液晶电视的白平衡调整

2011-06-07孙立新

电视技术 2011年18期

孙立新

（中国民用航空飞行学院空中交通管理学院，四川广汉 618307）

0 引言

为了适应不同人种对颜色的主观感受，液晶电视在生产过程中需要进行白平衡的调整[1-2]。目前，生产线上大都采用PC机与彩色分析仪实现白平衡自动调整，如图1所示[3-5]。

现有调整方法一般只考虑色温的误差，基本未考虑色差，所以产品在显示不同亮度的白信号时，有些信号的色差值较大，影响电视的主观效果。本文提出一种白平衡调整方案，采用PC机与彩色分析仪Chroma7120，通过曲线拟合的方法补偿色温差异，实现液晶电视白平衡的调整。

1 基本知识

不同的人种对颜色的感觉是不一样的，比如白色人种的眼球是蓝色的，就要求色温偏蓝，而黄色人种就要求色温偏红。为此，国际照明委员会（CIE）定义了标准白色光源，用“色温”表示[6]。

根据三基色原理存在如下公式[7-8]

式中：Y是显示信号的亮度，白平衡调整就是要调整显示信号的3种基色的配比，使其达到规定的色温值并将调整结果存入E2PROM中。这些数据可在系统上电初始化过程中使用，也可以开放给用户使用。

2 方案设计

系统方案采用PC机、信号发生器和彩色分析仪Chroma7120组成，参见图2。这里，不同亮度的复合视频广播信号（Composite Video Broadcast Signal，CVBS）白信号由自制的PCI卡产生，当然也可以采用标准成品。而彩色分析仪Chroma7120可以测量显示信号的色温和色差值。

2.1 软件设计思路

液晶电视信号处理电路首先接收高频信号进行图像和声音的分离，再在视频解码芯片中将CVBS信号进行A/D变换以及视频解码，然后以ITU601/656格式输入显示格式变换器Scaler，经过处理（一般包括隔行变逐行以及显示信号分辨力的变换）后将信号送入液晶屏中的控制电路。

相对于视频解码芯片（比如NXP的SAA7114），格式变换器属于数字电路，对数字电路中的寄存器进行调整，不仅可以减少画面中图像的纹波干扰，而且调整值的改变更加准确。所以，在产品设计时一般都调整Scaler中的寄存器。Scaler中可供选择的寄存器组有2种。第1组是三基色分别对应的偏移（OFFSET）和增益（GAIN）寄存器，共6个。而第2组共由768个寄存器组成，共3张表，每张表各包含256个寄存器，分别对应3种颜色每一采样输入值的调整输出值，也称为伽马校正寄存器。很显然，系统一般都是调整OFFSET和GAIN。

但是，由于产品需要向用户开放亮度和对比度的调整功能，OFFSET和GAIN寄存器要被占用。如果白平衡调整的最终结果仍然使用该组寄存器就会面临冲突。所以，系统软件首先是利用OFFSET和GAIN寄存器进行白平衡的自动调整，然后再把调整后的值拟合到伽马表中。

系统软件首先进行暗平衡调整，产生低亮度白信号输入到LCD中，调整OFFSET使色温和色差都达到要求。然后进行亮平衡调整，产生高亮度白信号输入到LCD中，调整GAIN使色温和色差都达到要求。由于OFFSET和GAIN对输出信号改变是相互的，暗平衡和亮平衡需要交替调整数次。当调整完成后，信号改变过程见式（2）

式中：GAINR，OFFSETR，GAINB，OFFSETB，GAING 和OFFSETG是白平衡调整后所得到的寄存器值。而RINPUT，GINPUT，BINPUT，ROUT，GOUT和BOUT分别对应红绿蓝3色的输入和输出的数字信号值。

由于OFFSET，GAIN寄存器与伽马处理是属于串行信号处理流程，两者交换顺序对整个系统的信号处理没有影响。所以系统软件利用组（2）可以完成直线在伽马表中的拟合。红绿蓝3种颜色的输入值是0～255的整数，计算后四舍五入得到伽马表中各相应寄存器的值。这样，也能实现相同的白平衡校正功能。

