TWI385628B - 動態控制背光源的裝置以及方法 - Google Patents

動態控制背光源的裝置以及方法 Download PDF

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Description

動態控制背光源的裝置以及方法
本發明是有關於一種顯示器背光源的調整技術,且特別是有關於一種動態控制背光源的技術,其配合控制顯示面板的畫素灰階值,以達到背光源省電的功效。
一般採用光源被動式的顯示器,例如液晶顯示器,需要使用一背光模組做為光源。圖1繪示傳統液晶顯示器的顯示機制示意圖。參閱圖1,傳統的液晶顯示器包括一顯示面板102,其上面有一畫素陣列以顯示一影像。畫素陣列的每一個畫素一般是由紅綠藍三原色組成。例如是由紅綠藍三個次畫素組成一畫素,藉由一穿透控制單元(Tcon)104,根據影像所要灰階值(gray level),分別控制紅綠藍三個次畫素的穿透率。
由於液晶面板102本身不發光,因此還需要一背光模組100例如產生白光。白光穿過紅綠藍三個次畫素,依照畫素穿透率,產生三原色光以混合出所要的顏色,以供人眼106觀視影像。
於傳統的顯示方式,背光模組100是發出固定強度的一白光,以及藉由改變畫素的灰階值以改變亮度,進而呈現出色彩的變化。如此的方式,背光模組100都維持在最高亮度下發光,且其工作率(duty cycle)是100%。因此,傳統方式很耗電,如何達到省電的效果仍舊是繼續研發的一課題。特別是對於使用電池的行動裝置,特別需要省電的功效,以延長使用時間。
本發明提供一種動態控制背光源的裝置與方法,其可動態調整背光模組的工作率,以達到省電的效果。
本發明提出一種動態控制背光源的裝置,用以接收一畫素輸入資料以輸出一畫素輸出資料以及一脈衝寬度調變(PWM)訊號。此裝置包括一影像分析單元,接收畫素輸入資料,進行影像分析後輸出一影像資料。一資料單元儲存一關係資料是相對應於一灰階範圍的一亮度調整資料與一PWM調整資料。一亮度計算單元接收影像資料與資料單元的關係資料,且計算出對應所需要亮度的一所需要灰階值,也根據所需要灰階值分別輸出一所需要畫素亮度資料及一所需要PWM資料。一PWM調整單元,接收所需要PWM資料,以輸出PWM訊號。一乘法單元,接收畫素輸入資料且根據該所需要畫素亮度資料做亮度調整以輸出該畫素輸出資料。
依照本發明的一實施例,於上述背光源裝置中,例如資料單元的關係資料是一色彩亮度表與一功率調變表。
依照本發明的一實施例,於上述背光源裝置中,例如該資料單元的關係資料是單一的綜合表,依照將該灰階範圍區分成一低範圍與一高範圍,分別儲存該亮度調整資料與該PWM調整資料。
依照本發明的一實施例,於上述背光源裝置中,例如所述低範圍,對應較低的灰階值。
依照本發明的一實施例,於上述背光源裝置中,例如所述低範圍是在所述灰階範圍對應較低的灰階值,且是根據一PWM最低值來設定。
依照本發明的一實施例,於上述背光源裝置中,例如在所述低範圍的每一個PWM值是固定在PWM最低值,且輸入資料亮度變化以調整資料來呈現亮度變化。
依照本發明的一實施例,於上述背光源裝置中,例如在所述高範圍內的最大亮度調整為最大灰階值,且調整PWM值來呈現亮度變化。
依照本發明的一實施例,於上述背光源裝置中,例如,所述亮度計算單元計算出所述所需要灰階值後,依照所述低範圍與所述高範圍,分別輸出所述所需要畫素亮度資料以及所述所需要PWM資料到所述乘法單元與所述PWM調整單元。
依照本發明的一實施例,於上述背光源裝置中,例如更包括一除法器連接在所述亮度計算單元與所述乘法單元之間,得到一乘數值給所述乘法單元。
本發明也提出一種動態控制背光源的裝置,接收一畫素輸入資料以輸出一畫素輸出資料以及一脈衝寬度調變(PWM)訊號。此裝置包括一影像分析單元,接收畫素輸入資料,於影像分析後輸出一影像資料。一資料儲存單元儲存一亮度調整資料與一PWM調整資料,其中對應該畫素輸入資料的一灰階範圍,設定有一低灰階範圍與一高灰階範圍的二部份。在該高灰階範圍的該亮度調整資料是一固定最大值,在該低灰階範圍的該PWM調整資料是一固定最小值。一查表單元查詢所述亮度調整資料與所述PWM調整資料,以得到一所需要畫素亮度資料與一所需要PWM資料。一PWM調整單元,接收所需要PWM資料,以輸出該PWM訊號。一乘法單元接收畫素輸入資料且根據該所需要畫素亮度資料做亮度調整以輸出畫素輸出資料。。
