液晶電視的白平衡調(diào)整

孫立新

（中國民用航空飛行學(xué)院 空中交通管理學(xué)院，四川 廣漢 618307）

0 引言

為了適應(yīng)不同人種對顏色的主觀感受，液晶電視在生產(chǎn)過程中需要進(jìn)行白平衡的調(diào)整[1-2]。目前，生產(chǎn)線上大都采用PC機(jī)與彩色分析儀實現(xiàn)白平衡自動調(diào)整，如圖1所示[3-5]。

現(xiàn)有調(diào)整方法一般只考慮色溫的誤差，基本未考慮色差，所以產(chǎn)品在顯示不同亮度的白信號時，有些信號的色差值較大，影響電視的主觀效果。本文提出一種白平衡調(diào)整方案，采用PC機(jī)與彩色分析儀Chroma7120，通過曲線擬合的方法補(bǔ)償色溫差異，實現(xiàn)液晶電視白平衡的調(diào)整。

1 基本知識

不同的人種對顏色的感覺是不一樣的，比如白色人種的眼球是藍(lán)色的，就要求色溫偏藍(lán)，而黃色人種就要求色溫偏紅。為此，國際照明委員會（CIE）定義了標(biāo)準(zhǔn)白色光源，用“色溫”表示[6]。

根據(jù)三基色原理存在如下公式[7-8]

式中：Y是顯示信號的亮度，白平衡調(diào)整就是要調(diào)整顯示信號的3種基色的配比，使其達(dá)到規(guī)定的色溫值并將調(diào)整結(jié)果存入E2PROM中。這些數(shù)據(jù)可在系統(tǒng)上電初始化過程中使用，也可以開放給用戶使用。

2 方案設(shè)計

系統(tǒng)方案采用PC機(jī)、信號發(fā)生器和彩色分析儀Chroma7120組成，參見圖2。這里，不同亮度的復(fù)合視頻廣播信號（Composite Video Broadcast Signal，CVBS）白信號由自制的PCI卡產(chǎn)生，當(dāng)然也可以采用標(biāo)準(zhǔn)成品。而彩色分析儀Chroma7120可以測量顯示信號的色溫和色差值。

2.1 軟件設(shè)計思路

液晶電視信號處理電路首先接收高頻信號進(jìn)行圖像和聲音的分離，再在視頻解碼芯片中將CVBS信號進(jìn)行A/D變換以及視頻解碼，然后以ITU601/656格式輸入顯示格式變換器Scaler，經(jīng)過處理（一般包括隔行變逐行以及顯示信號分辨力的變換）后將信號送入液晶屏中的控制電路。

相對于視頻解碼芯片（比如NXP的SAA7114），格式變換器屬于數(shù)字電路，對數(shù)字電路中的寄存器進(jìn)行調(diào)整，不僅可以減少畫面中圖像的紋波干擾，而且調(diào)整值的改變更加準(zhǔn)確。所以，在產(chǎn)品設(shè)計時一般都調(diào)整Scaler中的寄存器。Scaler中可供選擇的寄存器組有2種。第1組是三基色分別對應(yīng)的偏移（OFFSET）和增益（GAIN）寄存器，共6個。而第2組共由768個寄存器組成，共3張表，每張表各包含256個寄存器，分別對應(yīng)3種顏色每一采樣輸入值的調(diào)整輸出值，也稱為伽馬校正寄存器。很顯然，系統(tǒng)一般都是調(diào)整OFFSET和GAIN。

但是，由于產(chǎn)品需要向用戶開放亮度和對比度的調(diào)整功能，OFFSET和GAIN寄存器要被占用。如果白平衡調(diào)整的最終結(jié)果仍然使用該組寄存器就會面臨沖突。所以，系統(tǒng)軟件首先是利用OFFSET和GAIN寄存器進(jìn)行白平衡的自動調(diào)整，然后再把調(diào)整后的值擬合到伽馬表中。

系統(tǒng)軟件首先進(jìn)行暗平衡調(diào)整，產(chǎn)生低亮度白信號輸入到LCD中，調(diào)整OFFSET使色溫和色差都達(dá)到要求。然后進(jìn)行亮平衡調(diào)整，產(chǎn)生高亮度白信號輸入到LCD中，調(diào)整GAIN使色溫和色差都達(dá)到要求。由于OFFSET和GAIN對輸出信號改變是相互的，暗平衡和亮平衡需要交替調(diào)整數(shù)次。當(dāng)調(diào)整完成后，信號改變過程見式（2）

式中：GAINR，OFFSETR，GAINB，OFFSETB，GAING 和OFFSETG是白平衡調(diào)整后所得到的寄存器值。而RINPUT，GINPUT，BINPUT，ROUT，GOUT和BOUT分別對應(yīng)紅綠藍(lán)3色的輸入和輸出的數(shù)字信號值。

由于OFFSET，GAIN寄存器與伽馬處理是屬于串行信號處理流程，兩者交換順序?qū)φ麄€系統(tǒng)的信號處理沒有影響。所以系統(tǒng)軟件利用組（2）可以完成直線在伽馬表中的擬合。紅綠藍(lán)3種顏色的輸入值是0～255的整數(shù)，計算后四舍五入得到伽馬表中各相應(yīng)寄存器的值。這樣，也能實現(xiàn)相同的白平衡校正功能。

