CN102651201B

CN102651201B - 侧光式led背光源的动态控制方法

Info

Publication number: CN102651201B
Application number: CN201110113978.5A
Authority: CN
Inventors: 赵星星; 蒋文杰; 张丽蕾
Original assignee: BOE Technology Group Co Ltd
Current assignee: BOE Technology Group Co Ltd
Priority date: 2011-05-04
Filing date: 2011-05-04
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2031-05-04
Also published as: CN102651201A

Abstract

本发明公开了一种用于液晶屏的侧光式LED背光源的动态控制方法，所述侧光式LED背光源包括多组LED，所述方法包括：获取视频信号中当前帧原始图像的灰度数据；根据所述当前帧原始图像的灰度数据与各组LED对背光的贡献率的数据得到所述各组LED的一次优化亮度数据；对所述当前帧原始图像的灰度数据进行各个灰度像素数的直方图统计，根据所述直方图统计的结果确定全局阈值灰度；根据所述各组LED的一次优化亮度数据和所述全局阈值灰度得到所述各组LED的二次优化亮度数据；以及根据所述各组LED的二次优化亮度数据对所述当前帧原始图像的数据进行调整，并生成当前帧输出图像数据。本方法在保证屏幕画面效果的同时，可以大幅降低背光功耗并提高屏幕的对比度。

Description

侧光式LED背光源的动态控制方法

技术领域

本发明属于LED背光源领域，涉及一种用于液晶屏的侧光式LED背光源的动态控制方法。

背景技术

近年来，传统的阴极射线管(CRT)因体积笨重、辐射量高、功耗大等缺点，已逐步被液晶显示(LCD)所取代。目前的LCD显示屏的背光源按光源材质主要分为冷阴极荧光管(CCFL)背光源和发光二极管(LED)背光源两种。CCFL背光源具有发光效率高的优点，但是其含有对人体及环境有害的汞蒸汽，并且色彩还原性差，驱动线路复杂，需要上千伏特的驱动电压；LED背光源色彩还原性好，色域的扩展性强，可以低电压工作，因而其已经越来越普及，并且随着大功率LED芯片的出现，LED的亮度有了显著的提高，已逐渐地取代了CCFL背光源。而目前的LED显示屏的背光源按布置方式则主要分为侧光式与直下式两种。直下式背光源是将CCFL或LED设置在扩散板底部，光从底部进入扩散板，经扩散板雾化及折射后从扩散板的上方射出，这种背光源的亮度较高，但产品厚度厚，成本较高；侧光式背光源是将CCFL或LED灯条设置在屏幕的侧面，光从导光板的侧面进入导光板进行传播，这种背光源的产品虽然亮度较低，但厚度较薄、成本较低，其中，侧光式LED背光源是目前的主流背光源。

在侧光式CCFL背光源中，一般将与屏幕长度基本相等的CCFL灯条布设在屏幕的侧面，根据显示画面的亮暗程度将灯条的亮度整体调高或调低，并对图像数据进行相应的调整，这种控制方法称为whole dimming(整体动态调光)控制方法。由于whole dimming技术比较成熟，现有的侧光式LED背光源普遍沿用CCFL时代的这种控制方法，即，根据显示画面的亮暗从整体上对所有灯条上的所有LED进行相同比例的亮度调节，使所有LED的亮度一致地进行变化；同时对图像数据进行相同调节量的调整，以实现显示画面的整体动态调整。这种方法虽然实现方便，但没有有效地利用LED的分组可控性，背光源功耗的节省效果不太明显。

发明内容

为解决上述现有技术的不足，本发明提供一种侧光式LED背光的动态控制方法，其在保证屏幕画面效果的同时，可以大幅降低背光功耗，显著提高屏幕的对比度，并且计算量小，硬件开销小，而且还能够适度地减轻屏幕中的少数亮点或噪点的亮度，使用户的观感更加愉悦。

为了实现上述目的，本发明提供一种侧光式LED背光的动态控制方法，所述侧光式LED背光源包括多组LED，每组LED包括一个或多个LED，所述方法包括：获取视频信号中当前帧原始图像的灰度数据；根据所述当前帧原始图像的灰度数据与各组LED对背光的贡献率的数据得到所述各组LED的一次优化亮度数据；对所述当前帧原始图像的灰度数据进行各个灰度像素数的直方图统计，根据所述直方图统计的结果确定全局阈值灰度；根据所述各组LED的一次优化亮度数据和所述全局阈值灰度得到所述各组LED的二次优化亮度数据；以及根据所述各组LED的二次优化亮度数据对所述当前帧原始图像的灰度数据进行调整，并生成当前帧输出图像数据。

