CN101211537A - 液晶电视背光控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液晶电视背光控制系统及方法，所述背光控制系统主要包括视频信号分析单元，区域数据矫正单元，区域背光信号控制单元，以及平均亮度调节单元。所述背光控制方法包括以下步聚：对视频信号分区域进行统计与分析；根据分析结果对各个背光区域的视频信号进行矫正；以及根据分析结果生成单独控制每个区域发光源的背光控制信号，分别对每个发光源独立进行亮度动态控制。本发明的液晶电视背光控制方法根据各背光区的视频信灰度级分布情况，独立控制每个发光源亮度，从而分区域对背光亮度进行控制动态，达到节约功耗，提高对比度，提高观看舒适度。

Description

液晶电视背光控制系统及方法

【技术领域】

本发明涉及液晶电视的图像显示领域，尤其涉及液晶电视背光控制系统及方法。

【背景技术】

目前，液晶电视性能已经得到快速的提高，正在逐步进入我们的生活。但是有些固有的缺点却凸现出来。

请参阅图1，现有的CCFL背光单元包括电路板、多个CCFL灯管及背光板，该多个CCFL灯管在电路板的同一个信号的驱动下共同发光。液晶电视的工作过程中，一直以固定亮度同时发光。

由于背光整体固定发光，对于较暗的图像，黑的部分不能很黑，白色的部分亮度不高；由于各个背光灯管的亮度不能随所在画面内容的亮度独立变化，无论画面显示的内容如何变化，整机的功耗一直保持不变。此外，在画面平均亮度较亮时，整个画面的光通量较大，会引起视觉疲劳。

因此，提供一种各个背光灯管的亮度能随所在画面内容独立变化的背光系统将有重要的意义。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种液晶电视背光控制系统及方法，解决现有的液晶电视背光整体固定发光，无法随画面改变而分区域的动态控制背光亮度的缺陷。

本发明所采用的技术方案为：提供一种液晶电视背光控制方法，所述方法包括以下步骤：对视频信号分区域进行统计与分析；根据分析结果对各个背光区域的视频信号进行矫正；以及根据分析结果生成单独控制每个区域发光源的背光控制信号，分别对每个发光源独立进行亮度动态控制。

更具体地，所述方法的视频信号分区域进行统计与分析的对像包括视频灰度的最大值或者主值灰度区域。

本发明的液晶电视背光控制方法更进一步改进在于，所述方法还包括对每一帧视频信的平均亮度ABL进行计算，并根据计算结果对所有背光源的亮度进行整体调节。

所述方法还包括对每一帧视频信号的平均亮度ABL进行计算，并根据计算结果确定对所有背光源的亮度进行整体调节的系数。

本发明还提供一种液晶电视背光控制系统，包括invertor电路及多个发光源，其特征在于，所述系统还包括视频信号分析单元，用于接收视频信号输入，对接收的视频信号分区域进行分析；区域数据矫正单元，所述区域数据矫正单元与所述视频信号分析单元连接，接收视频信号及分析结果，根据分析结果对该视频信号进行校正，再传输给显示单元进行显示；区域背光信号控制单元，根据所述视频信号分析单元的分析结果生成区域背光控制信号传输给所述invertor电路；所述invertor电路产生单独控制每个发光源的电路信号给发光源。

具体地，所述视频信号分析单元对每个发光源对应的屏幕区域图像数据进行统计，包括直接查找各发光源对应区域内的视频信号的最高灰度级或对应区域内的主值灰度区域。

更具体地，所述区域背光信号控制单元根据各发光源对应区域内的视频信号的最高灰度级或主值灰度区域，控制对应区域的发光源亮度。

更进一步的改进在于对本发明液晶电视背光控制系统还包括平均亮度调节单元，与区域背光信号控制单元连接。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明的液晶电视背光控制方法通过视频信号分析单元对接收的视频输入信号进行分析，并根据各背光区的视频信灰度级分布情况，产生单独控制每个区域发光源的电路信号，对每个发光源独立进行亮度控制，从而分区域对背光亮度进行控制动态，达到节约功耗，提高对比度，同时改善画面的光通量，提高观看舒适度。

