CN107103886B - 一种动态背光控制显示方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种动态背光控制显示方法及装置。通过利用整面背光参考值、每个所述分区中所述输入图像的红绿蓝白RGBW灰阶值、所述归一化背光输出亮度值及每个所述分区中背光亮度的空间分布函数获取每个所述分区中所述输入图像的修正灰阶值，再将每个所述分区的归一化背光输出亮度值处理为真实的背光输出亮度值，并将所述真实的背光输出亮度值输出至背光驱动电路，并将所述修正灰阶值处理为真实灰阶值后输出至显示面板进行显示。本发明能够实现各分区背光和图像灰阶的动态调整，从而提升对比度空间和节省功耗，进而使得非HDR内容在HDR显示器中能够正常显示。

Description

一种动态背光控制显示方法及装置
技术领域
本发明涉及液晶面板显示技术领域，特别是涉及一种动态背光控制显示方法及装置。
背景技术
液晶显示器因其优良的图像再现功能成为目前显示器件的优选，但是由于液晶层、偏光片、色阻的滤光作用，使得液晶显示器的整体穿透率仅有5％左右，这一点对于便携式的手机、平板等需求是不可接受的。红绿蓝白RGBW显示技术通过在传统红绿蓝RGB色阻排列的基础上增加白色W画素，由于通常白色画素W采用高透过率的OC平坦层替代低透过率的色阻层，因而相对于红绿蓝RGB画素排列具有高亮度、低功耗的优势。
目前基于传统红绿蓝RGB画素排列的液晶显示模组亮度达到400-500nits水平，而白色W子像素的穿透率相对于红绿蓝RGB像素的穿透率提高100-150％左右，因而可以实现最高700-1200nits左右的亮度。高动态对比度(HDR:high dynamic range)技术的核心在于提供高达104量级的对比度空间，能够匹配人眼的对比度识别范围，因而能够还原人眼对于真实世界的感知，从数字图像编码技术而言，需要采用10bit编码才能支持104量级的对比度空间。因而各大主流HDR联盟，包括UHDA、Dolby等规定了HDR显示器的亮度控制需要至少支持800-1000nits左右。而基于传统RGB画素排列液晶显示技术的移动终端的最大亮度通常在500nits左右，受限与传统液晶技术的低穿透率特点与移动终端对于功耗及续航时间的严苛要求，无法满足HDR显示技术的硬件要求。
此外，由于现阶段HDR视频图像资源的来源非常有限，通常而言，非HDR视频显示主要依赖于具体的灰阶编码而非图像采集端的真实亮度，因而对于低饱和度高灰阶编码，如(255,255,255)时，非HDR显示器通常会显示最大亮度；而对于具有高亮特点的HDR显示器，如上述处理则会造成整帧画面亮度高达1000nits左右，从而产生刺眼效果，同时会大大增加HDR显示器功耗。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种动态背光控制显示方法及装置，能够解决现有技术中非HDR内容在HDR显示器中显示不兼容的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种动态背光控制显示方法，所述方法包括：对已获取到的整帧输入图像的红绿蓝RGB灰阶值进行归一化处理，并将所述整帧输入图像划分为多个分区；
利用每个所述分区中所述输入图像的灰阶峰值的平均值及亮度增益获取每个所述分区的归一化背光输出亮度值，利用整面背光参考值、每个所述分区中所述输入图像的红绿蓝白RGBW灰阶值、所述归一化背光输出亮度值及每个所述分区中背光亮度的空间分布函数获取每个所述分区中所述输入图像的修正灰阶值，其中所述输入图像的红绿蓝白RGBW灰阶值是利用所述亮度增益从所述输入图像的红绿蓝RGB灰阶值转换而来的，所述整面背光参考值是利用所述整帧输入图像的灰阶峰值的平均值计算得到的；将每个所述分区的归一化背光输出亮度值处理为真实的背光输出亮度值，并将所述真实的背光输出亮度值输出至背光驱动电路，并将所述修正灰阶值处理为真实灰阶值后输出至显示面板进行显示。