在本发明中，将LED分为多组，一方面根据各组LED对背光的贡献率的数据对各组LED的亮度进行一次优化，另一方面，根据直方图统计确定出与当前帧原始图像相对应的全局阈值灰度，根据所述全局阈值灰度对各组LED的亮度进行二次优化。继而，利用优化结果对各组LED的亮度进行实时的独立控制，因此，能够大幅地降低背光的功耗。此外，由于LED的整体亮度降低，减小了LED的侧漏光，使整个显示屏的暗态亮度降低，因此提高了屏幕的对比度。

在本发明的侧光式LED背光的动态控制方法中，可利用事先选定的第一阈值来辅助对所述一次优化亮度的确定，以获得最优的亮度分布。并且可以利用对图像分辨率的压缩来减少计算量，减轻硬件开销。

在本发明的侧光式LED背光的动态控制方法中，可利用事先选定的第二阈值来辅助对所述全局阈值灰度的确定。根据直方图，将所有像素中一定比例的高亮度像素作为噪点或是无关紧要的信息进行忽略。这样可以实现更优的动态效果，并且可以适度地减轻屏幕中的少数亮点或噪点的亮度，使画面效果更加平滑，用户的观感更加愉悦。

本发明的侧光式LED背光的动态控制方法可用于液晶显示器、液晶电视、银行柜员机、笔记本电脑、手机等各种电子设备，应用广泛，实现方便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例和现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明的实施例的侧光式LED背光源的示意图；

图2(a)-图2(g)为根据本发明的几种侧光式LED的灯条布置方式示意图；

图3为根据本发明的实施例的对侧光式LED背光源进行动态控制的流程图；

图4为根据本发明的实施例的压缩对比示意图，其中图4(a)为原始分辨率图像的示意图；图4(b)为根据本发明的实施例的压缩灰度矩阵的示意图；

图5为单组LED点亮时的光斑、光场分布示意图；

图6为根据本发明的实施例的当前帧原始图像灰度数据直方图；

图7为根据本发明的实施例的背光控制及视频校正过程示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的侧光式LED背光的动态控制方法进行详细说明。其中，相同的部件由相同的附图标记表示，并且为了避免冗余将省略对其的说明。

在本实施例中，“灰度值”是选自0-255的整数(包括0和255)。

图1是侧光式LED背光源的示意图。如图1所示，侧光式LED背光源包括导光板4和布置在导光板周围的至少一个LED灯条2，具体地，LED灯条2可以位于背光源的一侧，也可以位于背光源的两侧、三侧或者四侧，每侧的LED灯条2可以是一个，也可以是两个或多个。例如，图2(a)是单侧单灯条布置的示意图；图2(b)是单侧两灯条布置的示意图，图2(c)是上下两侧两灯条布置的示意图；图1和图2(d)是上下两侧四灯条布置的示意图；图2(e)是四侧六灯条布置的示意图；图2(f)是左右两侧两灯条布置的示意图；图2(g)左右两侧四灯条布置的示意图。

每个LED灯条2包括一个或多个由白色LED 3组成的LED组，每个LED组单独受到控制，不同灯条上的LED组的数量可以相同也可以不同。所有灯条包括的LED组的数量之和至少为2组。例如，如图1所示，灯条2的数量为2个，每个灯条2上包括单独受到控制的4组LED，每组LED包括1个LED 3。再例如，灯条数量为1个，包括单独受到控制的至少2组LED；或者灯条数量为至少2个，每个灯条上只有单独受到控制的1个LED组。

每组LED通过导线与驱动芯片(驱动板)6连接，驱动芯片6与侧光动态控制芯片7连接。侧光动态控制芯片7根据视频的输入，通过计算将背光控制数据输出至驱动芯片6，驱动芯片6根据控制数据分别控制各组LED的占空比、电流等参数，从而分别控制各组LED的亮度。此外，每组LED也可以由单独的驱动芯片进行控制；并且驱动芯片6和侧光动态控制芯片7可以集成为一体。此外，测光动态控制芯片7还用于接收视频信号，对视频信号进行处理，并将处理后的视频信号输出至显示屏(未示出)。

图3是本发明的对侧光式LED背光源进行动态控制的流程图。如图3所示，该控制方法包括：

步骤101，接收视频信号，提取视频信号中当前帧原始图像的灰度数据(亮度数据)。灰度数据的个数与显示器的分辨率有关，如显示器的分辨率为1920×1080，则得到2073600个灰度数据。提取灰度数据的方法可以是将原始图像的RGB(红绿蓝)空间转化为YUV(灰度-色差)色空间，从YUV色空间提取原始图像的灰度分量Y，也可以采用其他的方法，如只提取RGB三色中某种颜色的灰度，或是分别提取RGB三色的灰度分量再计算出灰度。

