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CN103069478A - 视频显示控制装置 - Google Patents

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CN103069478A CN2011800396605A CN201180039660A CN103069478A CN 103069478 A CN103069478 A CN 103069478A CN 2011800396605 A CN2011800396605 A CN 2011800396605A CN 201180039660 A CN201180039660 A CN 201180039660A CN 103069478 A CN103069478 A CN 103069478A
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Abstract

视频显示控制装置（1），配备有：视频信号处理单元（112），基于由控制数据生成单元（131）生成的控制数据校正视频信号，并将经校正的视频信号输出至显示器（12）；以及背光控制单元（14），基于视频信号的平均亮度与经校正的视频信号的平均亮度之间的差，控制背光（122）的发光亮度。控制数据生成单元（131）将所述视频信号的高灰度等级区域动态范围的部分分配至低灰度等级区域，并且背光控制单元（14）根据经校正的视频信号的平均亮度相对于所述视频信号的平均亮度的增加或减小，控制背光（122）的发光亮度，以便抵消屏幕（121）上显示的视频的平均亮度的增加或减小。这使得即使视频信号的振幅等于其动态范围的宽度，也可以提高对比度并降低电耗。

Description

视频显示控制装置
技术领域
本发明涉及一种视频显示控制装置，其控制显示器上显示的视频的对比度以及背光的发光亮度。
背景技术
在传统的显示器中，通常通过用户的手动操作来调整显示视频的对比度、或背光的发光亮度。近些年中，已经提出了根据随着时间经过而变化的输入视频信号动态地控制显示视频的对比度和背光的发光亮度的方法，以便提高图像质量或降低耗电（例如，参见专利文献1）。根据上述方法，可以在提高显示视频的对比度的同时实现耗电降低。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP-A-2006-145886
发明内容
本发明要解决的问题
然而，因为在上述方法中基于显示器的最大亮度执行对显示视频的对比度和背光的发光亮度的控制，所以在部分叠加诸如字幕、信息条（ticker）等白色字符的实际视频中，有时降低效果。
本发明的目的是提供一种视频显示控制装置，其即使在视频信号的振幅等于动态范围的宽度时也可以实现对比度提高和耗电降低。
用于解决该问题的手段
为了实现上述目的，根据本发明的视频显示控制装置控制视频在具有屏幕和用于朝着屏幕发光的背光的显示器上的显示。视频显示控制装置包括：特征检测单元，检测输入至视频显示控制装置的视频信号的平均亮度、以及与亮度有关的直方图的值；控制数据生成单元，基于由特征检测单元检测的值生成用于校正视频信号的控制数据；视频信号处理单元，基于由控制数据生成单元生成的控制数据校正视频信号，并将经校正的视频信号输出至显示器；以及背光控制单元，基于视频信号的平均亮度与经校正的视频信号的平均亮度之间的差控制背光的发光量。控制数据生成单元生成控制数据，所述控制数据使得视频信号处理单元执行将视频信号的高灰度等级（gradation）区域的动态范围分配至视频信号的低灰度等级区域的校正。背光控制单元根据经校正的视频信号的平均亮度相对于视频信号的平均亮度的增加或减小，控制背光的发光亮度，以便抵消屏幕上显示的视频的平均亮度的增加或减小。
本发明的优势
根据本发明的视频显示控制装置，将高灰度等级区域的动态范围分配至低灰度等级区域，并且，根据通过所述分配所导致的视频信号的平均亮度的增加或减小，控制背光的发光亮度，以便抵消要在屏幕上显示的视频的平均亮度的增加或减小。因此，即使在视频信号的振幅等于动态范围的宽度时，也可以在将视频的视觉明亮度维持在大致恒定的水平的同时实现对比度的提高和耗电的降低。
