CN101739973A - 显示设备及其显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种显示设备及其显示方法。所述显示设备，包括平均灰度计算单元，伽玛校正单元、伽玛生成单元、背光控制单元和源驱动单元，所述背光控制单元和伽玛校正单元根据平均灰度计算单元计算出表征整幅图像的平均灰度的平均灰度值选择相适应的背光控制信号和伽玛校正曲线电压，使显示设备根据图像数据动态调节背光亮度，同时采取伽玛校正提高显示图像的相对对比度。实现了显示设备的低功耗、高清晰的显示。

Description

显示设备及其显示方法

技术领域

本发明涉及显示系统，尤其是涉及一种显示设备及显示方法。

背景技术

通常，因为液晶显示器(LCD)设备中液晶本身不产生光，所以LCD设备应该使用独立的光源发射的光。因此，LCD设备具有置于液晶面板后表面的背光单元，背光单元发光形成光源。LCD设备中液晶面板根据驱动电压的不同，透过不同亮度的光，来显示图像。因此背光是LCD主要的耗能单元。

近年来，具有显示功能的便携式电子产品得到迅速发展和广泛应用。而此类设备大多由电池供电，所以如何减小功耗是电路设计者追求的目标。在液晶显示结构中，背光单元是最有可能降低能耗的部件。因为只要液晶显示器在工作，液晶显示的背光单元发射的光的强度是一直不变的。如果液晶显示的背光亮度能随显示的内容改变而改变，那么背光单元消耗的能量，相对于以前来说，是有所下降的。现在的背光单元虽然可以做到背光亮度随显示内容改变，但是由于背光的改变导致了对比度的下降，导致此时显示效果不理想。所以，在低能耗的情况下，如何提高显示效果成为该领域的研究热点。

发明内容

有鉴于此，为了解决上述降低背光同时对比度下降而带来显示效果不佳的问题，特提出一种显示设备及显示方法。

一种显示设备，包括接收图像信号并产生驱动信号的驱动单元、与驱动单元连接接受驱动单元控制的背光系统和与驱动单元连接接受驱动单元控制的显示面板，其中所述驱动单元包括：

平均灰度计算单元，接收图像数据，并根据该数据计算整幅图像的平均灰度；

伽玛校正单元，与平均灰度单元连接，根据接收的整幅图像的平均灰度选择伽玛电压输出；

伽玛生成单元，与伽玛校正单元连接，生成伽玛电压输出；

背光控制单元，分别与平均灰度计算单元和背光系统连接，根据接收的整幅图像的平均灰度，控制背光系统的亮度；

源驱动单元，与伽玛生成单元和显示面板连接，根据接收的图像数据和伽玛电压驱动与显示面板显示图像。

一种显示设备显示方法，包括如下步骤：

B、平均灰度计算单元逐行接收的图像数据并根据接收的图像数据计算整幅图像的平均灰度；

C、伽玛校正单元根据整幅图像的平均灰度选择伽玛校正电压输出；

D、伽玛生成单元根据伽玛校正单元输出的信号生成伽玛电压输出；

E、背光控制单元根据接收的整幅图像的平均灰度控制背光系统的亮度；

F、源驱动单元根据接收的图像数据和伽玛电压，驱动与之连接的显示面板显示图像。

本发明通过根据图像内容改变背光系统的亮度的同时实施伽玛校正，实现了降低能耗的同时提高了显示对比度，显示效果得到了增强。

下面结合附图公开本发明示例性实施例的详细描述，使本发明的目的、优点和显著的特征对于本领域的技术人来讲变得清楚。

附图说明

图1本发明第一实施例的显示设备的结构示意图；

图2本发明第一实施例的显示设备的显示方法流程图；

图3本发明第二实施例的显示设备的结构示意图；

图4本发明第二实施例的显示设备的显示方法流程图；

图5本发明第二实施例部分显示设备的显示亮度与灰度值的函数关系图；

图6采取伽玛补偿及背光控制与只采取背光控制的显示效果比较图；

图6(a)是原始显示图像；

图6(b)是只经过背光处理的显示图像；

图6(c)是同时经过伽玛补偿和背光控制处理的显示图像。

具体实施方式

图1是本发明第一实施例的显示设备的结构示意图。

参照图1，本发明实施例的显示设备包括背光系统300、显示面板400和驱动单元，显示面板在背光系统提供背光和驱动单元的驱动下显示图像。所述驱动单元包括平均灰度计算单元210、伽玛校正单元230、背光控制单元240、伽玛生成单元260和源驱动单元220。

