CN102543024A - 一种动态背光平衡的控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种动态背光平衡的控制电路，包括灰度分布统计单元、历史帧灰度分布信息存储单元、图像序列灰度判断单元、灰度调整单元、PWM调制控制器、显示控制单元以及液晶显示屏；所述液晶显示屏包括背光驱动电路和显示驱动电路；通过控制电路中各模块的协作，来根据显示图像内容的灰度分布信息实时动态调整液晶显示屏的背光源，来大幅降低手持设备屏幕功耗；且参考历史帧的灰度分布信息进行灰度调整，实现图像帧之间灰度和背光的渐变调整，避免只参考单帧图像造成灰度帧与背光帧之间的突变，使得显示效果不自然。

Description

一种动态背光平衡的控制电路

【技术领域】

本发明涉及手持设备通讯领域，尤其涉及一种动态背光平衡的控制电路。

【背景技术】

LCD液晶显示器是Liquid Crystal Display的简称，LCD的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。LCD由两块玻璃板构成，厚约1mm，其间由包含有液晶材料的5μm均匀间隔隔开。因为液晶材料本身并不发光，所以在显示屏两边都设有作为光源的灯管，而在液晶显示屏背面有一块背光板(或称匀光板)和反光膜，背光板是由荧光物质组成的可以发射光线，其作用主要是提供均匀的背景光源。

背光板发出的光线在穿过第一层偏振过滤层之后进入包含成千上万液晶液滴的液晶层。液晶层中的液滴都被包含在细小的单元格结构中，一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素。在玻璃板与液晶材料之间是透明的电极，电极分为行和列，在行与列的交叉点上，通过改变电压而改变液晶的旋光状态，液晶材料的作用类似于一个个小的光阀。在液晶材料周边是控制电路部分和驱动电路部分。当LCD中的电极产生电场时，液晶分子就会产生扭曲，从而将穿越其中的光线进行有规则的过滤，然后经过第二层过滤层的过滤在屏幕上显示出来。

当前手持设备的待机时间已经成为手持设备的一个瓶颈，传统液晶显示器的背光源采用恒定亮度的面光源，电能消耗很大，占整机电能消耗的60％以上；且液晶单元的透过率难以控制为零，即存在漏光现象，造成图像对比度下降；而且在手持设备的功耗构成中，屏幕的功耗占了相当大的部分，而液晶屏幕背光的功耗又占了液晶屏幕整体功耗的大部分，所以如何降低屏幕背光部分的功耗，是业内的一个难题。

目前，液晶显示屏是通过改变每个像素点的液晶的旋光状态来实现一个光阀的作用，由于背光强度是静态的，要得到黑色的低亮度效果，只能通过大幅的液晶旋光遮挡来实现。而这样用户只能通过静态配置实现液晶显示器的背光的调整，用户静态的设置，不能根据显示内容的灰度值实时动态调整背光，造成手持设备屏幕功耗很高。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题，在于提供一种动态背光平衡的控制电路，有效地降低了手持设备屏幕的功率消耗。

本发明是这样实现的：一种动态背光平衡的控制电路，其特征在于：包括灰度分布统计单元、历史帧灰度分布信息存储单元、图像序列灰度判断单元、灰度调整单元、PWM调制控制器、显示控制单元以及液晶显示屏；所述液晶显示屏包括背光驱动电路和显示驱动电路；

所述灰度分布统计单元读取当前待显示图像，对当前待显示图像的灰度分布进行统计，并将统计结果分别送往所述历史帧灰度分布信息存储单元和所述图像序列灰度判断单元；

所述历史帧灰度分布信息存储单元存储当前待显示图像的当前帧的灰度分布信息和当前帧之前的N帧的历史帧的灰度分布信息，所述N大于1的自然数；

所述图像序列灰度判断单元负责存储配置信息，并分别从所述灰度分布统计单元读取当前待显示图像的当前帧的灰度分布信息和从所述历史帧灰度分布信息存储单元读取当前帧之前的N帧的历史帧的灰度分布信息，来获取调整所述液晶显示屏的背光调整范围和图像灰度调整范围，并将背光调整范围送往所述PWM调制控制器来实施液晶显示屏的背光调整，将图像灰度调整范围送往所述灰度调整单元来实施液晶显示屏的灰度调整；