【附图说明】

图1为现有的液晶电视背光控制系统示意图。

图2为本发明提供的液晶电视背光控制系统的原理功能框图。

图3为本发明的一个背光区域内的一帧图像灰度级分布的直方图。

图4(a)为现有液晶背光系统的背光亮度示意图。

图4(b)为本发明垂直于灯管方向上各点的背光亮度曲线示意图。

图4(c)为根据图4(b)所示背光亮度曲线对信号的信号的二次调整曲线。

图5为本发明提供的一改进的液晶电视背光控制系统的原理功能框图。

【具体实施方式】

本发明提供的液晶电视背光控制系统的原理是根据各区域视频信号的亮度差异实现对背光源的各发光源亮度进行独立控制，使同一幅画面的黑的部分更黑，亮的部分更亮，在提高对比度的同时，节省能耗，改变现有液晶电视的背光源不能随画面内容的变化而变化，无论什么画面，整机的功率一直保持不变，背光源的各发光源以固定的方式同时发光。

要实现对视频信号背光的分区域控制，需要对视频信号分区域进行统计与分析，请参阅图2，本发明提供的液晶电视背光控制系统的原理功能框图，包括视频信号分析单元12、区域数据矫正单元14、区域背光信号控制单元16、Invertor(转换器)电路18及CCFL灯管(冷阴极荧光灯)。视频信号分析单元12从视频处理芯片接收视频信号的输入，对接收的视频信号进行分析，然后将分析后的视频数据分别传输到区域数据矫正单元14以及区域背光信号控制单元16，区域数据矫正单元14根据视频信号分析单元12的分析结果对接收的视频信号进行矫正处理后输入显示单元(图未示)，区域背光信号控制单元16根据视频信号分析单元12的分析结果生成区域背光控制用PWM信号，通过Invertor电路18产生单独控制每个发光源的电路信号，传输给如CCFL灯管等的背光源。这样通过对视频信号分区域分析处理，再根据每个背光区域的视频信号的状况，通过对CCFL背光的单独控制，有效降低整机功耗。

为了对本发明液晶电视背光控制系统更进一步地了解，下面对本发明中的各功能单元的数据处理及控制原理进行详细说明。

视频信号分析单元12接收视频信号输入，通过FPGA算法，对每个CCFL灯管对应的屏幕区域图像数据进行统计，根据背光系统设计的要求，视频图像数据的统计内容包括每个发光源对应区域内的视频灰度的最大值，即直接查找各发光源对应区域内的视频信号的最高灰度级，并将该值分别输入区域数据矫正单元14以及区域背光信号控制单元16。

区域数据矫正单元14以及区域背光信号控制单元16根据视频信号分析单元12传输的视频数据分析结果，共同对视频数据与背光信号进行控制。对于采用最大值法，区域背光的发光源亮度主要取决于各背光区域的最高灰度级的灰度级，如果某区域内的最高灰度级的灰度级较低，则表明区域内的视频信号比较暗或是黑色的，则可以关掉该区域的背光源的控制信号或降低该区域的背光源的控制信号占空比，避免区域背光源无畏发光，以节省能耗；如果某区域的最高灰度级的灰度级处于中间阶段，则区域数据矫正单元14可以将该区域的视频信号适当的放大，区域背光信号控制单元16同时以相应的比例降低该区域的背光亮度；如果最高灰度级的灰度级较高，则对视频信号不做处理，同时背光也不做调整，正常发光。

鉴于最大值法拾取各背光区域内的视频信号灰度级最高的像素，而区域内存在的个别信号灰度级较高的像素，并不能真实的反映区域内信号的灰度级分布的整体状况，特别是杂迅或区域内的信号仅存在个别或少量亮点的情形也常常出现。因此，采用灰度级最大值法作为区域背光信号的依据，在一定程度上对降低背光能耗的效果不明显。

为了更有针对性的对各背光区域的视频信号进行有效处理，对区域背光更为针对性的控制，因而需要更准确了解各背光区域视频信号的灰度分布，通过统计该背光区域内视频图像的各级灰度的数量分布情况，找出灰度级分布的关键区域，也称为主值灰度区域。一般来说，在一帧图像中，像素灰度级分布较多的区域或者相对较多的区域就是关键性区域，在确定了主值灰度区域以后，系统然后根据该主值灰度区域的位置确定该背光区域的视频图像的矫正系统或矫正曲线，通常主值灰度区域的灰度级高，视频信号与背光基本不做处理，主值灰度区域的灰度级越低，则对信号矫正的幅度越大，同时降低背光的亮度也降的越低，通过对信号与背光的反向处理，在不降低信号的显示亮度的同时，实现背光能耗的降低。