平均灰度计算单元210，接收图像数据，并根据该数据计算整幅图像的平均灰度；

伽玛校正单元230，与平均灰度单元连接，根据接收的整幅图像的平均灰度选择伽玛电压输出；

伽玛生成单元260，与伽玛校正单元260连接，生成伽玛电压输出；

背光控制单元240，分别与平均灰度计算单元210和背光系统300连接，根据接收的整幅图像的平均灰度，控制背光系统的亮度；

源驱动单元220，与伽玛生成单元260和显示面板400连接，根据接收的图像数据和伽玛电压驱动显示面板400显示图像。

本实施例中图像数据的输入是通过时序逻辑单元控制存储有图像数据的存储器逐行将图像数据送入平均灰度计算单元和源驱动单元。所述存储器是SRAM存储器。

图2本发明第一实施例的显示设备的显示方法流程图。

如图2所示，显示设备的显示方法包括：

S200，平均灰度计算单元根据接收的图像数据计算整幅图像的平均灰度；

S300，伽玛校正单元根据整幅图像的平均灰度选择伽玛校正电压输出；

S400，伽玛生成单元根据伽玛校正单元输出的信号生成伽玛电压输出；

S500，背光控制单元根据接收的整幅图像的平均灰度控制背光系统的亮度；

S600，源驱动单元根据接收的图像数据和伽玛电压，驱动与之连接的显示面板显示图像。

本实施例中的图像输入方式是：

S100，存储有图像数据的存储器在时序逻辑单元的控制下逐行将图像数据传送给平均灰度计算单元和源驱动单元；

所述步骤S100在步骤S200之前。

所述显示设备在所述显示方法的控制下显示图像，显示设备的平均灰度计算单元计算出表征图像整体平均灰度的平均灰度值。显示设备中的背光控制单元和伽玛校正单元根据表征图像整体平均灰度的平均灰度值选择相适应的背光控制信号和伽玛校正电压。显示设备实现根据图像数据动态改变背光亮度的同时同该采取伽玛校正改变显示图像的对比度。实现了显示设备的低功耗、高清晰的显示。

图3是本发明第二实施例的显示设备的结构示意图。如图3所示，本实施例的显示设备是在前一实施例的基础上提出的，本发明实施例的显示设备包括存储器100、背光系统300、显示面板400、时序逻辑单元250、平均灰度计算单元210、伽玛校正单元230、背光控制单元240、伽玛生成单元260和源驱动单元220，各单元的连接关系如前实施例所述，在此不再赘述。

进一步，所述的平均灰度计算单元包括加法器和累加器。本实施例中优选平均灰度计算单元210包括加法器211、移位寄存器212和累加器213，所述加法器211与存储器100连接，接收存储器100逐行发送的图像数据，并对每行图像数据的灰度值进行加法运算；所述累加器213与加法器211连接，接受加法器211对每行图像数据运算得出的结果，并进行累加得到整个图像的灰度和；所述移位寄存器212与累加器213连接，通过移位得到整幅图像的平均灰度值。

进一步，所述的伽玛校正单元230包括伽玛选择单元232和伽玛拟合单元231，所述伽玛拟合单元231，存储有根据液晶的光电特性拟合不同背光亮度下对应的伽玛曲线；所述伽玛选择单元232的第一输入端与平均灰度计算单元210中的移位寄存器212连接，所述伽玛选择单元232的第二输入端与伽玛拟合单元231连接，所述伽玛选择单元232的输出端与伽玛生成单元260相连；伽玛选择单元232根据整幅图像平均灰度值，选择相应的伽玛拟合曲线对应的伽玛电压送至所述伽玛生成单元。