为解决上述技术问题，本发明采用的第二个技术方案是：提供一种显示装置，所述装置包括：处理器、背光驱动电路，所述处理器耦合所述背光驱动电路，所述处理器在工作时执行指令以实现上述动态背光控制显示方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的第三个技术方案是：提供一种具有存储功能的装置，该装置存储有指令，所述指令被执行时实现上述动态背光控制显示方法。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供一种动态背光控制显示方法，对已获取到的整帧输入图像的红绿蓝RGB灰阶值进行归一化处理，并将所述整帧输入图像划分为多个分区，利用每个所述分区中所述输入图像的灰阶峰值的平均值及亮度增益获取每个所述分区的归一化背光输出亮度值，利用整面背光参考值、每个所述分区中所述输入图像的红绿蓝白RGBW灰阶值、所述归一化背光输出亮度值及每个所述分区中背光亮度的空间分布函数获取每个所述分区中所述输入图像的修正灰阶值，再将每个所述分区的归一化背光输出亮度值处理为真实的背光输出亮度值，并将所述真实的背光输出亮度值输出至背光驱动电路，并将所述修正灰阶值处理为真实灰阶值后输出至显示面板进行显示。本发明通过对整帧输入图像灰阶峰值计算得到正面背光参考值，并通过各分区的输入图像进行红绿蓝白RGBW增益值的判断，并由此实现各分区背光和图像灰阶的动态调整，从而提升对比度空间和节省功耗，进而使得非HDR内容在HDR显示器中能够正常显示。
附图说明
图1是本发明动态背光控制显示方法一实施例的流程图；
图2是本发明动态背光控制显示方法另一实施例的流程图；
图3是本发明动态背光控制显示方法中整帧输入图像的灰阶峰值的平均值函数的取值示意图；
图4是本发明一种显示装置的结构示意图；
图5是是本发明一种具有存储功能的装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
在本发明实施例中，所谓灰阶，是将最亮与最暗之间的亮度变化，区分为若干份。以便于进行信号输入相对应的屏幕亮度管控。每张数字影像都是由许多点所组合而成的,这些点又称为像素(pixels)，通常每一个像素可以呈现出许多不同的颜色，它是由红、绿、蓝(RGB)三个子像素组成的。每一个子像素，其背后的光源都可以显现出不同的亮度级别。而灰阶代表了由最暗到最亮之间不同亮度的层次级别。这中间层级越多，所能够呈现的画面效果也就越细腻。以8bit panel为例，能表现2的8次方，等于256个亮度层次，我们就称之为256灰阶。LCD屏幕上每个像素，均由不同亮度层次的红、绿、蓝组合起来，最终形成不同的色彩点。也就是说，屏幕上每一个点的色彩变化，其实都是由构成这个点的三个RGB子像素的灰阶变化所带来的。
请参阅图1，图1是本发明动态背光控制显示方法一实施例的流程图。如图1所示，本发明的一具体实施方案的背光控制显示方法包括以下步骤：
步骤S101：对已获取到的整帧输入图像的红绿蓝RGB灰阶值进行归一化处理，并将整帧输入图像划分为多个分区。
具体地，将获取到的灰阶值数据映射到0～1范围之内处理，使得整帧输入图像的红绿蓝RGB灰阶值最大值为1。
本实施方案中，按照背光分区的方式将整帧输入图像划分为多个分区，其中多个一般为4以上的整数，本领域技术人员可根据实施显示效果选择合适的分区数量，本发明并不对此进行限制。
步骤S102：利用每个分区中输入图像的灰阶峰值的平均值及亮度增益获取每个分区的归一化背光输出亮度值，利用整面背光参考值、每个分区中输入图像的红绿蓝白RGBW灰阶值、归一化背光输出亮度值及每个分区中背光亮度的空间分布函数获取每个分区中输入图像的修正灰阶值。
具体地，可以按照特定的算法获得整面背光参考值、每个分区中输入图像的红绿蓝白RGBW灰阶值、归一化背光输出亮度值，再与每个分区中背光亮度的空间分布函数按照另一算法获取每个分区中输入图像的修正灰阶值。
其中，亮度增益取为该分区内所有像素增益的最小值，或者取所有像素增益值中具有特定阈值水平的增益(此处限定仅有少量阈值比例的像素增益存在差异，从而避免大面积纯色偏暗导致的视觉色差)，特定阈值水平的增益值的取值范围为0.01-0.2。
步骤S103：将每个分区的归一化背光输出亮度值处理为真实的背光输出亮度值，并将真实的背光输出亮度值输出至背光驱动电路，并将修正灰阶值处理为真实灰阶值后输出至显示面板进行显示。