步骤102，根据当前帧原始图像的灰度数据与各组LED对背光的贡献率的数据得到所述各组LED的一次优化亮度数据。

下面对步骤102进行详细说明。

由于常规视频图像的分辨率很大(如1024×768、1920×1080)，计算时计算量过大，因此可先将原始图像的分辨率进行压缩，如图4(a)、图4(b)所示，将原始图像压缩为20×10的矩阵，该压缩灰度矩阵内的单元格数量为20×10＝200个，将背光范围也相应地划分为20×10个区域。然后，根据步骤101中得到的灰度数据为矩阵中的每个单元格确定一个名义灰度。该名义灰度优选为该单元格内所有像素的灰度中的最大灰度值，但也可以是该单元格内所有像素的平均灰度值，或是对该单元格内的像素灰度进行计算后得到灰度值。当然，如果硬件的处理能力很强，也可不对原始图像进行压缩，从而以与每个像素点相对应的区域作为一个单元格。

图5示意性地示出了图1所示的侧光式LED背光源在其中一组LED点亮时的背光亮度分布，图中灰度大的位置表示该组LED对该处背光的贡献较大。如果调整该组LED的亮度，背光上光斑所覆盖的区域亮度的会明显变化。一组LED对某个单元格的背光的贡献率，是指一组LED对上述矩阵中某个单元格(或区域)的灰度的贡献相对于所有LED对该单元格的灰度的贡献(100％)的比率。在实际应用中，可以将单组LED打开时测量出的单元格的灰度(或背光亮度)与全部LED打开时测量出的单元格的灰度(或背光亮度)的比值作为该组LED对该单元格的背光的贡献率。一组LED对背光的贡献率的数据，包括该组LED对上述矩阵中各个单元格的背光的贡献率，由于各组LED的位置不同，每个单元格的位置也不同，因此，一组LED对各单元格的背光的贡献率不完全相同，各组LED对同一单元格的背光的贡献率也不完全相同。另外，由于在背光源设计完成后，各组LED对于上述矩阵中的某个单元格的贡献率是固定不变的。因此，可以在设计背光源时测量各组LED对不同单元格的贡献率，得到各组LED对背光的贡献率的数据，并将该数据存储在侧光动态控制芯片7或者与之相连的存储芯片中。

在得到了压缩灰度矩阵以及各组LED对背光的贡献率之后，可以得出各组LED的一次优化亮度L₁。其方法为：预先选定一个阈值TH_p(例如2％)，当一组LED对于某个单元格的贡献率小于该阈值TH_p，或者当一组LED对某个单元格内所有点的贡献率的和小于该阈值TH_p，则可认为该组LED对背光该单元格的影响较小，可以忽略。对于某组LED，选出所有单元格中该组LED贡献率大于TH_p的那些单元格。然后，利用所选出的单元格的名义灰度中最大的名义灰度得到该组LED的一次优化亮度L₁，例如，将该最大名义灰度作为该组LED的一次优化亮度L₁，或者将该最大名义灰度进行查表，从而确定该组LED的一次优化亮度L₁。其中，阈值TH_p为1％～5％，优选为2％～3％，如果TH_p过大，最后的画质效果会很差，如果阈值过小，则功耗节省不明显。当然，也可以不储存各组LED的贡献率，改为储存各组LED所对应的贡献率大于TH_p的各个单元格，从而通过压缩灰度矩阵和各组LED所对应的单元格信息来确定各组LED的一次优化亮度L₁。

步骤103，对步骤101中所得到的当前帧原始图像的灰度数据进行各个灰度像素数的直方图统计，根据直方图统计结果确定全局阈值灰度gray_th。

下面对步骤103进行详细说明。

首先，对当前帧原始图像的灰度数据进行各个灰度像素数的直方图统计，得到如图6所示的当前帧原始图像灰度数据直方图，图中横坐标(离散值)表示灰度值，纵坐标表示与该灰度值对应的像素数，直方图中每个柱体的纵坐标表示在该原始图像中，具有该灰度值的像素的数量。

