guò)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(shí)為了滿(mǎn)足圖像亮度的要求，整個(gè)背光都被調暗，這采用的是一種叫做0維調光(dimming)的技術(shù)。如果調光是沿著(zhù)一條單軸進(jìn)行的(例如通過(guò)控制一根HCFL熒光燈的亮度或同時(shí)控制一組CCFL熒光燈的亮度)，就叫做一維調光。

隨著(zhù)最近LED成本的降低和性能的提高，利用LED進(jìn)行背光控制的可行性越來(lái)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(gè)二維陣列并實(shí)現每個(gè)陣列單元的單獨控制這一事實(shí)又讓二維(水平和垂直方向)調光成為可能，這在過(guò)去采用傳統CCFL或HCFL熒光燈時(shí)是不可能實(shí)現的。二維調光能在顯示圖片的亮區域背后局部地產(chǎn)生更多的光，而在暗區域產(chǎn)生較少的光。

實(shí)際上，一個(gè)10x18的高效白色LED陣列就足以局部?jì)?yōu)化一般圖像內容的背光亮度，使圖像對比度更佳，并大大降低背光的平均功耗。這種基于圖像內容的背光輸出局部控制在典型的TV圖像內容上平均能節省大約50%的功耗。

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(guò)控制RGB中紅、綠、藍LED的亮度，可實(shí)現遠遠寬于傳統背光LCD面板的色域。因此，RGB LED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(guò)智能飽和度控制將視頻內容(RGB)的色彩空間映射到LED背光的色彩空間。此類(lèi)映射算法不應改變圖像中的白色、膚色和柔和色，但卻能將飽和色擴展到只有LED才能實(shí)現的鮮亮程度。

將RGB LED按二維陣列的方式排放并在單色基礎上對其進(jìn)行單獨控制(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(jiàn)光譜部分，見(jiàn)圖1。

圖1：2維彩色調光控制。

傳統白背光是利用一個(gè)固定的白色點(diǎn)來(lái)產(chǎn)生可見(jiàn)光譜，但很大一部分能量都無(wú)法通過(guò)LCD發(fā)射出去，而變成熱能消耗在LCD面板的濾色器中?；趫D像內容進(jìn)行背光輸出的局部色彩控制用于典型TV圖像內容時(shí)則能節省大約80%的功耗。

背光調光控制的復雜性

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

為了顯示夜景等低亮度圖像，我們可以利用LCD的像素來(lái)阻礙更多背光的輸出，或者也可以直接將背光調暗。從空間和時(shí)間對比度以及色域角度獲得最優(yōu)化的屏幕前端性能，再加上最優(yōu)化的背光功耗，這些都是通過(guò)獲取像素驅動(dòng)信號來(lái)補償背光流明的降低而實(shí)現的。

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

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

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

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)行統計分析，這樣才能為相應的背光分段確定合適的驅動(dòng)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RGB像素值為低電平時(shí)，就應將背光電平調暗，以減少通過(guò)顯示面板漏出的光。同時(shí)，還要增大用于LCD像素的RGB增益，以保證圖像亮度滿(mǎn)足要求。

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