附图说明
图1是示出根据本发明实施例的视频显示控制装置及其外围装置的结构的框图。
图2是示出直方图的示例的示意图。
图3是示出控制数据生成单元131的操作的流程图。
图4是示出基于图2中所示的直方图的值校正视频信号前后的伽马特征的示例的曲线图。
图5是示出控制数据生成单元131的从图3中所示的示例发展的操作的流程图。
图6是示出基于图4中所示的直方图的值的校正后的伽马特征的示例、以及基于在执行步骤S30的处理之后获得的直方图的值的校正后的伽马特征的示例的曲线图。
图7是示出要从区域D分配至其它区域的动态范围的量（比率）的导出（induction）基准的示例的曲线图。
具体实施方式
图1是示出根据本发明实施例的视频显示控制装置及其外围装置的结构的框图。如图1中所示，诸如DVD播放器等的视频源2连接至视频显示控制装置1的输入侧，并且，显示器12连接至其输出侧。
显示器12是例如液晶显示器，并且至少配备有屏幕121和背光122。在屏幕121上显示根据从视频显示控制装置1发送的视频信号V1的视频。背光122被布置在屏幕121的背面，并朝着屏幕121施加光，以便显示视频。顺便提及，由视频显示控制装置1控制背光122的发光亮度。
视频显示控制装置1配备有视频处理LSI11、控制数据生成单元131和背光控制单元14。视频处理LSI11对从视频源2接收的视频信号V施加预定处理，并将处理后的视频信号V1输出至显示器12。视频处理LSI11具有特征检测单元111和视频信号处理单元112。
特征检测单元111计算由视频信号V表示的视频的特征量组F。特征检测单元111将所计算的特征量组F输出至控制数据生成单元131。特征量组F是包括视频信号V的平均亮度APL和直方图的值的信息。另外，特征检测单元111将视频信号V输出至在其后级的视频信号处理单元112。
平均亮度APL是通过将由视频信号V表示的一帧中的像素的亮度值的总和除以该帧中的像素的总数目而获得的值。直方图的值是表示由视频信号V表示的视频的一帧中的亮度的灰度等级分布。图2是示出直方图的示例的示意图。在本实施例中，如图2中所示，亮度级由从0至255的256个灰度等级（8比特）表示。特征检测单元111将表示形成一帧的每个像素的亮度级的256个灰度等级划分为4个区域A至D，并检测每个区域的直方图的值。
在以下描述中，区域A（灰度等级0至63）的直方图的值由HA表示，区域B（灰度等级64至127）的直方图的值由HB表示，区域C（灰度等级128至191）的直方图的值由HC表示，以及区域D（灰度等级192至255）的直方图的值由HD表示。
视频信号处理单元112基于从控制数据生成单元131接收的校正量组C校正视频信号V。视频信号处理单元112将经校正的视频信号V1输出至显示器12。校正量组C是用于校正伽马特征的参数，并且，稍后将描述其细节。
背光控制单元14基于从控制数据生成单元131接收的亮度控制信号L，控制提供显示器12的背光122的发光亮度。
控制数据生成单元131执行存储器（未示出）中存储的程序，以便生成要被发送至视频信号处理单元112的校正量组C、以及要被发送至背光控制单元14的亮度控制信号L。图3是示出控制数据生成单元131的操作的流程图。在下文中，参考图3描述作为控制数据生成单元131的基本操作的对比度提高处理。
如图3中所示，控制数据生成单元131根据从特征检测单元111获得的特征量组F中包括的视频信号V的直方图的值HA至HD的大小，生成用于校正视频信号V的伽马特征的校正量组C（步骤S31）。校正量组C包括表示各个区域A至D的、指示校正后的伽马特征的直线的斜率和截距（intercept）的信息。同时，表示经校正的伽马特征的4条直线在以下描述中被称为“伽马线图”。
图4是示出基于图2中所示的直方图的值校正视频信号前后的伽马特征的曲线图。执行控制以使得：根据各个区域A至D的直方图的值，使得由图4中的点线所指示的一条直线表示的处理前的伽马特征成为由四条直线形成的伽马特征（处理后的伽马特征），在由四条直线形成的伽马特征中，使得具有较大的直方图的值的区域的斜率较大，而具有较小的直方图的值的区域的斜率较小。