所述PWM调制控制器根据所述图像序列灰度判断单元送来的背光调整范围，获取所述背光驱动电路所需要的PWM信号的占空比，并将PWM信号送往所述背光驱动电路；

所述灰度调整单元读取所述当前待显示图像，并根据所述图像序列灰度判断单元送来的灰度调整范围对当前待显示图像进行灰度提升，并把处理后的图像送往所述显示控制单元；

所述显示控制单元将处理后的图像的数据转换为所述液晶显示屏能识别的显示数据流使图像可以在液晶显示屏上显示；

所述显示驱动电路解析所述显示控制单元输出的显示数据流，控制所述液晶显示屏上每个像素点的液晶的旋光状态来实现光阀作用，从而实现图像灰度的显示；

所述背光驱动电路将送来的PWM信号，转变为液晶显示屏的背光源的电源占空比，实现背光强度改变。

进一步地，所述配置信息包括容许图像灰度溢出的比例和所述历史帧灰度分布信息存储单元的存储历史帧的数量。

本发明具有如下优点：本发明的动态背光平衡的控制电路，包括灰度分布统计单元、历史帧灰度分布信息存储单元、图像序列灰度判断单元、灰度调整单元、PWM调制控制器、显示控制单元以及液晶显示屏；所述液晶显示屏包括背光驱动电路和显示驱动电路；通过控制电路中各模块的协作，来根据显示图像内容的灰度分布信息实时动态调整液晶显示屏的背光源，来大幅降低手持设备屏幕功耗。

【附图说明】

图1为本发明动态背光平衡的控制电路的原理框图。

【具体实施方式】

请参照图1所示，本发明的一种动态背光平衡的控制电路，包括灰度分布统计单元1、历史帧灰度分布信息存储单元2、图像序列灰度判断单元3、灰度调整单元4、PWM调制控制器5、显示控制单元6以及液晶显示屏7；所述液晶显示屏7包括背光驱动电路71和显示驱动电路72；

所述灰度分布统计单元1读取当前待显示图像，对当前待显示图像的灰度分布进行统计，并将统计结果分别送往所述历史帧灰度分布信息存储单元2和所述图像序列灰度判断单元3；

所述历史帧灰度分布信息存储单元2存储当前待显示图像的当前帧的灰度分布信息和当前帧之前的N帧的历史帧的灰度分布信息，所述N大于1的自然数；

所述图像序列灰度判断单元3负责存储配置信息，所述配置信息包括容许图像灰度溢出的比例和所述历史帧灰度分布信息存储单元的存储历史帧的数量；并分别从所述灰度分布统计单元1读取当前待显示图像的当前帧的灰度分布信息和从所述历史帧灰度分布信息存储单元2读取当前帧之前的N帧的历史帧的灰度分布信息，来获取调整所述液晶显示屏7的背光调整范围和图像灰度调整范围，并将背光调整范围送往所述PWM调制控制器5来实施液晶显示屏的背光调整，将图像灰度调整范围送往所述灰度调整单元4来实施液晶显示屏的灰度调整；

所述PWM调制控制器5根据所述图像序列灰度判断单元3送来的背光调整范围，获取所述背光驱动电路71所需要的PWM信号的占空比，并将PWM信号送往所述背光驱动电路71；

所述灰度调整单元4读取所述当前待显示图像，并根据所述图像序列灰度判断单元3送来的灰度调整范围对当前待显示图像进行灰度提升，并把处理后的图像送往所述显示控制单元6；

所述显示控制单元6将处理后的图像的数据转换为所述液晶显示屏7能识别的显示数据流使图像可以在液晶显示屏7上显示；

所述显示驱动电路72解析所述显示控制单元6输出的显示数据流，控制所述液晶显示屏7上每个像素点的液晶的旋光状态来实现光阀作用，从而实现图像灰度的显示；

所述背光驱动电路71将送来的PWM信号，转变为液晶显示屏7的背光源的电源占空比，实现背光强度改变。

本发明的动态背光平衡的控制电路工作原理如下：

1.在使用动态背光平衡的控制电路电路前，需要先对电路进行配置，配置信息包括容许图像灰度溢出的比例和所述历史帧灰度分布信息存储单元的存储历史帧的数量(即历史帧数量范围0～N)；配置完毕后，电路可以开始工作；

2.电路开始工作后，当前待显示图像数据被送往所述灰度分布统计单元1和灰度调整单元4，灰度分布统计单元1对当前待显示图像的灰度分布进行统计，并把统计结果送往所述历史帧灰度分布信息存储单元2和图像序列灰度判断单元3；

3.历史帧灰度分布信息存储单元2负责存储当前待显示图像的当前帧的灰度分布信息和当前帧之前的N帧的历史帧的灰度分布信息，当历史帧灰度分布信息存储单元2已经存储N帧图像的分布信息后，每当进入一个新的灰度分布统计数据，都会把N帧中最早的那一帧灰度分布统计值冲掉，由当前帧统计数据代替；

4.图像序列灰度判断单元3根据当前帧和历史帧的灰度分布和配置的容许图像灰度溢出的比例来判断背光调整范围和灰度调整范围，并把判断结果送往灰度调整单元4和PWM调制控制器5实施液晶显示屏的灰度调整和背光调整；

5.灰度调整单元4根据图像序列灰度判断单元3送来的灰度调整范围对当前待显示图像进行灰度提升运算，并把处理后的图像送往显示控制单元6；

6.显示控制单元6将经过灰度调整单元4后的图像数据转换为液晶显示屏7可以识别的显示数据流，使图像可以在屏幕显示；

7.显示驱动电路72负责解析显示控制单元6输出的显示数据流，控制液晶显示屏7上每个像素点的液晶旋光状态实现光阀作用，实现图像每个图像灰度的正确显示，如果灰度调整单元4对图像有提升处理，则液晶显示屏7上的光阀阻光率会比没有处理时降低；