进一步，所述背光控制单元240包括PWM选择单元242和PWM生成单元243，所述PWM生成单243元，生成并存储一定频率不同占空比的脉冲调制信号；所述PWM选择单元242的第一输入端，第二输入端分别与平均灰度计算单元210、PWM生成单元243连接，所述PWM选择单元242根据整幅图像的平均灰度值选取控制背光系统300亮度的脉冲调制信号通过输出端输出到背光系统300。所述背光系统300为LED背光系统。

图4是本发明第二实施例的显示方法流程图。

如图4所示：本实施例是在前述显示方法的基础上提出的：

进一步，所述的步骤S100之前还包括步骤：

S101、显示设备接收原始的图像数据并将其存储在存储器中。

显示设备中的存储器直接存储原始的图像数据，并将这没有经过处理的图像数据发送给驱动单元中的平均灰度计算单元和源驱动单元。这种处理方式减少了将原始图像数据传送到驱动单元的处理过程及时间，有利于视频信号的显示。

进一步，在于所述步骤S100优选：将存储器中的每行图像数据平分H等份，在时序逻辑单元的控制下逐行每行分H批将图像数据传送给平均灰度计算单元和源驱动单元。

以前处理图像数据是整行同时处理，需要的计算单元的数量较多。本实施例将一行图像数据分H批输入计算单元，每次输入的数据是以前整行输入时的1/H，因此，所需的计算单元的数量就会减少，节约了集成计算单元芯片的面积。

进一步，所述的步骤S200包括：

S201，图像数据每个像素点用一个M位的二进制数表示其真实的灰度值；

S202，选取像素点灰度M位二进制数中的高n位作为一独立二进制数，用此独立二进制数代表该象素点该分量的灰度参与计算平均灰度；

S203，将代表图像数据像素点灰度的独立二进制数送到加法器进行加法运算，得到一行图像数据的灰度和；

S204，对每行图像数据的灰度和进行累加，得到整幅图像的灰度和；

S205，对整个图像的灰度和进行移位处理，得到代表整幅图像灰度的平均值。

本步骤取代表像素点灰度M位二进制数中的高n位作为一独立二进制数，用此独立二进制数代表该象素点该分量的灰度参与计算平均灰度。本实施例所用的计算单元是能满足宽度为n位二进制数计算的计算单元。所以，应用本实施例方法进行处理的芯片面积较应用以前的平均灰度计算方法进行处理的芯片的的面积要小。因此，本实施例进一步缩小了芯片的面积。

灰度级数由M级降为n级，造成平均灰度的计算值与理论值存在偏差Δ。数学式1：

$\mathrm{\Δ}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{2^{M-n}}{a}_i{2}^i-\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\left[\frac{1}{2^{M-n}}{a}_i{2}^i\right]$ 且 $a_i=\frac{{1+(-1)}^i}{2}$

注：[]为取整运算符；N为图像的象素点总数；M为代表一个象素点灰度的位宽；n为代表一个象素的RGB分量近似灰度的独立二进制数位宽。

数学式2：

Δ∈(0，0.875)

选取M、n使Δ满足数学式2，则所选取得的高n位的二进制数代表M位的二进制数计算所得平均值与理论值的误差在一个灰度级以内，误差相对较小，不会影响显示效果。因此可以用满足数学式1和数学式2的n位的二进制数代表M位的二进制数来计算平均灰度值。图像平均灰度计算原理如下：

设图像大小为X行，Y列，则像素点的总数为N＝XY。灰度为i(i＝0，...，L-1，一般是0～255)的象素个数为n_i，则平均灰度为

以64灰度级的320×240RGB LCD Driver为例，点数为320×240，则平均灰度为

进一步，所述步骤S300包括：

S301，伽玛选择单元根据平均灰度值i′得出进行背光调制之前显示亮度值L(i)，L(i)的值由数学式3得出。

数学式3：

L(i)＝a×i^γ+b

注：a、b：液晶显示器的特性参数；γ，伽玛值；i，灰度值；

S302，伽玛选择单元根据显示亮度值L(i)＝L(i′)，得出i′；L(i′)由数学式4得出。

数学式4：

L(i′)＝k(a×i′^γ+b)