各背光区域视频信号的灰度分布统计还可以采用直方图的方式统计，参阅图3所示的本发明一个背光区域内的一帧图像灰度级分布的直方图，共将256级的视频灰度分成32个灰度等份(实际应用中也可以分成其它等份，如16、64等份)，每个等份涵盖8个灰度级，然后分别统计各背光区域内的各灰度等份的像素数量，将所述的背光区域各灰度等份所对应的灰度级的累加数(数值为归一化值)作为纵坐标，横坐标为32个灰度等份，建立灰度级分布的直方图，通过设定系统阈值的方式确定该背光区域内的视频信号的主值灰度区域。阈值设定的简述如下，系统设定一个大阈值与一个小阈值，然后系统从高灰度等份向低灰度等份进行比对，如果某个灰度等份内的像素的数量大于大阈值，则该灰度等份对应的灰度区域即为主值灰度区域，如果没有像素的数量找到大于大阈值灰度等份，则查找像素数量有连续多个大于小阈值的灰度等份，以此方式确定背光的主值灰度区域。如图2的背光区域内，第16至19等份之间有连续的4个等份的灰度级像素的数量大于20，因此，第16至19等份之间所对应的灰度级是该背光区域的主值灰度区域，再根据主值灰度区域的位置确定该背光区域的视频图像的矫正系数或矫正曲线，对区域视频信号进行有选择的放大。在一般确定放大系数的原则是，放大系数同要放大的点与31的距离成非线性正比，也就是灰度级越高的像素点，其放大的系数越小，灰度级越低的像素点，其放大的系数越大，放大系数可以采用查表的方式实现，系统中存储有灰度级与放大系数的对应关系表。

根据前述，在对背光进行分区域控制的过程中，因各背光区域的视频信号的差异，导致对各个发光源的发光亮度进行了调整，使得原本亮度均匀背光变得不再均匀，产生从图4(a)到图4(b)的变化，而发光亮度不均匀的背光必然影响整个屏幕的显示效果，因此，在区域背光调整的过程中，除了要考滤各区域视频信号与本区域光源亮度变化关系外，还要综合考滤其它区域的光源亮度的变化对本区域的影响，这个影响的计算是一个相当复杂，但是对于发光源是条状的CCFL灯管的背光系统而言，在平行于灯管的方向(横向)上各像素点亮度是相同的，因此，只需要考滤垂直于CCFL灯管的方向上各点的亮度变化。由于CCFL的发光呈类似高斯分布，也可以通过实验测量获得每个灯管的发光亮度与距离的曲线关系f(x)，由于图像的各像素点的发光亮度是所有发光源共同作用的结果，在垂直于灯管方向(纵向)上的每个像素点的亮度L可以通过以下公式表示 $L=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{l}_i\·f\left(x\right),$ 其中l_i为第i个灯管的发光亮度，通过上式可以建立垂直于灯管方向上各点的发光亮度曲线，如图4(b)所示，根据发光亮度曲线的变化，建立一条各点与发光亮度变化比例曲线呈倒数关系的信号调整曲线，如图4(c)所示，在横向上对信号进行二次调整，从而消除其它区域光源的发光亮度的变化对本区域的视频信号影响，进一步改善显示效果。

在具体实现中，CCFL灯管的发光由于光分布出现变化，如侧边发射等。因此，加全系数f(x)与CCFL灯管与目标像素点的距离或改变CCFL灯管的形状有关系，因而各区域数据校正单元对视频信号矫正会根据CCFL灯管光分布的变化及灯管的形状给不同的加全系数，使液晶显示器显示的画面满足均匀性。

在本发明的实施例中，CCFL灯管是如图1所示的多个平行排成一列，进一步的改进在于CCFL灯管可以采用多列多行的方式排列，如行的方向有5个，竖的方向有3个，总共15个灯管，也可以排布成其他形式，对于多列多行的排列方式，可以在更小的区域内对发光源的进行控制，有利于背光能耗的进一步降低，但该种背光源的排列方式，在垂直于灯管方向上计算各像素点的亮度除了考滤各像素点的所在一列灯管影响之外，还要考滤其它列灯管的亮度对该像素点的影响。