本發明也提出一種動態控制背光源的方法,用以接收一畫素輸入資料以輸出一畫素輸出資料以及一脈衝寬度調變(PWM)訊號。所述方法包括提供一影像分析單元,接收所述畫素輸入資料,以進行影像分析後輸出一影像資料。儲存一關係資料於一資料單元,所述關係資料是相對應於一灰階範圍的一亮度調整資料與一PWM調整資料。根據所述影像資料與所述關係資料進行一亮度計算,以得到對應所需要亮度的一所需要灰階值。根據所述所需要灰階值,分別得到一所需要畫素亮度資料與一所需要PWM資料。提供一PWM調整單元,以接收所述所需要PWM資料,對應輸出所述PWM訊號。提供一乘法單元,以接收所述畫素輸入資料且根據所述所需要畫素亮度資料做亮度調整以輸出所述畫素輸出資料。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂,下文特舉較佳實施例,並配合所附圖式,作詳細說明如下。
本發明對顯示影像所需要的亮度產生機制做詳細分析後歸納出一亮度關係式,即是(1) L=b*t其中L代表畫素所需要的亮度,b代表背光模組提供的光源強度,t代表畫素的穿透率,其對應所需的灰階值(即為畫素資料)。如前所述,在傳統的機制中,b是一固定值,就是背光模組全亮時的總累積亮度,其對應一顯示週期都維持在相同狀態,換言之,背光模組會一直維持工作率100%的狀態,而不會有任何變動。這導致了背光模組耗電的情形。
本發明於深究傳統的問題後,提出動態調整背光模組的b值,即是動態調整背光模組的工作率,其對應參數b。但是由於畫素實際所需要的亮度仍需維持以產生所要的色彩,因此也需要改變畫素的原始灰階值成為配合背光模組工作率所需要的灰階值,對應參數t,以達到實際所需要的亮度L。以下舉一些實施例做為本發明的描述,但是本發明不受限於所舉的一些實施例。且所舉的一些實施例也可以相互做適當結合,不限於個別的實施例。
圖2繪示依據本發明實施例,一種動態控制背光源的裝置的電路方塊示意圖。參閱圖2,動態控制背光源的裝置用以接收畫素輸入對應紅綠藍(RGB)資料,經分析處理後以輸出畫素輸出資料以及一脈衝寬度調變(PWM)訊號。此裝置包括一影像分析單元110,用來接收畫素輸入資料,並且進行影像分析後輸出一影像資料。一資料單元儲存一關係資料。此關係資料是相對應於一灰階範圍的一亮度調整資料114與一PWM調整資料116。灰階範圍例如一個由黑到白的範圍。亮度調整資料114例如是伽瑪表114,用以進行亮度修正。PWM調整資料116,例如是PWM表,用以控制背光模組的工作率,其與伽瑪表之間的相互關係會描述於後。
接著,一亮度計算單元(Luminance Calculation Unit)112接收由影像分析單元110輸出的影像資料以及亮度調整資料114與一PWM調整資料116,且依照式(1)的原則,計算出對應輸入之所需要亮度的一所需要灰階值。又、也根據所需要灰階值的大小,根據伽瑪表114與PWM表116,分別輸出一所需要畫素亮度資料與一所需要PWM資料。一PWM工作率電路方塊(Adjust PWM Duty Cycle Unit)118,接收所需要PWM資料,以輸出PWM訊號,以調整背光模組的PWM的工作率。一乘法單元122,接收畫素輸入資料以及根據該由伽瑪表114查出對應所需要畫素亮度資料所需要的一亮度調整乘數,將畫素輸入資料乘上其亮度調整乘數,之後輸出畫素輸出資料;如此一來,畫素輸出資料與調整後之PWM工作率兩者的合成效果便能符合原先所需要的亮度。另外,為了配合乘法單元122的操作,於本實施例中,可另增加一除法器120,以作為亮度調整乘數的修正之用。