然后，选定一个阈值TH_hist(0.0001～0.01之间的小数，例如为0.002)，利用该阈值TH_hist确定全局阈值灰度gray_th，该全局阈值灰度gray_th满足：1)灰度值大于gray_th的像素数N_a占总像素数N的比例N_a/N小于TH_hist；2)灰度值大于gray_th的像素数N_a与灰度值等于gray_th的像素数N_g的和占总像素数N的比例(N_a+N_g)/N大于或等于TH_hist。也就是说，将所有像素中位于该阈值TH_hist以内的像素作为噪点或是无关紧要的信息进行忽略，然后将剩余像素的灰度值中最大的灰度值作为全局阈值灰度gray_th。

具体地说，例如，选定TH_hist＝0.002。设所有像素中，灰度值为x的像素的数量为N_x，即，直方图中坐标为x的柱体的纵坐标为N_x。那么：如果N₂₅₅/N≥TH_hist，则gray_th＝255；如果N₂₅₅/N＜TH_hist且(N₂₅₅+N₂₅₄)/N≥TH_hist，则gray_th＝254；如果(N₂₅₅+N₂₅₄)/N＜TH_hist且(N₂₅₅+N₂₅₄+N₂₅₃)/N≥TH_hist，则gray_th＝253......如果而则gray_th＝g。其中，阈值TH_hist为0.001～0.005，优选为0.002。

当然，也可以以其他方法获得gray_th，例如对直方图按面积进行纵向切分，切分线(如图6中的直线20)右侧的图像面积/总直方图图像面积比例×255＝TH_hist，然后，将切分线的横坐标取整向右取整(或作四舍五入)，作为gray_th。

步骤104，通过得到的全局阈值灰度gray_th和各组LED的一次优化亮度L₁的数据得到各组LED的二次优化亮度L₂的数据。

例如，可以以gray_th×L₁/255作为各组LED的二次优化亮度L₂。也可以先对gray_th或一次优化亮度L₁进行对数或指数校正，再得到各组LED的二次优化亮度。还可以通过查表得到LED的二次优化亮度。

全局阈值灰度gray_th越小，则各组LED的二次优化亮度越小，因此能够比一次优化更进一步地降低背光源的功耗，并随着LED的亮度的减小，使整个屏幕的暗态亮度降低，因此提高了屏幕的对比度。反之，如果一帧画面中灰度接近255的像素很多，则gray_th值较大，说明这些亮点不能被当做噪点或无关紧要的信息，因而可以保证画面效果，避免失真。

步骤105，根据所述各组LED的二次优化亮度数据对所述各组LED进行单独控制。

由测光动态控制芯片7通过驱动芯片6对各组LED进行单独控制，例如控制各组LED的占空比、电流等参数，使各组LED的亮度分别达到对应的二次优化亮度L₂或者与该二次优化亮度相对应的亮度。

步骤106，根据各组LED的二次优化亮度数据调节当前帧原始图像的数据，并生成当前帧输出图像数据。

因优化后各组LED的亮度不同，背光将不再是均匀的背光，因此，需要对原始图像数据进行调整、校正或补偿，针对背光调暗的部分位置进行适当的灰度增强，使透过率提升，以还原原始的显示效果。如图7所示，其中，附图标记100表示当前帧原始图像；200表示在对各组LED进行动态控制后，各组LED的二次优化亮度分布以及在各组LED的二次优化亮度下的背光的分布；300表示调整后所生成的当前帧输出图像。

其中，对当前帧原始图像数据的调整方法例如为：通过对各个单元格内的像素的灰度值应用二次元插值法，根据调节各组LED后背光的亮度，对屏幕上的对应像素用查找方法得出校正后的图像数据。当然，也可以应用其他方法获得校正后的当前帧输出图像数据。此外，在调整时，可以在还原原始显示效果的基础上进一步提高画面对比度，以提高显示效果。

步骤107，将当前帧输出图像数据输出至显示屏(LCD)。

由测光动态控制芯片将调整后生成将当前帧输出图像数据输出至显示屏。在图7中，附图标记400表示将调整后的背光与输出图像叠加后，用户最终观察到的画面。

可以理解的是，以上实施例仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施例，然而本发明并不局限于此。

例如，在上述实施例中所使用的LED为白色LED。对于采用RGB三色LED的侧光式LED背光源，可分别对当前帧原始图像的R、G、B分量数据进行计算，分别得到R、G、B三色的LED组的二次优化亮度，然后，分别对当前帧原始图像的R、G、B分量数据进行调整，再合成为当前帧输出图像数据。

另外，在进行直方图统计时，灰度值可不取自0-255以内的整数，也可以是小数，或仅选取其中的偶数，等等。

对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种用于液晶屏的侧光式LED背光源的动态控制方法，所述侧光式LED背光源包括多组LED，每组LED包括一个或多个LED，所述动态控制方法包括：

