CN101833927B - 一种led背光源自适应控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种LED背光源自适应控制系统，包括有接收视频数据输入的数据解析系统模块以及连接数据解析系统模块，以接收数据解析系统模块的输出信息的RGB数据处理系统模块；通过控制系统从图像不同显示区域获取色彩数据，并对其数字RGB数据进行量化处理，对量化数据通过查表法获得对应色彩的控制数据，然后依据LCD电视图像输入与输出非线性关系，采用LUT法进行三种色彩RGB的伽马校正，控制数据与伽马校正数据进行运算，得出最佳控制数据，输出到LED背光源系统，分别控制三色LED发光亮度。从而实现LED背光源三种色彩的单独控制，增强了显示图像的动态对比度，降低了LED背光源的能耗，适应人眼色彩敏感性特点。

Description

一种LED背光源自适应控制系统
技术领域
本发明属于液晶显示技术领域，尤其涉及一种可自适应控制LED背光源不同区域色彩的LED背光源自适应控制系统。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)作为一种新型LCD电视的背光源，除其LED自身节能、环保等优点外，更由于能够提高LCD电视的对比度、亮度和良好的色彩还原性，正被广泛应用于LCD背光源领域。LED背光源的每个发光点由LED组成，进而可依据图像信息实现对每个发光点亮度和色彩的控制，具有良好的可控性。LED背光源可分为白光LED与RGB三色LED两种。其中，白光LED背光源只能实现亮度调整，而传统RGB三色LED背光源只是单纯依据图像色彩与亮度信息，实现向RGB平均色阶的转化，进而得到RGB LED的控制信号，即通过对应显示画面的灰阶分别控制R、G、B LED的不同亮度，从而实现LED背光源亮度的控制，与普通白光LED相比，增强了LCD的色域范围，但依然属于白光LED背光源的应用范围，对提升LCD色彩还原能力有限，对提高色彩的动态对比度并没有实质的改善。众所周知，人眼对RGB三种颜色的敏感程度是不同的，且由于LCD电视自身的特点对三种色彩的还原能力也不尽相同，R、G、B三种色彩呈现一种非线性关系，因此，传统的调整方式并不能真实还原图像色彩。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种LED背光源自适应控制系统。
本发明实施例是这样实现的，一种LED背光源自适应控制系统，包括有接收视频数据输入的数据解析系统模块以及连接数据解析系统模块，以接收数据解析系统模块的输出信息的RGB数据处理系统模块；其中，数据解析系统模块主要对输入的视频数据进行解析，通过判断输入控制位区分数据格式和格式标准，从中分别获取不同显示区域R、G、B三种色彩的亮度数据，以及行同步、场同步、数据使能三种控制信息，进而输出到RGB数据处理系统模块完成相应数据处理；RGB数据处理系统模块主要接收数据解析系统输出的RGB色彩信息及相应控制信息，完成对R、G、B三种色彩的处理，依据RGB不同的亮度数据、视频输入/输出特点及LED背光源系统自身特性，输出RGB背光区域控制数据，以实现对区域LED背光源RGB发光单元的自适应控制；所述RGB数据处理系统模块依据量化数据表对色彩数据进行量化处理，量化后的数据采用查表法从存储器中获取RGB三色彩的控制数据，RGB数据处理系统模块依据背光系统及视频输入数据的输入/输出特性关系对RGB控制数据进行亮度及色彩伽马校正处理，完成三色伽马校正处理后的控制数据输出到LED背光源，自适应控制LED背光源的RGB三色彩发光单元亮度；数据运算时，首先依据视频信号计算图像灰阶，得到满足系统要求的白光，再根据不同区域的色阶数据，对其进行色彩变换处理。
一种可自适应控制LED背光源不同区域色彩的方法，包括如下步骤：
依据视频数据格式/标准对输入的视频数据进行辨析，对不同格式/标准的视频数据进行分析、处理，通过判断输入控制位区分数据格式和格式标准，计算R、G、B三色的比例，从而得出正确的RGB数据输出到RGB数据处理系统模块；
RGB数据处理系统模块依据量化数据表对色彩数据进行量化处理，量化后的数据采用查表的方法从存储器中获取RGB三色彩的控制数据，RGB数据处理系统模块依据背光系统及视频输入数据的输入/输出特性关系对RGB控制数据进行亮度及色彩伽马校正处理，完成三色伽马校正(Gamma Correction)处理后的控制数据输出到LED背光源，自适应控制LED背光源的RGB三色彩发光单元亮度；
数据运算时，首先依据视频信号计算图像灰阶，得到满足系统要求的白光，再根据不同区域的色阶数据，对其进行色彩变换处理。
在本发明实施例中，通过控制系统从图像不同显示区域获取色彩数据，并对其数字RGB数据进行量化处理，对量化数据通过查表法获得对应色彩的控制数据，然后依据LCD电视图像输入与输出非线性关系，采用LUT法进行三种色彩RGB的伽马校正，控制数据与伽马校正数据进行运算，得出最佳控制数据，输出到LED背光源系统，分别控制三色LED发光亮度。从而实现LED背光源三种色彩的单独控制，增强了显示图像的动态对比度，降低了LED背光源的能耗，适应人眼色彩敏感性特点。