2.2 色溫及色差逼近算法

調(diào)整OFFSET或GAIN寄存器的值，使色溫、色差和亮度都要滿足要求，其逼近算法具體描述如下。

為了保證產(chǎn)品在比較大的動態(tài)顯示范圍內(nèi)都具有較好的色溫和色差一致性，采用CIE坐標(biāo)系進(jìn)行逼近計算，并同時要求CIEX，CIEY和亮度都要滿足設(shè)定的誤差范圍。

當(dāng)用戶輸入色溫、高亮度值、低亮度值和對應(yīng)的誤差后，就可以得到對應(yīng)該亮度和色溫值的CIEX和CIEY[9]。

假設(shè)先進(jìn)行暗平衡調(diào)整，計算機(jī)設(shè)定OFFSET和GAIN寄存器值分別為OFFSETR，OFFSETG，OFFSETB和GAINR，GAING，GAINB，通過串口可從彩色分析儀讀出CIEX’，CIEY’，Y’，然后計算

由Δ的大小可以確定大、中、小3種不同的調(diào)整步長，這里為描述方便統(tǒng)一命名為δ。

設(shè)定紅色偏置寄存器為OFFSETR+δ，從彩色分析儀讀出 CIEX1’，CIEY1’和 Y1’，再設(shè)定紅色偏置寄存器為OFFSETR-δ，從彩色分析儀讀出CIEX2’，CIEY2’，Y2’，假設(shè)小范圍調(diào)整是直線關(guān)系，可以得到

同理也可計算綠色和藍(lán)色的系數(shù)：fGCoffX，fGCoffY，fBCoffX，fBCoffY。

最后根據(jù)式（1），有

求解上述方程，可得到nRDiffVal，nGDiffVal和nBDif?fVal。

如果nRDiffVal的絕對值大于調(diào)整步長δ，那就有

若nRDiffVal的絕對值小于調(diào)整步長δ，那就有

同理可計算綠色和藍(lán)色的調(diào)整值，按新計算的調(diào)整值設(shè)定OFFSET寄存器，通過串口讀出CIEX’，CIEY’和Y’，若ΔCIEX，ΔCIEY和ΔY都在設(shè)定的誤差范圍內(nèi)，則結(jié)束暗平衡的計算，進(jìn)行亮平衡計算。否則，暗平衡要從式（3）開始重新逼近。

而亮平衡的調(diào)整對應(yīng)的寄存器0就是格式變換器中的GAIN寄存器組。

2.3 直線擬合的方法

實驗發(fā)現(xiàn)：低亮度和高亮度白信號越接近時，色溫、色差的一致性較好但亮度的動態(tài)顯示范圍較小。當(dāng)設(shè)定的白信號分別為最大亮度的15%（左右）和85%（左右）時，液晶電視所表現(xiàn)出來的色溫、色差的一致性以及亮度的動態(tài)顯示范圍基本滿足要求。只在輸入信號亮度特別低的情況下色溫和色差特性表現(xiàn)出較大的差異。但如果只是簡單地擴(kuò)大設(shè)定值的范圍，不僅不能提升效果，還會使調(diào)整時間更加延長。由于系統(tǒng)軟件設(shè)計時實際改變的是伽馬表中的寄存器的值。所以，在實際進(jìn)行直線擬合時，采用的方法描述如下。

首先設(shè)定低亮度和高亮度白信號分別為15%和85%的白信號，按照上述算法進(jìn)行白平衡的調(diào)整，可以得到擬合直線①。然后改變輸入的低亮度白信號為5%的白信號，保持增益為1只進(jìn)行暗平衡的調(diào)整，得到擬合直線②。可以知道，直線②基本反映了低亮度信號色溫偏差的真實情況，所以，在低亮度部分（比如10%以下），伽馬表中的寄存器值是由兩條直線平均得到的。

由于液晶電視不同于液晶顯示器，所顯示的圖像大都是動態(tài)圖像，用戶對色溫的感覺不如對液晶顯示器那樣挑剔，液晶電視一般不向用戶開放色溫的調(diào)整功能，加之各國電視制式以及供電方式的不相同，銷售到不同地區(qū)的液晶電視電路互不兼容，所以只需要當(dāng)系統(tǒng)上電后，自動更新色溫的相關(guān)設(shè)置即可。另外，現(xiàn)在同一批次的液晶屏在出廠時色溫和色差的誤差已經(jīng)比較小了。那么，在同批次生產(chǎn)中，只需要調(diào)整一臺液晶電視的色溫，其他產(chǎn)品的生產(chǎn)過程可改變?yōu)椋喊岩颜{(diào)整結(jié)果直接寫入系統(tǒng)軟件后貼片生產(chǎn)，這樣不僅減少生產(chǎn)線上白平衡調(diào)試工作，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，通過生產(chǎn)線上的抽檢也可以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

3 結(jié)束語

液晶電視白平衡的調(diào)整方案對產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率都有重要的影響，上述液晶電視白平衡調(diào)整方案已應(yīng)用于生產(chǎn)，在各級顯示亮度上不但能滿足色溫特性的調(diào)整要求，還能滿足色差特性的調(diào)整要求。如果采用寫入系統(tǒng)軟件貼片后再生產(chǎn)的方式，效率就會非常高。

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