当校正基于校正量组C的视频信号V的伽马特征时，扩大直方图的值相对较大的区域的动态范围，而缩小直方图的值相对较小的区域的动态范围。因此，校正后的斜率比校正前的斜率大得越多，动态范围就被扩大得越多，而校正后的斜率比校正前的斜率小得越多，动态范围就被缩小得越多。
顺便提及，如图2和图4中所示，在将灰度等级0至256划分为4个区域A至D的情况下，通过使用下列公式计算各个区域中表示校正后的伽马特征的直线的斜率。特征检测单元111基于特征量组F中包括的视频信号V的直方图的值HA至HD计算各个区域的直线的斜率。
区域A的斜率=HA/{(HA+HB+HC+HD)×64}
区域B的斜率=HB/{(HA+HB+HC+HD)×64}
区域C的斜率=HC/{(HA+HB+HC+HD)×64}
区域D的斜率=HD/{(HA+HB+HC+HD)×64}
接下来，控制数据生成单元131基于特征量组F中包括的直方图的值、以及校正后的伽马特征，计算被校正了伽马特征的视频信号V1的平均亮度APL1（步骤S32）。接下来，控制数据生成单元131基于如下所述公式（1）计算视频信号V1的平均亮度APL1与视频信号V的平均亮度APL之间的差（偏移量S1）（步骤S33）。
偏移量S1=APL-APL1…(1)
接下来，控制数据生成单元131将步骤S31中计算的包括伽马线图的斜率和截距的校正量组C输出至视频信号处理单元112（步骤S34）。校正量组C用作用于视频信号处理单元112的伽马校正参数。另外，控制数据生成单元131将表示步骤S33中计算的偏移量S1的亮度控制信号L输出至背光控制单元14（步骤S34）。
视频信号处理单元112基于从控制数据生成单元131获得的校正量组C校正视频信号V，并将校正后的视频信号V1输出至显示器12。另外，背光控制单元14基于从控制数据生成单元131获得的亮度控制信号L，将背光122的发光亮度从其基准亮度值增加或减小由亮度控制信号L表示的偏移量S1。
在本实施例中，因为在偏移量S1为正值的情况下由于视频信号V的校正而减小了平均亮度，所以背光控制单元14控制背光122，以便使得发光亮度比基准亮度值高了偏移量S1。另一方面，在由于视频信号处理单元112的校正而增加了平均亮度的情况下，因为偏移量S1基于上述公式（1）而变为负值，所以背光控制单元14控制背光122，以便使得发光亮度比基准亮度值低了偏移量S1。
根据上述实施例，将表示由视频信号表示的帧中的各个像素的亮度级的256个灰度等级划分为多个区域，并且，校正视频信号的伽马特征，使得直方图的值相对较大的区域的斜率增加，并且使得直方图的值相对较小的区域的斜率减小。因此，将宽的动态范围分配至关于屏幕占据较大面积的亮度级的部分。因此，即使在因为该视频中部分地叠加了诸如闭路字幕、信息条等的白色字符而使得视频信号的振幅与动态范围的宽度同样的情况下，也可以提高视频的对比度，而不导致诸如过白（whiteout）等的有害效果。
另外，基于视频信号V的平均亮度APL与被校正了伽马特征的视频信号V1的平均亮度APL1之间的差，增加或减小显示器12的背光122的发光亮度。因此，因为根据平均亮度控制背光122的发光亮度，所以，即使在平均亮度由于伽马特征的校正而改变时，也可以将屏幕121上的视频的视觉明亮度维持在大致恒定的水平。
图5是示出控制数据生成单元131的从图3中所示的示例发展的操作的流程图。在下文中，参考图5描述通过控制数据生成单元131提高对比度的处理和降低耗电的处理。控制数据生成单元131执行将分配给具有最高灰度等级的区域的动态范围的一部分分配给其它区域的处理（步骤S30）。在图2中所示的示例中，控制数据生成单元131执行将动态范围的一部分（区域D的线图的斜率）分配给区域A至C的处理。
同时，要从具有最高灰度等级的区域（区域D）分配至其它区域（区域A至C）的动态范围的量可以是预定量、或对应于区域D的动态范围的预定比率的量。另外，可以均衡或以预定水平加权要被分配至其它区域（区域A至C）中的每一个的动态范围的分布。