圖3繪示依據本發明實施例,伽瑪表114與PWM表116的內容。參閱圖3,伽瑪表114的內容例如是畫素輸入資料與亮度值(G),即是亮度修正用的伽瑪曲線。PWM表116的內容例如是亮度值(G)與PWM值的關係曲線。由前所述,藉由伽瑪表114與PWM表116,亮度計算單元112便可計算出所需的畫素輸出資料與所需的PWM工作率;然而,對於圖2的實施例,其關係資料是以二個資料表來儲存,因此需要較大的記憶體容量以儲存圖3的所需資料。
本發明又定出幾個原則來簡化所需建立的關係表,以取代原本的PWM表與伽瑪表。首先,在此請注意,輸出的畫素資料值是輸入的畫素資料值乘上一乘數值(k),k=輸出資料/輸入資料。又、L(總亮度)=b(PWM最大值的亮度值)*t(輸入的畫素資料的亮度值)=b(PWM修改後的亮度值)*t(輸出的畫素資料的亮度值)。這表示,傳統機制如前一等式的b是設定在PWM最大值。為了節省耗電,本發明會藉由調整t(輸出的畫素資料),而相對應地改變b(輸出的PWM),如此背光模組的工作率可以減少,也因此可以省電。
一般來說,背光亮度的調整會設定一些限制;因此於本實施例中,假設PWM的範圍由0到255表示之,並假設PWM所設定的最小值是64,PWM最大值是255,此外,對應輸出的黑到白的輸入灰階範圍亦以0到255表示之。在此請注意,前述的PWM最大值255與最小值64僅為說明之用,而非本發明的限制;亦即,在實際應用中,業者可自行設定所需的最大值與最小值。
從圖3的PWM表,查表得知PWM最小值64對應的亮度值例如是67。接著、從伽瑪表得知對應亮度值67的畫素輸入值是126做為一區分點。亦即,於本實施例中,當畫素輸入值在126以下,本發明係將PWM的值設定於最小值64,以利用輸出資料以符合所需的亮度,如此一來,由於PWM的值維持於最小值64,因此便可達到最佳的省電效果;而對於畫素輸入值大於126以上的情況,由於此時所需的亮度較大,若將PWM的值維持於最小值,便無法符合所需的亮度,因此,於此情況中,本發明係將輸出資料設定為最大值255,如此才能達成最佳的省電效果。
如前所述,為了達成省電的最佳化,本發明將畫素輸入資料範圍區分成二個範圍,在此稱為低範圍與高範圍,而根據前述的機制,便可將所有的對應關係建立於一查閱表中。請參閱表一,其列出了畫素輸入資料、PWM值、乘數值(k)、與畫素輸出資料的對應關係。
根據前述的原則,輸出的PWM值會有PWM最小值是64,PWM最大值是255,其中畫素輸入資料的灰階範圍以126做為一區分點,因此灰階範圍區分有低範圍與高範圍。
首先討論低範圍的情形,如前所述,當畫素輸入資料在小於或是等於126時,輸出的PWM值會設定在PWM最小值64。
由前述的公式可知,L(總亮度)=b(PWM最大值的亮度值)*t(輸入的畫素資料的亮度值)=b(PWM修改後的亮度值)*t(輸出的畫素資料的亮度值),因此,於低範圍的情形中,L=b(255)*t(input)=b(64)*t(output),由此可知,我們可以藉由上式,來計算出對應各輸入像素資料之所需輸出像素資料。此外,由於乘數值(k)=輸出資料/輸入資料,因此也可輕易地將乘數值計算出來。
在此請注意,對於較小的輸入資料,例如在0~16的範圍,由於輸出會處於飽和狀態,因此本發明直接設定此時的輸出資料為32。而其他的對應輸出資料,皆可由上式計算出來,以建立於查閱表1中。
舉例來說,若輸入資料為18,便可將此代入上式,L=b(255)*t(18)=b(64)*t(output),如此便可推算出t(output)=b(255)*t(18)/b(64),便可再藉由伽瑪表反推出欲輸出的資料output=t-1 [b(255)*t(18)/b(64)]為45。如此一來,便可推算出乘數值(k)=45/18=2.5。
當畫素輸入值是在高範圍的情形下,即是127以上的範圍,如前所述,為了達到最佳的省電效果,畫素輸出值會設定在最大的穿透率255。因此,以畫素輸入值是127為例,乘數值(k)的數值可以藉由畫素輸出值(255)除以畫素輸入值(127)得到k=2.02,因此無須特別建立。然而,當畫素輸出值設定在最大值(255)時,輸出PWM值相對可以調降,以維持原預定的亮度,因此需要建立輸出PWM值表。