具体地，可以按照特定算法获取每个分区的真实的背光输出亮度值，将真实的背光输出亮度值输出至背光驱动电路；同样，可以按照特定算法获取真实灰阶值，将真实灰阶值后输出至显示面板进行显示。
其中，真实的背光输出亮度值与真实灰阶值是分别将上述每个分区的归一化背光输出亮度值与灰阶值还原为非归一化的取值。
以上可以看出，本实施例利用整面背光参考值、每个所述分区中所述输入图像的红绿蓝白RGBW灰阶值、所述归一化背光输出亮度值及每个所述分区中背光亮度的空间分布函数获取每个所述分区中所述输入图像的修正灰阶值，再将每个所述分区的归一化背光输出亮度值处理为真实的背光输出亮度值，并将所述真实的背光输出亮度值输出至背光驱动电路，并将所述修正灰阶值处理为真实灰阶值后输出至显示面板进行显示。实现了能够同时兼容HDR与非HDR内容的显示，避免非HDR内容显示整帧高亮画面引起刺眼的问题。
请参阅图2，图2是本发明动态背光控制显示方法另一实施例的流程图。如图2所示，本发明的一最佳实施例的背光控制显示方法包括以下步骤：
步骤S201：对获取到的整帧输入图像的红绿蓝RGB灰阶值进行归一化处理。
步骤S202：利用获取到的整帧输入图像的灰阶峰值的平均值，计算整面背光参考值。
本实施方案中，可以按照以下计算公式来计算整面背光参考值：BLUconst＝min(1,f(Lmean))；其中，BLUconst为整面背光参考值，Lmean为整帧输入图像的灰阶峰值的平均值，当Lmean≤GT时，f(Lmean)＝1,当Lmean＝1时，f(Lmean)＝LT，当GT≤Lmean≤1时，f(Lmean)∈[LT,1]且为Lmean的单调递减函数，LT为背光亮度阈值，GT为灰阶峰值均值阈值。其中，灰阶峰值为红绿蓝RGB灰阶的最大值。
请参阅图3，图3是本发明动态背光控制显示方法中整帧输入图像的灰阶峰值的平均值函数的取值示意图。
如图3所示，Lmean为整帧输入图像的灰阶峰值的平均值，当Lmean≤GT时，f(Lmean)＝1,当Lmean＝1时，f(Lmean)＝LT，当GT≤Lmean≤1时，f(Lmean)以图2所示曲线a、b或者其他任意满足f(Lmean)∈[GT,1]的函数形式。当GT≤Lmean≤1时，f(Lmean)随着整帧输入图像的灰阶峰值的平均值Lmean的增加而逐渐降低，其中优选的以曲线a所示的线性方式，其中横轴平均灰阶亮度已经做线性化处理。
优选的，GT与LT的取值分别为GT＝0.3,LT＝0.6。
其中，当整帧输入图像的灰阶峰值的平均值Lmean过大时，设置背光阈值亮度LT，赋值整面背光参考值BLUconst以小于最大值的特定阈值，从而避免出现画面刺眼，同时兼具节省功耗的目的。同时，当整帧输入图像的灰阶峰值的平均值小于灰阶峰值均值阈值GT时，赋值整面背光参考值BLUconst取最大值1，从而避免出现画面太暗淡，以保证画面具有合适的亮度。
步骤S203：将整帧输入图像划分为多个分区。
步骤S204：利用亮度增益将每个分区中输入图像的红绿蓝RGB灰阶值转换为输入图像的红绿蓝白RGBW灰阶值。
本实施方案中，可以按照以下计算公式获得转换后的输入图像的红绿蓝白RGBW灰阶值：
Ro＝gain*Rin-Wo；Go＝gain*Gin-Wo；Bo＝gain*Bin；Wo＝g(Rin,Gin,Bin)；
其中，Ro、Go、Bo、Wo分别对应为转换后的每个分区中输入图像的红、绿、蓝、白灰阶值，Rin、Gin、Bin分别对应为转换之前的每个分区中输入图像的红、绿、蓝灰阶值，gain为亮度增益。
本实施方案中，函数g(Rin,Gin,Bin)通常依赖于某个像素的饱和度，此处不做特殊限定。在任意分区内，普通纯度颜色的像素在红绿蓝RGB转换为红绿蓝白RGBW的过程中，其亮度具有较小的提升空间，而低纯度颜色的像素在红绿蓝RGB转换为红绿蓝白RGBW的过程中，其亮度具有相对较大的提升空间，为避免由于同一分区内不同的纯度颜色因为亮度增益的差异而引起视觉色差，在同一分区内，亮度增益gain值取为该分区内所有像素增益的最小值，或者取所有像素增益值中具有特定阈值水平的增益(此处限定仅有少量阈值比例的像素增益存在差异，从而避免大面积纯色偏暗导致的视觉色差)，特定阈值水平的增益值的取值范围为0.01-0.2。