图6是示出基于图4中所示的直方图的值的校正后的伽马特征、以及基于在执行了步骤S30的处理之后获得的直方图的值的校正后的伽马特征的曲线图。在图6中所示的示例中，将区域D的动态范围的40%分散（distribute）至其它区域（区域A至C）。将从区域D分散的动态范围通过各自比率50%、25%和25%分散至区域A、区域B和区域C。
如图6中所示，通过将区域D的动态范围的该部分分配至区域A至C，分别增加了区域A至C的动态范围。因此，区域D的直方图的值减小，而区域A至C的直方图的值增加。在此情形中，控制数据生成单元131执行参考图3描述的步骤31的处理。结果，基于步骤S31中生成的校正量组C校正的视频信号V1的平均亮度APL2变为高于视频信号V的平均亮度APL。换言之，当通过将区域D的动态范围的部分分配至区域A至C而扩大区域A至C的动态范围时，属于区域A至C的像素的亮度作为整体被少量（bit）增加，使得经校正的视频信号V1的平均亮度增加。
接下来，基于步骤S30中改变的直方图的值以及校正后的伽马特征，控制数据生成单元131计算伽马特征被校正了的视频信号V1的平均亮度APL2（步骤S32A）。接下来，控制数据生成单元131根据以下所述的公式（2），计算视频信号V1的平均亮度APL2与视频信号V的平均亮度APL之间的差（偏移量S2）（步骤S33A）。
偏移量S2=APL-APL2…(2)
接下来，控制数据生成单元131将步骤S31中计算的包括伽马线图的斜率和截距的校正量组C输出至视频信号处理单元112（步骤S34）。校正量组C用作用于视频信号处理单元112的伽马校正参数。另外，控制数据生成单元131将表示步骤S33A中计算的偏移量S2的亮度控制信号L输出至背光控制单元14（步骤S34）。
如图6中所示，被施加了动态范围的分散（步骤S30的处理）的视频信号V1的平均亮度APL2高于未被施加上述处理的视频信号V1的平均亮度APL1。因此，偏移量S2与上述偏移量S1相比，变为在负方向上增加的值。背光控制单元14控制背光122，以便将发光亮度减小为比基准亮度值小偏移量S2。因此，与不执行步骤S30的处理的情况相比，背光122的发光亮度被减小了平均亮度APL2与APL1之间的差。
在上述描述中，根据图5和图6中所示的示例，将高灰度等级区域（图2中所示的示例中的区域D）的动态范围分配给低灰度等级区域（图2中所示的示例中的区域A至C），并且，减小背光122的发光亮度，以便抵消以上处理中生成的视频信号的平均亮度的增加量。结果，可以降低背光122的耗电，并将屏幕121上的视频的视觉明亮度维持在大致恒定的水平。
另外，与仅对视频信号施加线性增益的情况不同，因为将由于伽马线图而具有非线性特征的增益施加至视频信号，所以可以实现耗电的降低，并抑制诸如过白等的图像质量的有害效果。
因此，因为执行提高对比度的处理和降低耗电的处理两者，所以可以实现耗电的降低和对比度的提高，并将整个屏幕的明亮度维持在恒定水平。
同时，为了防止视频的每帧之间由于校正量组C的伽马校正参数、或偏移量的变化而导致的跳动（flopping），视频信号处理单元112或背光控制单元14可以经由低通滤波器执行响应于用于伽马校正的参数或偏移量的处理或控制。
在上述描述中，因为将灰度等级划分为4个区域，所以伽马线图具有4条直线。然而，区域的数目不限于4个，而是可以是2个或更多。因此，伽马线图由数目与区域的数目相同的直线形成。
另外，控制数据生成单元131可以根据高灰度等级区域的直方图的值，改变要从高灰度等级区域被分配至其它区域的动态范围的量。当通过将高灰度等级区域的动态范围的一部分分配至其它区域而执行减小背光122的发光亮度的控制时，将低灰度等级区域的视觉明亮度大致维持在恒定水平，但减小了100%白色的部分附近的峰值亮度。因此，可以减小包括许多亮像素的场景中的视觉明亮度。然而，通过在具有许多亮像素的场景中减小要从高灰度等级区域分配至其它区域的动态范围的量（比率），即使在具有许多亮像素的场景中，也可以将视觉明亮度维持在恒定水平。