舉例來說,若輸入的像素資料為252,那麼代入前述的方程式L=b(255)*t(252)=b(PWM output)* t(255),由於b(255)、t(252)、t(255)均為已知,因此便可以推出b(PWM output)的數值,並且進而得知PWM所需的輸出值為249。
揭露至此,此領域具有通常知識者應可理解,已將查閱表1建立起來,故對應其他輸入資料的相關資料的計算方式,便不另贅述於此。
在此請注意,於圖2的實施例中,亮度計算單元112是利用PWM表116與伽瑪表114,以根據輸入資料,即時計算出所需的畫素輸出資料以及PWM輸出(等效於即時算出表一中所列出的PWM值、乘數值(k)、輸出資料)。然而,於本發明之另一實施例中,亦可將這些資料如表一般預先儲存起來,如此一來,便無須每次根據輸入資料來即時計算,而僅須經由查閱表一,便可以將所需的PWM值、乘數值(k)、輸出資料等資訊讀取出來。
請參閱圖4,圖4為本發明另一實施例的動態控制背光源裝置之電路方塊示意圖。於本實施例中,動態控制背光源裝置可為一個同時使用二個圖表的機制。其中,PWM輸出表單元162a包含有表一中輸入資料與PWM值的兩個欄位;而乘數表單元162b包含有輸入資料與乘數值(k)的兩個欄位。因此,影像分析單元150可以直接輸出分析資料到兩個查表單元163a、163b,分別對應地查詢PWM輸出表單元162a與乘數表單元162b,以分別對應地輸出所需的PWM值給PWM工作率電路方塊156以及所需的乘法值至乘法單元158。又、依照實際設計的變化,兩個查表單元163a、163b也可以整合成一個查表單元,以對PWM輸出表單元162a與乘數表單元162b查詢出所需的資料。
此外,本發明另可將表一更加以簡化。在此請注意,由於根據顯示特性區分成二個畫素輸入範圍,對於低範圍的PWM輸出值都是在最小值64,無需特別儲存。對於高範圍的乘數值(k)是固定規則的比值,無需特別儲存。因此,進一步節省記憶體的考量下可將表一簡化成單一的綜合表,如表二所示。
由表二可以看出,所需要儲存的資料僅是255個資料的一個綜合表。其中當輸入資料在低範圍,例如是在0~126範圍內的儲存資料內容是乘數值(k)的資料,輸入資料在高範圍,例如是在127~255範圍內的儲存資料內容是PWM輸出值的資料。因此,用以儲存表二所需的記憶體容量也有效地減少。
配合表二的特性,圖2或是圖4的實施例就可以再簡化。圖5繪示依據本發明另一實施例,一種動態控制背光源的裝置的電路方塊示意圖。參閱圖5,相較於圖2的電路方塊,本實施例的綜合表(General Table)154,例如是根據表二的資料建立包括乘數值以及PWM值。亮度計算方塊152可以藉由對綜合表154以查表的方式輸出對應資料給調整PWM工作率電路方塊156,進而輸出調整後的PWM輸出;又或是輸出乘數值給乘法器158,以得到調整後的畫素輸出。至於除法器160是依照綜合表(General Table)154的內容配合亮度計算152的計算才需要。於本發明另一較佳實施例中,亦可以省略除法器160。另外,影像分析單元150與先前圖2的影像分析單元110一樣。因此,圖5的電路結構,更可以簡化關係資料表的建立,以節省記憶體的使用。
再進一步,圖5的架構更簡化成查表機制即可。也就是說亮度計算152的工作只要能從綜合表154查出對應輸入畫素所需要的輸出資料分別給調整PWM工作率電路方塊156與除法器160。於此,除法器160例如在高範圍的時候,依照固定規則計算出乘數值給乘法器158,經調整後使得畫素穿透率維持在最大值,其屬於在表二中的高範圍。因畫素穿透率固定維持在最大值,因此要呈現亮度變化的資料是藉由動態調整PWM值來達成。
又基於單一綜合表的機制下,圖6繪示依據本發明實施例,一種動態控制背光源的裝置的電路方塊示意圖。參閱圖6,亮度計算單元164接收影像分析單元150後,得知要輸出給PWM工作率電路方塊156或是乘法單元158的資料。至於亮度計算單元164的內容可依實際的功能以及配合綜合表154的內容做電路的設計,不限定於特定電路,也因此可以省去除法器的使用。換句話說,在相同的操作機制下,電路設計,以及綜合表154數值的預先轉換,皆是可以依實際設計而變化,不一一列舉。