2.2 色温及色差逼近算法

调整OFFSET或GAIN寄存器的值，使色温、色差和亮度都要满足要求，其逼近算法具体描述如下。

为了保证产品在比较大的动态显示范围内都具有较好的色温和色差一致性，采用CIE坐标系进行逼近计算，并同时要求CIEX，CIEY和亮度都要满足设定的误差范围。

当用户输入色温、高亮度值、低亮度值和对应的误差后，就可以得到对应该亮度和色温值的CIEX和CIEY[9]。

假设先进行暗平衡调整，计算机设定OFFSET和GAIN寄存器值分别为OFFSETR，OFFSETG，OFFSETB和GAINR，GAING，GAINB，通过串口可从彩色分析仪读出CIEX’，CIEY’，Y’，然后计算

由Δ的大小可以确定大、中、小3种不同的调整步长，这里为描述方便统一命名为δ。

设定红色偏置寄存器为OFFSETR+δ，从彩色分析仪读出 CIEX1’，CIEY1’和 Y1’，再设定红色偏置寄存器为OFFSETR-δ，从彩色分析仪读出CIEX2’，CIEY2’，Y2’，假设小范围调整是直线关系，可以得到

同理也可计算绿色和蓝色的系数：fGCoffX，fGCoffY，fBCoffX，fBCoffY。

最后根据式（1），有

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

如果nRDiffVal的绝对值大于调整步长δ，那就有

若nRDiffVal的绝对值小于调整步长δ，那就有

同理可计算绿色和蓝色的调整值，按新计算的调整值设定OFFSET寄存器，通过串口读出CIEX’，CIEY’和Y’，若ΔCIEX，ΔCIEY和ΔY都在设定的误差范围内，则结束暗平衡的计算，进行亮平衡计算。否则，暗平衡要从式（3）开始重新逼近。

而亮平衡的调整对应的寄存器0就是格式变换器中的GAIN寄存器组。

2.3 直线拟合的方法

实验发现：低亮度和高亮度白信号越接近时，色温、色差的一致性较好但亮度的动态显示范围较小。当设定的白信号分别为最大亮度的15%（左右）和85%（左右）时，液晶电视所表现出来的色温、色差的一致性以及亮度的动态显示范围基本满足要求。只在输入信号亮度特别低的情况下色温和色差特性表现出较大的差异。但如果只是简单地扩大设定值的范围，不仅不能提升效果，还会使调整时间更加延长。由于系统软件设计时实际改变的是伽马表中的寄存器的值。所以，在实际进行直线拟合时，采用的方法描述如下。

首先设定低亮度和高亮度白信号分别为15%和85%的白信号，按照上述算法进行白平衡的调整，可以得到拟合直线①。然后改变输入的低亮度白信号为5%的白信号，保持增益为1只进行暗平衡的调整，得到拟合直线②。可以知道，直线②基本反映了低亮度信号色温偏差的真实情况，所以，在低亮度部分（比如10%以下），伽马表中的寄存器值是由两条直线平均得到的。

由于液晶电视不同于液晶显示器，所显示的图像大都是动态图像，用户对色温的感觉不如对液晶显示器那样挑剔，液晶电视一般不向用户开放色温的调整功能，加之各国电视制式以及供电方式的不相同，销售到不同地区的液晶电视电路互不兼容，所以只需要当系统上电后，自动更新色温的相关设置即可。另外，现在同一批次的液晶屏在出厂时色温和色差的误差已经比较小了。那么，在同批次生产中，只需要调整一台液晶电视的色温，其他产品的生产过程可改变为：把已调整结果直接写入系统软件后贴片生产，这样不仅减少生产线上白平衡调试工作，进一步提高生产效率，通过生产线上的抽检也可以保证产品的质量。