步骤S205：利用每个所述分区中所述输入图像的灰阶峰值的平均值及亮度增益获取每个所述分区的归一化背光输出亮度值。
本实施方案中，可以按照以下计算公式获取每个分区的归一化背光输出亮度值：
BLUout＝L’mean/gain；其中，BLUout为每个分区的归一化背光输出亮度值，L’mean为每个分区中输入图像的灰阶峰值的平均值，gain为亮度增益。
步骤S206：获取每个分区中所述输入图像的修正灰阶值。
本实施方案中，可以按照以下计算公式获取每个分区中所述输入图像的修正灰阶值：Lout＝min(1,BLUconst*Lo/(BLUout*h(x,y)))，其中：Lout为每个所述分区中所述输入图像的修正灰阶值，Lo为每个所述分区中所述输入图像的修正之前的灰阶值，包括上文所述的Ro、Go、Bo、Wo，其中，Ro、Go、Bo、Wo分别对应为转换后的每个所述分区中输入图像的红、绿、蓝、白灰阶值，BLUconst为所述整面背光参考值，BLUout为每个所述分区的归一化背光输出亮度值，函数h(x,y)为每个所述分区中背光亮度的空间分布函数。
需要说明的是，函数h(x,y)依赖于模组硬件的设计。
步骤S207：将每个分区的归一化背光输出亮度值处理为真实的背光输出亮度值。
本实施方案中，可以按照以下计算公式获取每个分区的真实的背光输出亮度值：BLU＝BLUout*BLUmax；其中，BLU为每个分区的真实的背光输出亮度值，BLUout为每个分区的归一化背光输出亮度值，BLUmax为每个分区的背光亮度最大值。
步骤S208：将真实的背光输出亮度值输出至背光驱动电路，并将修正灰阶值处理为真实灰阶值后输出至显示面板进行显示。
以上可以看出，本实施例利用整面背光参考值、每个所述分区中所述输入图像的红绿蓝白RGBW灰阶值、所述归一化背光输出亮度值及每个所述分区中背光亮度的空间分布函数获取每个所述分区中所述输入图像的修正灰阶值，再将每个所述分区的归一化背光输出亮度值处理为真实的背光输出亮度值，并将所述真实的背光输出亮度值输出至背光驱动电路，并将所述修正灰阶值处理为真实灰阶值后输出至显示面板进行显示。本发明通过对整帧输入图像灰阶峰值计算得到正面背光参考值，并通过各分区的输入图像进行红绿蓝白RGBW增益值的判断，并由此实现各分区背光和图像灰阶的动态调整，从而提升对比度空间和节省功耗，进而使得非HDR内容在HDR显示器中能够正常显示。
请参阅图4，图4是本发明实施例一种显示装置的结构示意图。如图4所示，该装置10包括：处理器11、背光驱动电路12，处理器11耦合背光驱动电路12，处理器11在工作时执行指令以实现如上述实施例所述的动态背光控制显示方法。
请参阅图5，图5是本发明实施例一种具有存储功能的装置的结构示意图。如图5所示，该装置20存储有指令，该指令被执行时实现如上述实施例所述的动态背光控制显示方法。
其中，该装置20可以包括一存储器21，存储器21用于存储指令。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：提供一种动态背光控制显示方法，对已获取到的整帧输入图像的红绿蓝RGB灰阶值进行归一化处理，并将所述整帧输入图像划分为多个分区，利用每个所述分区中所述输入图像的灰阶峰值的平均值及亮度增益获取每个所述分区的归一化背光输出亮度值，利用整面背光参考值、每个所述分区中所述输入图像的红绿蓝白RGBW灰阶值、所述归一化背光输出亮度值及每个所述分区中背光亮度的空间分布函数获取每个所述分区中所述输入图像的修正灰阶值，再将每个所述分区的归一化背光输出亮度值处理为真实的背光输出亮度值，并将所述真实的背光输出亮度值输出至背光驱动电路，并将所述修正灰阶值处理为真实灰阶值后输出至显示面板进行显示。本发明通过对整帧输入图像灰阶峰值计算得到正面背光参考值，并通过各分区的输入图像进行红绿蓝白RGBW增益值的判断，并由此实现各分区背光和图像灰阶的动态调整，从而提升对比度空间和节省功耗，进而使得非HDR内容在HDR显示器中能够正常显示。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种动态背光控制显示方法，其特征在于，所述方法包括：