在本發明在相同的所需亮度下,改變增加原畫素資料的灰階值,因此允許減少背光源的強度。背光源的強度的改變是藉由調整工作率達成。又,關係表也可以簡化成單一綜合表,也因此節省記憶體容量。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何熟習此技藝者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作些許之更動與潤飾,因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100...背光模組
102...顯示面板
104...穿透控制單元
106...人眼
110、150...影像分析單元
112、152...亮度計算單元
114...伽瑪表
116...PWM表
118、156...PWM工作率電路方塊
120、160...除法器
122、158...乘法單元
154...綜合表
162a...PWM輸出表單元
162b...乘數表單元
163a...查表單元
163b...查表單元
164...亮度計算單元
圖1繪示傳統液晶顯示器的顯示機制示意圖。
圖2繪示依據本發明一實施例,一種動態控制背光源的裝置的電路方塊示意圖。
圖3繪示依據本發明一實施例,伽瑪表114與PWM表116的內容。
圖4繪示依據本發明一實施例,一種動態控制背光源的裝置的電路方塊示意圖。
圖5繪示依據本發明一實施例,一種動態控制背光源的裝置的電路方塊示意圖。
圖6繪示依據本發明一實施例,一種動態控制背光源的裝置的電路方塊示意圖。
150...影像分析單元
152...亮度計算單元
154...綜合表
156...PWM工作率電路方塊
158...乘法單元
160...除法器

Claims (17)

  1. 一種動態控制背光源的裝置,接收一畫素輸入資料以輸出一畫素輸出資料以及一脈衝寬度調變(PWM)訊號,該裝置包括:一影像分析單元,接收該畫素輸入資料,進行影像分析後輸出一影像資料;一資料單元,儲存一關係資料是相對應於一灰階範圍的一亮度調整資料與一PWM調整資料;一亮度計算單元,接收該影像資料與該資料單元的該關係資料,計算出對應所需要亮度的一所需要灰階值,以及根據該所需要灰階值分別輸出一所需要畫素亮度資料與一所需要PWM資料;一PWM調整單元,接收該所需要PWM資料,以輸出該PWM訊號;以及一乘法單元,接收該畫素輸入資料且根據該所需要畫素亮度資料對畫素輸入資料做亮度調整,以輸出該畫素輸出資料,其中該資料單元的該關係資料是單一的綜合表,依照將該灰階範圍區分成一低範圍與一高範圍,分別儲存該亮度調整資料與該PWM調整資料,其中該低範圍在該灰階範圍中,對應較低的灰階值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之動態控制背光源的裝置,其中該資料單元的該關係資料是一色彩亮度表與一功率調變表。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之動態控制背光源的裝置,其中該低範圍是在該灰階範圍中對應較低的灰階值,且是根據一PWM最低值來設定。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之動態控制背光源的裝置,其中在該低範圍的每一個PWM值是一PWM最低值,且以該亮度調整資料呈現亮度變化。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之動態控制背光源的裝置,其中在該高範圍的每一個該畫素輸出資料為一最大灰階值,且以該PWM調整資料呈現亮度變化。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之動態控制背光源的裝置,該亮度計算單元計算出該所需要灰階值後,依照該低範圍與該高範圍,分別輸出該所需要畫素亮度資料以及該所需要PWM資料到該乘法單元與該PWM調整單元。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之動態控制背光源的裝置,更包括一除法器連接在該亮度計算單元與該乘法單元之間,得到一乘數值給該乘法單元。