附图说明
图1是本发明LED背光源自适应控制系统的原理框图。
图2是本发明LED背光源自适应控制系统的控制流程图。
图3是本发明的LVDS的数据格式图示。
图4是本发明的伽马校正曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1所示，本发明LED背光源自适应控制系统包括有接收视频数据输入的数据解析系统模块以及连接数据解析系统模块，以接收数据解析系统模块的输出信息的RGB数据处理系统模块。其中，数据解析系统模块主要对输入的视频数据进行解析，从中分别获取不同显示区域R、G、B三种色彩的亮度数据，以及行同步、场同步、数据使能三种控制信息，进而输出到RGB数据处理系统模块完成相应数据处理；RGB数据处理系统模块主要接收数据解析系统模块输出的RGB色彩信息及相应控制信息，完成对R、G、B三种色彩的处理，依据RGB不同的亮度数据，分别实现LED背光源的RGB发光单元的自适应控制。
针对人眼对R、G、B三种色彩敏感程度的差异及LCD电视视频显示的特性，本发明LED背光源自适应控制系统依据LVDS数据解析系统输出的色彩数据，分别对RGB三种发光单元的发光强度进行相应的Gamma Correction。其中，视频数据首先输入到数据解析系统模块，数据解析系统模块依据外部控制数据信息(比特位选择及格式标准选择)，对输入的视频数据分析、处理，从中获取显示区域的RGB三彩色亮度数据及相关同步控制信息；然后，RGB数据处理系统模块实现对数据解析系统模块输出的三种色彩进行处理，依据RGB不同的亮度数据、视频输入/输出特点及LED背光源系统自身特性，输出RGB背光区域控制数据，以实现对区域LED背光源RGB发光单元的自适应控制。
图2所示为本发明LED背光源自适应控制系统的控制流程图，首先依据视频数据格式/标准对输入的视频数据进行辨析，系统对不同格式/标准的视频数据进行分析、处理，计算R、G、B三色的比例，从而得出正确的RGB数据，然后输出到RGB数据处理系统模块，RGB数据处理系统模块依据量化数据表对色彩数据进行量化处理，量化后的数据采用查表的方法从存储器中获取RGB三色彩的控制数据，RGB数据处理系统模块依据背光系统及视频输入数据的输入/输出特性关系对RGB控制数据进行亮度及色彩伽马校正处理，完成三色伽马校正(Gamma Correction)处理后的控制数据输出到LED背光源，自适应控制LED背光源的RGB三色彩发光单元亮度。为提高系统的处理速度，伽马校正通过查表法LUT方式从存储器获取相应的校正数据。
图3所示为LVDS(低电压差分信号)的数据格式，本实施例中以LVDS视频输入信号为例进行说明，所示LVDS分为6bits、8bits、10bits三种格式，当前普遍采用的是8bits与10bits两种，而这两种又分为VESA与JEIDA两种国际标准，其中VESA的色彩数据采用的是首先排列低6位，再按每两位一组的格式实现对8/10bits数据的排列，而JEIDA与其相反，首先排列高6位，再按从高到低两位一组的格式实现对8/10bits数据的排列，无论是哪种格式/标准，LVDS都包含了全部色彩数据及相关控制信息。数据解析系统模块可直接从LVDS中获取相关色彩信息，也可以通过相应LVDS处理器件，实现LVDS向TTL/CMOS的转换。数据解析系统模块通过判断输入控制位来区分数据格式及Format，比如：Bits Select可实现对LVDS格式，即8bits或是10bits的判断选择；Format Select可实现对VESA或JEIDA标准的选择判断，以完成解析系统模块对数据的处理，简化数据的判断/处理难度。本实施例输入的是视频输入数据Din，主要输出的是不同图像显示区域的三种色彩数字RGB数据RD、GD、BD。数字RGB数据RD、GD、BD输入到RGB数据处理系统模块后，RGB数据处理系统模块首先完成对数据的量化，依据背光系统所需三基色LED的光通量实现对三色强度的比例分配，据此对数字RGB数据进行相应变换，得到符合系统要求的白光。
φ R φ G φ B = x R y R x G y G x B y B 1 1 1 1 - x R - y R y R 1 - x G - y G y G 1 - x B - y B y B - 1 x W y W 1 1 - x W - y W y W - - - ( 1 )
三基色LED光通量依据式(1)计算得出，其中φR、φG、φR为所需三基色LED的光通量，xR、yR、xG、yG、xB、yB、xW、yW为三基色LED和系统要求背光的CIE1931色坐标。
为简化控制系统运算，可依据背光系统参数，预先计算出相对应的变换数据存贮于ROM中，控制系统实际操作控制时从相应数据空间通过查表法LUT方式取得相关控制数据，此数据可保存于内部数据存储器ROM，也可以存储于外部数据存储器ROM中。