在步骤S30中，控制数据生成单元131在区域D的直方图的值HD较大的情况下，减小要从区域D分配至其它区域的动态范围的量（比率），而在区域D的直方图的值HD较小的情况下，增加要从区域D分配至其它区域的动态范围的量（比率）。
图7是示出要从区域D分配至其它区域的动态范围的量（比率）的导出基准的示例的曲线图。如图7中所示，控制数据生成单元131在直方图的值HD大于第二阈值Th2的情况下，将区域D的动态范围的10%分配至其它区域，而在直方图的值HD小于第一阈值Th1的情况下，将区域D的动态范围的40%分配至其它区域。另外，在直方图的值HD大于第一阈值Th1且小于第二阈值Th2的情况下，控制数据生成单元131将区域D的动态范围的10%至40%分配至其它区域，直方图的值HD越高，比率就越小。然而，在直方图的值HD大于第一阈值Th1且小于第二阈值Th2的情况下，控制数据生成单元131可以将区域D的动态范围的固定比率分配至其它区域，该固定比率在10%至40%之间。
虽然通过参考具体实施例而详细描述了本发明，但是本领域普通技术人员可以理解，可以在不违背本发明的精神和范围的情况下进行各种修改和改变。
此申请基于2010年8月26日提交的日本专利申请（JP-2010-189003），通过引用将其内容合并在此。
工业适用性
根据本发明的视频显示控制装置适合于根据视频信号显示视频的液晶显示器的控制装置等。
参考标号和标记的说明
1    视频显示控制装置
11   视频处理LSI
111  特征检测单元
112  视频信号处理单元
12   显示器
121  屏幕
122  背光
131  控制数据生成单元
14   背光控制装置
2    视频源

Claims (5)

1.一种视频显示控制装置，控制视频在具有屏幕和用于朝着所述屏幕发光的背光的显示器上的显示，所述视频显示控制装置包括：
特征检测单元，检测输入至所述视频显示控制装置的视频信号的平均亮度、以及与亮度有关的直方图的值；
控制数据生成单元，基于由所述特征检测单元检测的值，生成用于校正所述视频信号的控制数据；
视频信号处理单元，基于由所述控制数据生成单元生成的控制数据校正所述视频信号，并将校正后的视频信号输出至所述显示器；以及
背光控制单元，基于所述视频信号的平均亮度与所述校正后的视频信号的平均亮度之间的差，控制所述背光的发光量，
所述控制数据生成单元生成控制数据，所述控制数据使得所述视频信号处理单元执行将所述视频信号的高灰度等级区域的动态范围分配至所述视频信号的低灰度等级区域的校正；以及
所述背光控制单元根据所述校正后的视频信号的平均亮度相对于所述视频信号的平均亮度的增加或减小，控制所述背光的发光亮度，以便抵消所述屏幕上显示的视频的平均亮度的增加或减小。
2.如权利要求1所述的视频显示控制装置，所述控制数据表示在由所述视频信号处理单元执行的校正之后的视频信号的伽马特征，根据所述高灰度等级区域的直方图的值和所述低灰度等级区域的直方图的值的相对大小确定所述伽马特征；以及
所述校正后的视频信号的伽马特征具有如下特性：所述直方图的值相对较大的区域的斜率大于其它区域的斜率。
3.如权利要求1或2所述的视频显示控制装置，在将所述高灰度等级区域的动态范围分配至所述低灰度等级区域的校正中，所述控制数据生成单元根据所述高灰度等级区域的直方图的值确定所述高灰度等级区域分配至所述低灰度等级区域的动态范围的量或比率。
4.如权利要求3所述的视频显示控制装置，在将所述高灰度等级区域的动态范围分配至所述低灰度等级区域的校正中，所述控制数据生成单元在所述高灰度等级区域的直方图的值小于第一阈值的情况下，增加分配至所述低亮度区域的动态范围的量或比率，并且在所述高灰度等级区域的直方图的值大于第二阈值的情况下，减小分配至所述低灰度等级区域的动态范围的量或比率。
5.如权利要求4所述的视频显示控制装置，在所述高灰度等级区域的直方图的值大于所述第一阈值且小于所述第二阈值的情况下，所述高灰度等级区域的直方图的值的大小越大，所述控制数据生成单元将分配至所述低灰度等级区域的动态范围的量或比率减小得越多。
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