注：k为背光调节倍数

S303，伽玛选择单元根据i′从伽玛曲线拟合单元中选择相应的伽玛补偿曲线的电压输出。

本步骤中伽玛选择单元根据背光调制之前显示亮度值L(i)得到i′，伽玛选择单元根据从伽玛曲线拟合单元中选择选取相应的伽玛补偿曲线的电压给伽玛生成单元，以驱动显示面板。本实施例中的伽玛曲线拟合单元与伽玛产生单元也应用在显示设备的显示方法的其他步骤中，提高了器件的利用率。

进一步，所述的步骤S500包括：

S501，生成一定频率的占空比不同的脉冲信号；

S502，存储生成的脉冲信号；

S503，根据接收的整幅图像的平均灰度值选择脉冲信号输出以调节背光系统的背光亮度。

所述背光系统是LED背光系统。

步骤S300与步骤S400是同步进行的。

由液晶屏特性知，显示亮度L和灰度级i之间存在函数关系：L(i)＝a×i^γ+b。调节背光后，整体亮度衰减为原来的K倍，即L(i)′＝k(a×i^γ+b)。为使背光和伽玛调节的效果最佳，K应该满足数学式5。

数学式5：K∈(0，1)

背光调整前后的显示亮度与灰度值关系如图5所示。从图5中分析曲线可得：背光调节前后，取得相同显示亮度所对应的灰度级分别为是i1、i2，若实现背光调节前后显示亮度近似，可用i2对灰度级i1修正。

根据图像整体的平均灰度i1，得到显示亮度L(i1)，L(i1)＝a×i1^γ+b；根据L(i1)＝k(a×i2^γ+b)，得到i2。伽玛选择单元根据灰度值i2选取伽玛曲线拟合单元中相应的伽玛补偿曲线的电压输出到源驱动单元，驱动显示面板显示图像，实现与背光调节相适应的gamma补偿。

本实施例选择较优的器件和方法，经过伽玛补偿和背光控制处理，实现了图像显示效果要明显好于只进行背光控制处理时的显示效果。达到了本发明的目的，如图6所示。图6中，图6(a)是原始显示图像；图6(b)是只经过背光处理的显示图像；图6(c)是同时经过伽玛补偿和背光控制处理的显示图像。图6(c)中的花瓶中的土清晰程度与图6(a)中的相仿。图6(b)中的月花瓶中的土与背景分不清都是黑色的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种显示设备，包括接收图像信号并产生驱动信号的驱动单元、与驱动单元连接接受驱动单元控制的背光系统和与驱动单元连接接受驱动单元控制的显示面板，其特征在于所述驱动单元包括：

平均灰度计算单元，接收图像数据，并根据该数据计算整幅图像的平均灰度；

伽玛校正单元，与平均灰度单元连接，根据接收的整幅图像的平均灰度选择伽玛电压输出；

伽玛生成单元，与伽玛校正单元连接，生成伽玛电压输出；

背光控制单元，分别与平均灰度计算单元和背光系统连接，根据接收的整幅图像的平均灰度，控制背光系统的亮度；

源驱动单元，与伽玛生成单元和显示面板连接，根据接收的图像数据和伽玛电压驱动显示面板显示图像。

2.如权利要求1所述的显示设备，其特征在于还包括时序逻辑单元和图像存储单元，所述时序逻辑单元与存储有图像数据的存储器连接，控制存储器逐行将图像数据传送到与之连接平均灰度计算单元和源驱动单元。

3.如权利要求1或2所述的显示设备，其特征在于所述的平均灰度计算单元包括加法器和累加器，所述加法器接收图像数据，并对图像数据的灰度值进行加法运算；所述累加器与加法器连接，接收加法器对图像数据运算得出的结果进行累加得到整幅图像的灰度和并对整幅图像的灰度和进行移位运算得到整幅图像平均灰度值。