对已获取到的整帧输入图像的红绿蓝RGB灰阶值进行归一化处理，并将所述整帧输入图像划分为多个分区；
利用每个所述分区中所述输入图像的灰阶峰值的平均值及亮度增益获取每个所述分区的归一化背光输出亮度值，利用整面背光参考值、每个所述分区中所述输入图像的红绿蓝白RGBW灰阶值、所述归一化背光输出亮度值及每个所述分区中背光亮度的空间分布函数获取每个所述分区中所述输入图像的修正灰阶值，其中所述输入图像的红绿蓝白RGBW灰阶值是利用所述亮度增益从所述输入图像的红绿蓝RGB灰阶值转换而来的，所述整面背光参考值是利用所述整帧输入图像的灰阶峰值的平均值计算得到的；
将每个所述分区的归一化背光输出亮度值处理为真实的背光输出亮度值，并将所述真实的背光输出亮度值输出至背光驱动电路，并将所述修正灰阶值处理为真实灰阶值后输出至显示面板进行显示。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述整面背光参考值为：
BLUconst＝min(1,f(Lmean))；
其中，BLUconst为所述整面背光参考值，Lmean为所述整帧输入图像的灰阶峰值的平均值，当Lmean≤GT时，f(Lmean)＝1,当Lmean＝1时，f(Lmean)＝LT，当GT≤Lmean≤1时，f(Lmean)∈[LT,1]且为Lmean的单调递减函数，LT为背光亮度阈值，GT为灰阶峰值均值阈值。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输入图像的红绿蓝白RGBW灰阶值为：
Ro＝gain*Rin-Wo；Go＝gain*Gin-Wo；Bo＝gain*Bin；Wo＝g(Rin,Gin,Bin)；
其中，Ro、Go、Bo、Wo分别对应为转换后的每个所述分区中输入图像的红、绿、蓝、白灰阶值，Rin、Gin、Bin分别对应为转换之前的每个所述分区中输入图像的红、绿、蓝灰阶值，gain为亮度增益。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述每个所述分区的归一化背光输出亮度值为：
BLUout＝L’mean/gain；
其中，BLUout为每个所述分区的归一化背光输出亮度值，L’mean为每个所述分区中所述输入图像的灰阶峰值的平均值，gain为亮度增益。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述每个所述分区中所述输入图像的修正灰阶值为：
Lout＝min(1,BLUconst*Lo/(BLUout*h(x,y)))，其中：Lout为每个所述分区中所述输入图像的修正灰阶值，Lo为每个所述分区中所述输入图像的修正之前的灰阶值，BLUconst为所述整面背光参考值，BLUout为每个所述分区的归一化背光输出亮度值，函数h(x,y)为每个所述分区中背光亮度的空间分布函数。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述真实的背光输出亮度值为：
BLU＝BLUout*BLUmax；
其中，BLU为每个所述分区的真实的背光输出亮度值，BLUout为每个所述分区的归一化背光输出亮度值，BLUmax为每个所述分区的背光亮度最大值。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述灰阶峰值为所述红绿蓝RGB灰阶的最大值。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述整帧输入图像划分为多个分区包括：
按照背光分区的方式将所述整帧输入图像划分为多个分区。
9.一种显示装置，其特征在于，所述装置包括：
处理器、背光驱动电路，所述处理器耦合所述背光驱动电路，所述处理器在工作时执行指令以实现如权利要求1～8任一项所述的方法。
10.一种具有存储功能的装置，其特征在于，存储有指令，所述指令被执行时实现如权利要求1～8任一项所述的方法。
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