  8. 一種動態控制背光源的裝置,接收一畫素輸入資料以輸出一畫素輸出資料以及一脈衝寬度調變(PWM)訊號,該裝置包括:一影像分析單元,接收該畫素輸入資料,進行影像分析後輸出一影像資料;一資料儲存單元,儲存一亮度調整資料與一PWM調整資料,其中對應該畫素輸入資料的一灰階範圍,設定有一低灰階範圍與一高灰階範圍的二部份,其中在該高灰階 範圍的該亮度調整資料是一固定最大值,在該低灰階範圍的該PWM調整資料是一固定最小值;一查表單元,查詢該亮度調整資料與該PWM調整資料,以得到一所需要畫素亮度資料與一所需要PWM資料;一PWM調整單元,接收該所需要PWM資料,以輸出該PWM訊號;以及一乘法單元,接收該畫素輸入資料且根據該所需要畫素亮度資料做亮度調整以輸出該畫素輸出資料。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之動態控制背光源的裝置,其中該低灰階範圍在該灰階範圍中,對應較低的灰階值。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之動態控制背光源的裝置,其中該低灰階範圍是在該灰階範圍中對應較低的灰階值,且是根據一PWM最低值來設定。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之動態控制背光源的裝置,其中在該低灰階範圍的每一個PWM值是一PWM最低值,且以該亮度調整資料呈現亮度變化。
  12. 如申請專利範圍第8項所述之動態控制背光源的裝置,其中在該高灰階範圍的每一個該畫素輸出資料為一最大灰階值,以該PWM調整資料呈現亮度變化。
  13. 一種動態控制背光源的方法,用以接收一畫素輸入資料以輸出一畫素輸出資料以及一脈衝寬度調變(PWM)訊號,該方法包括:提供一影像分析單元,接收該畫素輸入資料,以進行 影像分析後輸出一影像資料;儲存一關係資料於一資料單元,該關係資料是相對應於一灰階範圍的一亮度調整資料與一PWM調整資料;根據該影像資料與該關係資料進行一亮度計算,以得到對應所需要亮度的一所需要灰階值;根據該所需要灰階值,分別得到一所需要畫素亮度資料與一所需要PWM資料;提供一PWM調整單元,以接收該所需要PWM資料,對應輸出該PWM訊號;以及提供一乘法單元,以接收該畫素輸入資料且根據該所需要畫素亮度資料做亮度調整以輸出該畫素輸出資料,其中該資料單元的該關係資料是單一的綜合表,依照將該灰階範圍區分成一低範圍與一高範圍,分別儲存該亮度調整資料與該PWM調整資料,其中該低範圍是在該灰階範圍對應較低的灰階值,且是根據一PWM最低值來設定。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之動態控制背光源的方法,其中該低範圍約為該灰階範圍的一半,對應較低的灰階值。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之動態控制背光源的方法,其中在該低範圍的每一個PWM值是該PWM最低值,且以該亮度調整資料呈現亮度變化。
  16. 如申請專利範圍第13項所述之動態控制背光源的方法,其中在該高範圍的每一個該畫素輸出資料為一最 大灰階值,以該PWM調整資料呈現亮度變化。
  17. 如申請專利範圍第13項所述之動態控制背光源的方法,根據該所需要灰階值分別得到該所需要畫素亮度資料或該所需要PWM資料的該步驟之後,分別輸出該所需要畫素亮度資料到該乘法單元以及該所需要PWM資料到該PWM調整單元。
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