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機的功耗，降低程度可高達80%。
采用LED的固態(tài)背光控制應用于LCD TV時存在許多獨特的優(yōu)點。與當前市場上大屏幕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的光學效率目前與CCFL相當，其高能效并非是其光學效率(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，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LED的亮度，可實現(xiàn)遠遠寬于傳統(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。此類映射算法不應改變圖像中的白色、膚色和柔和色，但卻能將飽和色擴展到只有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?；趫D像內(nèi)容進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)光控制的復雜性
盡管優(yōu)點很多，但背光明暗控制的復雜性也不可小覷。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)動信號來補償背光流明的降低而實現(xiàn)的。
因此，自適應背光亮度控制需要對視頻流進行大量圖像處理，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1920x1080像素)匹配起來。
相鄰背光區(qū)段之間光學干擾的存在讓情況變得更加復雜，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值分別進行統(tǒng)計分析，這樣才能為相應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RGB像素值為低電平時，就應將背光電平調(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，自適應背光算法需要找到一種最佳的折衷。紅、綠、藍的增益也需要調(diào)整，以補償LCD面板濾色器中輸出的不斷變化的混合RGB背光亮度。
[!--empirenews.page--]不同背光分段之間的相互作用
因光干擾而產(chǎn)生的不同背光區(qū)段之間的交叉干擾也對圖像的整體性能有很大影響。這種干擾限制了有效的空間背光調(diào)節(jié)，因此通過背光調(diào)節(jié)能夠達到的圖像質(zhì)量改善很大程度上取決于背光的特性和構(gòu)造。
干擾補償方面還有很重要的一點，那就是必需能動態(tài)驅(qū)動背光LED直至高于其設(shè)計亮度的水平，這個過程被人們稱作自適應增強。采用這種方法，由鄰近背光區(qū)段變暗而導致的某個背光區(qū)段的亮度缺乏這樣的情況就能得到補償。
干擾補償能夠幫助減少某個分段中心處應達到的亮度水平與要求達到的亮度水平之間的誤差。這樣一來，整個背光輪廓的空間調(diào)整就得到了增強。
然而，簡單的線性誤差補償可能導致亮區(qū)域邊緣處亮度不足。利用非對稱補償就能避免出現(xiàn)這種情況，見圖2。
圖2：對稱與非對稱的交叉干擾補償。
如果背光的LED數(shù)量太少，那么背光增強的可能性就會受限。這是因為當LED數(shù)量較少時，每個LED都必需驅(qū)動到接近最大亮度的水平才能達到所需的圖像亮度。而隨著背光LED的個數(shù)增多，背光提升的效果就能改善，從而不但補償了相鄰區(qū)段之間的干擾，而且也提升了亮圖像內(nèi)容的鮮活度。
LED數(shù)量增多會使每個背光區(qū)段變得更小，從而允許背光流明在更大的范圍內(nèi)得到調(diào)節(jié)，提供更優(yōu)秀的時間和空間對比度。對于典型的圖像內(nèi)容而言，采用背光調(diào)暗和背光增強技術(shù)能將功耗降低超過50%，且圖像看上去不會有可見的不良影響。
LED背光技術(shù)前景光明
不幸的是，與傳統(tǒng)CCFL或HCFL熒光燈相比，目前高效LED背光的成本太高，故用于背光的LED的個數(shù)只限于幾百只。但隨著基于LED背光技術(shù)趨于更加成熟，這種成本差距今后很可能會縮小。
LED背光在移動設(shè)備中已經(jīng)很常見，而且其優(yōu)秀的能效特性也使它開始出現(xiàn)在筆記本電腦中。對電視機而言，LED背光很可能首先用于50寸以上的大屏幕電視，然后隨著生產(chǎn)成本降低，再進入較小屏幕的電視機。
為了幫助和鼓勵人們使用基于LED的自適應背光控制，NXP半導體公司已在其PNX5100 LCD TV平臺上實現(xiàn)了所有2維白色LED明暗控制、2維RGB LED明暗控制以及色域映射所需的算法。
PNX5100位于視頻視頻處理通道的后端，它利用片上的基于像素的加速器，控制運動補償上變頻(到120Hz)和2維背光驅(qū)動，詳見圖3。其軟件驅(qū)動背光控制非常靈活，并能根據(jù)特定的客戶需求和顯示面板進行調(diào)節(jié)。
圖3：自適應調(diào)光方框圖。
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