4.如权利要求1或2所述的显示设备，其特征在于所述伽玛校正单元包括伽玛拟合单元和伽玛选择单元；所述伽玛拟合单元，存储有根据液晶的光电特性拟合不同背光亮度下对应的伽玛拟合曲线；所述伽玛选择单元的第一输入端与平均灰度计算单元连接，所述伽玛选择单元的第二输入端与伽玛拟合单元连接，所述伽玛选择单元的输出端与伽玛生成单元相连；伽玛选择单元根据整幅图像平均灰度值，选择相应的伽玛拟合曲线对应的伽玛电压送至所述伽玛生成单元。

5.如权利要求1或2所述的显示设备，其特征在于所述背光控制单元包括PWM生成单元和PWM选择单元；所述PWM生成单元，生成并存储一定频率不同占空比的脉冲调制信号；所述PWM选择单元的第一输入端，第二输入端分别与平均灰度计算单元、PWM生成单元连接，所述PWM选择单元根据整幅图像的平均灰度值选取控制背光系统亮度的脉冲调制信号通过输出端输出到背光系统。

6.一种显示设备显示方法，包括如下步骤：

B、平均灰度计算单元逐行接收的图像数据并根据接收的图像数据计算整幅图像的平均灰度；

C、伽玛校正单元根据整幅图像的平均灰度选择伽玛校正电压输出；

D、伽玛生成单元根据伽玛校正单元输出的信号生成伽玛电压输出；

E、背光控制单元根据接收的整幅图像的平均灰度控制背光系统的亮度；

F、源驱动单元根据接收的图像数据和伽玛电压，驱动与之连接的显示面板显示图像。

7.如权利要求6所述的显示设备的显示方法，其特征在于，所述步骤B之前还包括步骤A：

A、存储有图像数据的存储器在时序逻辑单元的控制下逐行将图像数据传送给平均灰度计算单元和源驱动单元。

8.如权利要求6或7所述的显示设备显示方法，其特征在于，所述的步骤B包括：

B1、图像数据每个像素点用一个M位的二进制数表示其真实的灰度值；

B2、选取像素点灰度M位二进制数中的高n位作为一独立二进制数，用此独立二进制数代表该象素点该分量的灰度参与计算平均灰度；

B3、将代表图像数据像素点灰度的独立二进制数送到加法器进行加法运算，得到一行图像数据的灰度和；

B4、对每行图像数据的灰度和进行累加，得到整幅图像的灰度和；

B5、对整个图像的灰度和进行移位处理，得到代表整幅图像灰度的平均值。

9.如权利要求7所述的显示设备显示方法，其特征在于所述步骤A还包括：

A1、将每行数据平分H等份，一行数据分H批传送至平均灰度计算单元。

10.如权利要求8所述的显示设备显示方法，其特征在于所述步骤B3优选：将代表像素点灰度的独立二进制数分时串行送到加法器进行加法运算，得到一行图像数据像素点的灰度和。

11.如权利要求6或7所述的显示设备显示方法，其特征在于，所述的步骤E包括：

E1：生成一定频率的占空比不同的脉冲信号；

E2：存储生成的脉冲信号；

E3：根据接收的整幅图像的平均灰度值选择脉冲信号输出以调节背光系统的背光亮度。

12.如权利要求6或7所述的显示设备显示方法，其特征在于，所述的步骤C包括：

C1，伽玛选择单元根据平均灰度值i得出进行背光调制之前显示亮度值L(i)，L(i)＝a×i^γ+b；

C2，伽玛选择单元根据显示亮度值L(i)＝L(i′)＝K(a×i′^γ+b)，得出i′；

C3，伽玛选择单元根据i′从伽玛曲线拟合单元中选择相应的伽玛补偿曲线的电压输出。

13.如权利要求12所述的显示设备显示方法，其特征在于，所述的步骤C2中的K∈(0，1)。

14.如权利要求8所述的显示设备显示方法，其特征在于：M、n使Δ满足Δ∈(0，0.875)，Δ为用所述独立二进制数代表该象素点的灰度参与计算平均灰度产生的偏差。

15.如权利要求7所述的显示设备显示的方法，其特征在于，所述的步骤A之前，还包括步骤：

G、显示设备接收原始的图像数据并将其存储在存储器中。

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