既增強(qiáng)TV性能又節(jié)省功耗的LCD自適應(yīng)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)造一種鮮活生動的視覺感受，同時大大降低LCD TV機(jī)的功耗，降低程度可高達(dá)80%。

采用LED的固態(tài)背光控制應(yīng)用于LCD TV時存在許多獨特的優(yōu)點。與當(dāng)前市場上大屏幕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。

實際上LED的光學(xué)效率目前與CCFL相當(dāng)，其高能效并非是其光學(xué)效率(流明每瓦)的自然結(jié)果，而是由于其明暗程度可以更靈活高效地控制，以滿足圖像亮度的要求。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)造的視覺效果更加生動，對比度更強(qiáng)，色域更廣，色彩飽和度也更好。

過去幾年，CCFL和HCFL背光控制中采用了多種亮度控制技術(shù)。例如，有時為了滿足圖像亮度的要求，整個背光都被調(diào)暗，這采用的是一種叫做0維調(diào)光(dimming)的技術(shù)。如果調(diào)光是沿著一條單軸進(jìn)行的(例如通過控制一根HCFL熒光燈的亮度或同時控制一組CCFL熒光燈的亮度)，就叫做一維調(diào)光。

隨著最近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二維陣列并實現(xiàn)每個陣列單元的單獨控制這一事實又讓二維(水平和垂直方向)調(diào)光成為可能，這在過去采用傳統(tǒng)CCFL或HCFL熒光燈時是不可能實現(xiàn)的。二維調(diào)光能在顯示圖片的亮區(qū)域背后局部地產(chǎn)生更多的光，而在暗區(qū)域產(chǎn)生較少的光。

實際上，一個10x18的高效白色LED陣列就足以局部優(yōu)化一般圖像內(nèi)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(nèi)容的背光輸出局部控制在典型的TV圖像內(nèi)容上平均能節(jié)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。通過控制RGB中紅、綠、藍(lán)LED的亮度，可實現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)寬于傳統(tǒng)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，我們可以通過智能飽和度控制將視頻內(nèi)容(RGB)的色彩空間映射到LED背光的色彩空間。此類映射算法不應(yīng)改變圖像中的白色、膚色和柔和色，但卻能將飽和色擴(kuò)展到只有LED才能實現(xiàn)的鮮亮程度。

將RGB LED按二維陣列的方式排放并在單色基礎(chǔ)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)射的可見光譜部分，見圖1。

圖1：2維彩色調(diào)光控制。

傳統(tǒng)白背光是利用一個固定的白色點來產(chǎn)生可見光譜，但很大一部分能量都無法通過LCD發(fā)射出去，而變成熱能消耗在LCD面板的濾色器中。基于圖像內(nèi)容進(jìn)行背光輸出的局部色彩控制用于典型TV圖像內(nèi)容時則能節(jié)省大約80%的功耗。

背光調(diào)光控制的復(fù)雜性

盡管優(yōu)點很多，但背光明暗控制的復(fù)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(diào)節(jié)方式。

為了顯示夜景等低亮度圖像，我們可以利用LCD的像素來阻礙更多背光的輸出，或者也可以直接將背光調(diào)暗。從空間和時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，這些都是通過獲取像素驅(qū)動信號來補(bǔ)償背光流明的降低而實現(xiàn)的。

因此，自適應(yīng)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(nèi)容。然后，還要將所需的信息與背光的特性巧妙地組合起來，這樣才能產(chǎn)生最佳的背光和像素驅(qū)動信號。

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

相鄰背光區(qū)段之間光學(xué)干擾的存在讓情況變得更加復(fù)雜，這是因為每一個背光區(qū)段發(fā)出的光都會漏到其鄰近的區(qū)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(tǒng)計分析，這樣才能為相應(yīng)的背光分段確定合適的驅(qū)動電平。

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(dāng)RGB像素值為低電平時，就應(yīng)將背光電平調(diào)暗，以減少通過顯示面板漏出的光。同時，還要增大用于LCD像素的RGB增益，以保證圖像亮度滿足要求。

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