8.PWM调制控制器5根据图像序列灰度判断单元3送来的背光调整范围，通过调整背光驱动控制的PWM信号的占空比，然后将背光驱动使用的PWM信号送往背光驱动电路71；

9.背光驱动电路71根据PWM调制控制器5送来的PWM调制信号，改变背光源的电源占空比，实现背光强度改变；如果PWM调制控制器5对PWM调制有降低占空比的处理，则背光强度会比没有处理时降低。

值得一提的是：所述图像序列灰度判断单元3负责存储配置信息，并分别从所述灰度分布统计单元1读取当前待显示图像的当前帧的灰度分布信息和从所述历史帧灰度分布信息存储单元2读取当前帧之前的N帧的历史帧的灰度分布信息，来获取调整所述液晶显示屏的背光调整范围和图像灰度调整范围，具体为图像序列灰度判断单元2将读取到的当前待显示图像的当前帧的灰度分布信息和当前帧之前的N帧的历史帧的灰度分布信息进行平均后得到平均的灰度分布信息；根据配置信息中的容许图像灰度溢出的比例，减掉超过容许图像灰度溢出的比例的图像的像素后，计算出剩下的图像的像素中最高的图像像素灰度和可显示的最高图像灰度的差值，并将该差值作为图像灰度调整范围，并得到灰度提升比例，再将调整后的图像的平均的灰度值到灰度背光映射表中进行查询，得到为了使用户观看实际亮度一致对应的背光因子值；该背光因子值作为该帧的背光强度因子即背光调整范围。

其中所述灰度背光映射表是指：由于LCD面板本身不发光，所以人眼看到的实际亮度L就和背光亮度B和图像像素平均灰度Y相关，用一个公式来表示即：L＝(a×B)×(Y)式中a表示背光强度因子，范围为0到1，0为背光关闭，1是背光最大；如果要让人眼看到亮度L不变，Y变大，则a需要变小，变化后的背光强度因子a’＝L/(B×Y)，由于硬件实现这样的运算需要大量电路，而且每个液晶型号的背光B都是固定的，所以将所有可能的Y变化带来的a’值事先运算好并存储于表中，表的结构为每个可能的Y值对应的a值；该表即为灰度背光映射表。在使用时只需要根据提升后图像的平均灰度值Y’到表中查询对应的背光因子a’即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (2)

1.一种动态背光平衡的控制电路，其特征在于：包括灰度分布统计单元、历史帧灰度分布信息存储单元、图像序列灰度判断单元、灰度调整单元、PWM调制控制器、显示控制单元以及液晶显示屏；所述液晶显示屏包括背光驱动电路和显示驱动电路；

所述灰度分布统计单元读取当前待显示图像，对当前待显示图像的灰度分布进行统计，并将统计结果分别送往所述历史帧灰度分布信息存储单元和所述图像序列灰度判断单元；

所述历史帧灰度分布信息存储单元存储当前待显示图像的当前帧的灰度分布信息和当前帧之前的N帧的历史帧的灰度分布信息，所述N大于1的自然数；

所述图像序列灰度判断单元负责存储配置信息，并分别从所述灰度分布统计单元读取当前待显示图像的当前帧的灰度分布信息和从所述历史帧灰度分布信息存储单元读取当前帧之前的N帧的历史帧的灰度分布信息，来获取调整所述液晶显示屏的背光调整范围和图像灰度调整范围，并将背光调整范围送往所述PWM调制控制器来实施液晶显示屏的背光调整，将图像灰度调整范围送往所述灰度调整单元来实施液晶显示屏的灰度调整；

所述PWM调制控制器根据所述图像序列灰度判断单元送来的背光调整范围，获取所述背光驱动电路所需要的PWM信号的占空比，并将PWM信号送往所述背光驱动电路；

所述灰度调整单元读取所述当前待显示图像，并根据所述图像序列灰度判断单元送来的灰度调整范围对当前待显示图像进行灰度提升，并把处理后的图像送往所述显示控制单元；

所述显示控制单元将处理后的图像的数据转换为所述液晶显示屏能识别的显示数据流使图像能在液晶显示屏上显示；

所述显示驱动电路解析所述显示控制单元输出的显示数据流，控制所述液晶显示屏上每个像素点的液晶的旋光状态来实现光阀作用，从而实现图像灰度的显示；

所述背光驱动电路将送来的PWM信号，转变为液晶显示屏的背光源的电源占空比，实现背光强度改变。

2.根据权利要求1所述的一种动态背光平衡的控制电路，其特征在于：所述配置信息包括容许图像灰度溢出的比例和所述历史帧灰度分布信息存储单元的存储历史帧的数量。