Effizienter Local-Dimming Algorithmus und Matrix-Backlight-Designoptimierung für LC-Displays zur Steigerung der Energie-Effizienz und der Bildqualität mit Fokus auf automotive-spezifische Anforderungen

Abstract

Den wachsenden Anforderungen an Auto-Displays sollen mit LCDs mit hochauflösendem Backlight und einem adäquaten Local-Dimming (LD) Algorithmus begegnet werden. Als Basis werden der SSC LD-Algorithmus für Edge-Lit analysiert und seine Limitierungen, wie zeitliches Limit und steigende HW-Kosten bei Direct-Lit Anwendung, aufgezeigt. Ein Novum zur Lösung der Probleme ist die Entwicklung und der Einsatz von LSF-Modellen, um die Speichergrößen bei steigenden LED-Zahlen konstant zu halten. Zudem wird die Auswirkung der LSF-Form auf die LD-Performance untersucht. Durch Einsatz des LD-Algorithmus im Backlight-Designprozess kann der Kompromiss zwischen der Energie-Effizienz und Anfälligkeit für Artefakte wie Inhomogenität oder Halo verbessert werden. Ein Design-Parameter wurde eingeführt, welcher den Kompromiss abbildet. Neben der Energie-Effizienz ist die wahrgenommene Wertigkeit ein Schwerpunkt, die mit Features wie Boosting und 2D-Filter erhöht wird. Das Halo Artefakt wird abgeschwächt und der Ausfall einzelner LEDs wird weitgehend kompensiert. Die neuen Methoden werden in FPGAs auf der Pixelpipeline implementiert und mit Demonstratoren validiert. Eine hohe Verbesserung der Bildqualität, des Schwarzwertes sowie des Powersavings, welches für HMI Bilder je nach Steuerungsparametern zwischen 34% und 54% liegt, werden erreicht. Der neue Algorithmus in Kombination mit adäquatem BLU Design liefert ein USP für Auto-Displays welches als IP an Anwender übertragen werden kann.

The growing demands on automotive displays are to be met by LCDs with high-resolution backlight and an adequate local dimming (LD) algorithm. In this context, a high number of LEDs leads to challenges. As the starting point, the SSC LD algorithm for edge-lit is analyzed and its limitations such as time limit and increasing HW cost for direct lit displays are demonstrated. A novelty to solve the issues is the development of LSF models to keep the memory size constant while the LED numbers increase. In addition, the impact of LSF shape on LD performance is investigated. By integrating the LD algorithm into the backlight design process, the tradeoff between energy efficiency and susceptibility to artifacts such as non-uniformity or halo can be lifted. A design parameter has been introduced that maps this trade-off. In addition to energy efficiency, the focus is also on perceptual value of displays, which is increased with features such as boosting and 2D filters. Halo artifacts are mitigated, and single LED outage is largely compensated. The proposed methods are implemented on FPGAs within the pixel pipeline and validated with demonstrators. A high improvement of image quality, black level as well as powersaving is achieved. The last ranges from 34% to 54% for HMI images depending on the control parameters. The new algorithm in combination with an adequate BLU design provides a USP for automotive displays which can be transferred as an IP to users.