数据量化时，10bits数据可表示0～1023，而8bits数据为0～255，本发明系统对10bits/8bits数据进行归一量化处理，针对LED背光源对不同色阶的发光程度，按照不同加权对数据进行相应的量化处理，不仅便于对不同数据格式的统一处理，也降低了数据处理量。本发明中所述的查表法(LUT)即为：量化的色彩数据可在LUT表中找到唯一对应的控制数据，该LUT表包括不同色彩发光强度表、不同色彩点Gamma Correction表。为简化量化算法，本发明提供量化系统也可以采用查表法完成，系统对查表得到的控制数据进行运算处理，最终得到LED背光源控制数据，以控制背光源三色LED的发光强度。
数据运算时，首先依据视频信号计算图像灰阶，得到满足系统要求的白光，再根据不同区域的色阶数据，对其进行色彩变换处理，增强图像的色彩表现力，如：蓝天白云青草，则在相对应区域增强蓝色、绿色LED的亮度，而对图像中色阶数据相对小的区域降低相应LED的亮度，提高图像色彩动态对比度，降低背光源功耗，进而降低背光系统的热量。控制系统依据数据运算的数据，计算相应区域三基色LED的通断时间，生产控制三基色LED的PWM信号，实现对背光系统LED的控制。
图4为伽马校正曲线图，由于LCD电视机系统图像源的录制及Panel显示等因素造成输入与输出成非线性关系，为实现对色彩的补偿，本系统依据伽马校正曲线，对背光源的色彩进行相应的校正，使其还原图像的真实色彩。
本发明创作通过控制系统从图像不同显示区域获取色彩数据，并对其数字RGB数据进行量化处理，对量化数据通过查表法获得对应色彩的控制数据，然后依据LCD电视图像输入与输出非线性关系，采用LUT法进行三种色彩RGB的伽马校正，控制数据与伽马校正数据进行运算，得出最佳控制数据，输出到LED背光源系统，分别控制三色LED发光亮度。不仅提高了图像的动态对比度，增强了色彩表现力，提高了图像色彩动态对比度，而且降低了对处理器系统的处理要求，降低了系统的能耗。本发明创作具有完整的控制、采集、处理单元，既可以独立于LCM与电视独立存在，也可集成于LCM中，作为LCM一个控制单元模块，或集成在整机中，作为电视机一个功能模块，增强对LED背光源的控制功能，扩展本控制系统的适用领域。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种LED背光源自适应控制系统，包括有接收视频数据输入的数据解析系统模块以及连接数据解析系统模块，以接收数据解析系统模块的输出信息的RGB数据处理系统模块，其特征在于：数据解析系统模块主要对输入的视频数据进行解析，通过判断输入控制位区分数据格式和格式标准，从中分别获取不同显示区域R、G、B三种色彩的亮度数据、以及行同步、场同步、数据使能三种控制信息，进而输出到RGB数据处理系统模块完成相应的数据处理；RGB数据处理系统模块主要接收数据解析系统模块输出的RGB色彩信息及相应控制信息，完成对R、G、B三种色彩的处理，并依据RGB不同的亮度数据、视频输入/输出特点及LED背光源系统自身特性，输出RGB背光区域控制数据，以实现对区域LED背光源RGB发光单元的自适应控制；所述RGB数据处理系统模块依据量化数据表对色彩数据进行量化处理，量化后的数据采用查表法从存储器中获取RGB三色彩的控制数据，RGB数据处理系统模块依据背光系统及视频输入数据的输入/输出特性关系对RGB控制数据进行亮度及色彩伽马校正处理，完成三色伽马校正处理后的控制数据输出到LED背光源，自适应控制LED背光源的RGB三色彩发光单元亮度；数据运算时，首先依据视频信号计算图像灰阶，得到满足系统要求的白光，再根据不同区域的色阶数据，对其进行色彩变换处理。
2.如权利要求1所述LED背光源自适应控制系统，其特征在于：伽马校正通过查表法LUT方式从存储器获取相应的校正数据。
3.一种可自适应控制LED背光源不同区域色彩的方法，其特征在于，包括如下步骤：
依据视频数据格式/标准对输入的视频数据进行辨析，对不同格式/标准的视频数据进行分析、处理，通过判断输入控制位区分数据格式和格式标准，计算R、G、B三色的比例，从而得出正确的RGB数据输出到RGB数据处理系统模块；
RGB数据处理系统模块依据量化数据表对色彩数据进行量化处理，量化后的数据采用查表的方法从存储器中获取RGB三色彩的控制数据，RGB数据处理系统模块依据背光系统及视频输入数据的输入/输出特性关系对RGB控制数据进行亮度及色彩伽马校正处理，完成三色伽马校正处理后的控制数据输出到LED背光源，自适应控制LED背光源的RGB三色彩发光单元亮度；
数据运算时，首先依据视频信号计算图像灰阶，得到满足系统要求的白光，再根据不同区域的色阶数据，对其进行色彩变换处理。
4.如权利要求3所述的可自适应控制LED背光源不同区域色彩的方法，其特征在于：数据量化时，对10bits/8bits数据进行归一量化处理，针对LED背光源对不同色阶的发光程度，按照不同加权对数据进行相应的量化处理。
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