获取视频信号中当前帧原始图像的灰度数据；

根据所述当前帧原始图像的灰度数据与各组LED对背光的贡献率的数据得到所述各组LED的一次优化亮度数据，包括以下步骤：

将所述背光划分为多个指定区域，确定所述原始图像上与所述指定区域对应的区域的名义灰度；

从所述背光的各指定区域中，选出与所述各组LED中的任意一组LED对应的贡献率高于第一阈值的各指定区域；

确定所述选出的各指定区域的名义灰度中的最大名义灰度；

通过所述最大名义灰度确定该组LED的一次优化亮度，其中，

所述各组LED对背光的贡献率的数据包括所述每组LED

对所述背光的各指定区域的背光的贡献率；

对所述当前帧原始图像的灰度数据进行各个灰度像素数的直方图统计，根据所述直方图统计的结果确定全局阈值灰度；

根据所述各组LED的一次优化亮度数据和所述全局阈值灰度得到所述各组LED的二次优化亮度数据，以使得当所述全局阈值灰度越小时，所述各组LED的二次优化亮度越小；以及

根据所述各组LED的二次优化亮度数据对所述当前帧原始图像的数据进行调整，并生成当前帧输出图像数据，包括以下步骤：

确定所述各组LED的亮度为所述二次优化亮度时的背光分布数据；

根据所述背光分布数据对所述当前帧原始图像的数据进行调整，将当前帧原始图像的各像素中，与所述背光相对暗的区域所对应的像素的灰度值提高。

2.如权利要求1所述的动态控制方法，其特征在于，所述动态控制方法还包括：

根据所述各组LED的二次优化亮度数据对所述各组LED进行单独控制，以及

将所述当前帧输出图像数据输出到显示屏。

3.如权利要求1所述的动态控制方法，其特征在于，所述各组LED对背光的贡献率的数据预先储存在所述侧光式LED的芯片或电路中。

4.如权利要求1所述的动态控制方法，其特征在于，所述指定区域的名义灰度是根据当前帧原始图像的各像素中与所述指定区域相对应的像素的灰度的最大值所得到的灰度值。

5.如权利要求1所述的动态控制方法，其特征在于，所述第一阈值取自0.5%～3%。

6.如权利要求1所述的动态控制方法，其特征在于，所述根据所述直方图统计的结果确定全局阈值灰度，包括：

根据所述直方图统计的结果，从所述当前帧原始图像的灰度数据中，排除预定比例的高灰度数据；以及

以剩余的所述当前帧原始图像的灰度数据中的最大灰度值作为所述全局阈值灰度。

7.如权利要求1所述的动态控制方法，其特征在于，所述根据所述直方图统计的结果确定全局阈值灰度，包括：

确定满足下述条件的第一灰度：在所述当前帧原始图像的灰度数据中灰度值大于所述第一灰度的数据的数量占所述当前帧原始图像的灰度数据的总数量的比例小于第二阈值，并且在所述当前帧原始图像的灰度数据中灰度值大于所述第一灰度的数据的数量与灰度值等于所述第一灰度的数据的数量的和占所述当前帧原始图像的灰度数据的总数量的比例大于或等于所述第二阈值，以及

将所述第一灰度作为所述全局阈值灰度。

8.如权利要求7所述的动态控制方法，其特征在于，所述第二阈值为0～0.003。

9.如权利要求7所述的动态控制方法，其特征在于，所述第二阈值为0.002。

10.如权利要求1所述的动态控制方法，其特征在于，所述确定各组LED的一次优化亮度的步骤与所述确定全局阈值灰度的步骤是同时进行的。

11.如权利要求1所述的动态控制方法，其特征在于，所述各组LED的二次优化亮度=所述全局阈值灰度×所述各组LED的一次优化亮度/255。

12.如权利要求1所述的动态控制方法，其特征在于，所述多组LED设置在一个或多个灯条上，所述一个或多个灯条设置在导光板的至少一侧。

13.如权利要求12所述的动态控制方法，其特征在于，位于所述导光板的一侧的灯条的数量为一个或多个。

14.如权利要求1所述的动态控制方法，其特征在于，由侧光动态控制芯片通过驱动芯片对所述多组LED进行分组控制。

15.如权利要求1所述的动态控制方法，其特征在于，所述当前帧原始图像的灰度数据，包括当前帧原始图像的R（红色）分量的灰度数据、当前帧原始图像的G（绿色）分量的灰度数据和当前帧原始图像的B（蓝色）分量的灰度数据。