提升電視機的性能及節(jié)省功率方案解析

利用LED光源以及分段控制實現(xiàn)的先進背光技術可能創(chuàng)造鮮明的觀看體驗，與此同時，還把LCD TV的功耗極大地降低達80%。

采用LED的固體背光在LCD TV應用中有著許多獨特的優(yōu)點。與目前在大面積LCD背光中主宰市場的冷陰極熒光燈管(CCFL)以及熱陰極熒光燈(HCFL)相比，LED能夠提供更佳的功效。

這并不是固有地緣于它們的光效高(流明每瓦)—它是現(xiàn)在唯一可與CCFL媲美的光源，而是因為LED可以被更加靈活和有效地調光以匹配所需要的圖像亮度。二維背光調光采用可尋址的LED陣列來創(chuàng)建更為生動的觀看體驗，更高的對比度，更寬的色域，以及更佳的色彩飽和度。

在過去幾年中，人們推出了各種用于CCFL和HCFL背光的調光技術。例如，在一些情形下，整個背光被調整，以匹配所需要的圖像亮度，這種技術被稱為零維調光。當調光沿著一個軸執(zhí)行時(例如，通過控制一根HCFL燈或一組并聯(lián)的CCFL燈的光強)，它被稱為1維調光。

最近，隨著LED的成本降低以及性能的提高，現(xiàn)在使得LED背光成為了更切合實際的提議，從而為新型以及更有效的背光調光技術開辟了可能性。實際上，LED可以被方便地排列成二維陣列并分別進行控制，從而使之可能執(zhí)行二維調光(水平和垂直)，而這時采用傳統(tǒng)的CCFL或HCFL燈無法實現(xiàn)的。這就允許背光電路在所顯示的圖像的明亮區(qū)域背后的局部產(chǎn)生更多的光線，而在不顯示圖像的暗區(qū)域產(chǎn)生較暗的光線。

實際上，一個10 x 18高效的白光LED足以為典型的圖像內容而最優(yōu)化背光的強度，從而導致更大的對比度并極大地降低背光電路的平均功耗。這種根據(jù)圖像內容局部控制背光輸出的技術能夠把為典型電視圖像內容提供背光的功耗平均大約降低50%。

從白光到RGB背光

如果三個一組的彩色RGB LED被用于取代白光LED，那么，二維LED背光提供更大的優(yōu)點。與傳統(tǒng)的背光LCD面板相比，通過控制RGB三個一組的LED當中紅、綠、藍三色的強度，可以實現(xiàn)的色域被極大地擴寬了。因此，一組RGB LED背光可能創(chuàng)建更明亮、更深厚、更飽和的色彩。

因此，智能飽和控制能夠被應用于把視頻內容的彩色空間(sRGB)映射至LED的背光色彩空間。這樣的映射算法應該保留白色、膚色以及軟色不變，但是，能夠把飽和色擴展至只有LED才能夠產(chǎn)生的生動水平。

圖1：二維彩色調光

把RGB LED按照二維陣列排列并以色彩為基礎分別控制它們(二維調光)，就可以降低功耗并提高色域以及對比度。這是因為每一個背光段僅僅需要產(chǎn)生在它們前面的LCD像素將要發(fā)出的那部分可見光譜，如圖1所示。

傳統(tǒng)的白光背光利用固定顏色的白點來產(chǎn)生可見光譜，因此，它的大部分光譜能量被禁錮并以熱的形式在LCD面板的彩色濾光片中被消耗掉。根據(jù)圖像內容對背光輸出的顏色進行局部控制，對于典型的電視內容來說，平均大約可以節(jié)省80%的功耗。

背光調光的復雜性

盡管它存在這些好處，但是，背光調光并不是很簡單的。這是因為它引入了調節(jié)圖像亮度的兩種不同方式。

為了實現(xiàn)低亮度的圖像，如夜景，你可以利用LCD像素阻塞更多的背光輸出或者交替地調整背光。從空間和時間對比度以及色域方面出發(fā)，對屏幕正面的性能以及背光的功耗進行最優(yōu)化可以通過增加像素驅動信號來補償背光亮度的減少而實現(xiàn)。

因此，自適應背光調光在視頻流中需要執(zhí)行大量的圖像處理，以分析圖像的內容。所采集的信息然后需要被智能地與背光的特征結合起來，以便得到最優(yōu)化的背光以及像素驅動信號。

挑戰(zhàn)在于要把非常低空間分辨率的背光(典型情況為10 x 18段)與非常高清晰度的LCD面板(對于高清電視來說是1920 x 1080像素)。

因為鄰近背光段之間存在光耦合，情況變得更加復雜；實際上，每一段均把它的的一些光線泄漏至鄰近的各段。

實現(xiàn)平衡

通過對圖像各個像素的R、G和B的數(shù)值分別進行統(tǒng)計分析，可以確定所需要的最優(yōu)化背光級別，以便為相應的背光段確定合適的驅動電平。

如果所有的像素電平均為高，它們將在常規(guī)的背光電平上與背光匹配。當RGB像素數(shù)值低時，背光電平被調節(jié)為最小化通過面板的光線泄漏，LCD像素的RGB增益需要被增加以保持所需要的圖像亮度。

對比度(特別是對暗級)將得到改善，但是，會削去明亮的像素。因此，自適應背光算法需要找到最優(yōu)化的折中。紅、綠、藍增益也需要被調節(jié)，從而在LCD面板的彩色濾光片中補償來自背光的不斷變化的RGB混合的光線級別。

背光各段之間的交互作用

因光耦合導致的背光各段之間的交互作用對整個圖像的性能有很大影響。這種耦合限制有效的空間背光調制，因此，可實現(xiàn)的圖像質量改進非常依賴于背光的特性和構造。

耦合補償?shù)牧硪粋€重要方面就是在標稱電平上動態(tài)地驅動背光LED，這個過程被稱為自適應提升。這樣就可以補償因鄰近段調光而引起的某一段的光線不足的問題。

耦合補償有助于降低一段的中心的預測光線級別與所需要的光線級別之差。因此，背光曲線的空間調制被放大了。

然而，直接線性誤差補償會導致在明亮的各段的邊界處缺乏光線。不對稱補償可以防止出現(xiàn)這一問題，如圖2所示。

圖2：對稱和非對稱耦合補償

在背光中LED數(shù)目少的地方，采用背光提升技術的機會被限制了。這是因為LED數(shù)目少，每一個LED必須被驅動至最大電平以實現(xiàn)所需要的圖像亮度。

然而，隨著背光中LED數(shù)目的增加，背光提升技術可以被用于獲得更大的效果，不僅僅補償耦合，而且提高明亮的圖像內容的鮮明程度。

隨著LED數(shù)目的增加，背光段會更小，從而允許背光亮度在更大的范圍內被調制，并提供更具時空感的對比度。對于典型的圖像內容，利用調光和提升技術可以把功耗降低50%以上，而不會引入可見的圖像被人為處理的痕跡。