请参阅图5，本发明的更一步的改进在于，通计各帧图像的平均亮度ABL，根据人眼睛特性，结合测验CRT彩电，得出一组经验值或拟合的函数，查表或由函数实现对整个背光亮度的初始调节比例，再将初始调节比例输入区域背光信号控制单元16，最终确定PWM信号占空比，输出Invertor电路18，实现背光亮度的动态控制。通过平均亮度ABL(调节单元)22对背光进行调节，可以改善在画面平均亮度较亮时，整个画面的光通量较大而引起的视觉疲劳，更进一步的降低背光的能耗。

本发明的液晶电视背光控制系统的各信号处理单元与背光控制单元可以部分或全部整合成一块芯或与其它视频处理芯片整合为一体。

本发明的液晶电视背光控制方法通过视频信号分析单元对接收的视频输入信号进行分析，并根据各背光区的视频信灰度级分布情况，产生单独控制每个区域发光源的电路信号，对每个CCFL灯管独立进行亮度控制，从而分区域对背光亮度进行控制动态，达到节约功耗，提高对比度，同时调节光通量大小，提高观看舒适度。

Claims (13)

1.一种液晶电视背光控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

对视频信号分区域进行统计与分析；

根据分析结果对各个背光区域的视频信号进行矫正；以及

根据分析结果生成单独控制每个区域发光源的背光控制信号，分别对每个发光源独立进行发光亮度动态控制。

2.如权利要求1所示的液晶电视背光控制方法，其特征在于，视频信号分区域进行统计与分析的对像包括各个背光区域的视频灰度的最大值或者主值灰度区域。

3.如权利要求2所示的液晶电视背光控制方法，其特征在于，根据各个背光区域的视频灰度的最大值进行信号矫正的方法如下，如果某背光区域内的最高灰度级的灰度级较低，则降低或关闭该区域的发光源的亮度；如果某区域的最高灰度级的灰度级处于中间阶段，则该区域的视频信号适当的放大，同时以相应的比例降低该区域的背光亮度；如果最高灰度级的灰度级较高，则对视频信号不做处理，同时背光也不做调整。

4.如权利要求2所示的液晶电视背光控制方法，其特征在于，根据各个背光区域的视频灰度的主值灰度区域进行信号矫正的方法如下，根据主值灰度区域的位置确定该背光区域的视频图像的矫正系数或矫正曲线，对区域视频信号进行有选择的放大。

5.如权利要求1至3所示的液晶电视背光控制方法，其特征在于，根据分区域控制的背光亮度调整曲线，经成倒数的比例对信号进行二次调整。

6.如权利要求1或2所示的液晶电视背光控制方法，其特征在于，对视频信号分区域进行统计与分析是通过FPGA算法实现。

7.如权利要求1所示的液晶电视背光控制方法，其特征在于，所述方法还包括对每一帧视频信号的平均亮度ABL进行计算，并根据计算结果确定对所有背光源的亮度进行整体调节的系数。

8.一种液晶电视背光控制系统，包括invertor电路及多个发光源，其特征在于，所述系统还包括

视频信号分析单元，用于接收视频信号输入，对接收的视频信号分区域进行分析；

区域数据矫正单元，所述区域数据矫正单元与所述视频信号分析单元连接，接收视频信号及分析结果，根据分析结果对该视频信号进行矫正，再传输给显示单元进行显示；

区域背光信号控制单元，根据所述视频信号分析单元的分析结果生成区域背光控制信号传输给所述invertor电路；

所述invertor电路产生单独控制每个发光源的电路信号给发光源。

9.如权利要求8所述的液晶电视背光控制系统，其特征在于，所述液晶电视背光控制系统还包括平均亮度调节单元，所述平均亮度调节单元连接区域背光信号控制单元。

10.如权利要求8或9所述的液晶电视背光控制系统，其特征在于，所述液晶电视背光控制系统各信号处理单元与背光控制单元可以部分或全部整合成一块芯或与其它芯片整合为一体。

11.如权利要求8所述的液晶电视背光控制系统，其特征在于，所述视频信号分析单元对每个发光源对应的屏幕区域图像数据进行统计，包括直接查找各发光源对应区域内的视频信号的最高灰度级或对应区域内的主值灰度区域。

12.如权利要求8或11所述的液晶电视背光控制系统，其特征在于，所述区域背光信号控制单元根据各发光源对应区域内的视频信号的最高灰度级或主值灰度区域，控制对应区域的发光源亮度。

13.如权利要求8所述的液晶电视背光控制系统，其特征在于，所述多个发光源以均匀排成一列或多列多行的方式排列。

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