CN111818284B - 一种超高清电视区域调光系统及方法 - Google Patents

一种超高清电视区域调光系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超高清电视区域调光系统及方法，所述系统包括：电视信号源，用于输出各类电视信号源；电视主板，用于接收电视信号源输出的信号源，并进行信号处理得到整个画面的区域亮暗信息数据；背光数据处理单元，用于接收电视主板发送的所述区域亮暗信息数据，并将处理后的所述区域亮暗信息数据发送给各个Mini LED灯板的驱动芯片中；Mini LED灯板，用于通过驱动芯片根据处理后的所述区域亮暗信息数据控制Mini LED灯点亮。本发明通过整个Mini LED背光灯分区域控制，有效提高背光使用效率和提升显示画质，有效提升产品亮度和对比度，在保证安全的前提下，进一步提高Mini LED灯板的可靠性与使用时间。

Description

一种超高清电视区域调光系统及方法
技术领域
本发明涉及超高清电视背光技术领域，尤其涉及一种超高清电视区域调光系统及方法。
背景技术
超高清Mini LED电视是一种以Mini LED为背光源的液晶电视，与传统的侧面背光或者直下式背光相比，Mini LED的优点非常明显。Mini LED灯珠更小，能够实现更精密的动态背光效果，在有效提高屏幕亮度和对比度的同时，还能抑制采用传统大LED灯动态背光在屏幕亮暗区域之间造成的眩光现象。同时，Mini LED背光技术还具有轻薄、高画质、低功耗等特性，性能水平接近于OLED，在亮度、显色等方面优于OLED。特别是Mini LED背光结合精细的Local Dimming(局部调光，局部调光可以使屏幕局部变暗，同时让屏幕的明亮部分保持明亮，可以真正提高对比度，从而生成更好的图像)技术，可根据电视信号中画面各处的亮暗场，实时控制对应背光区域的开关及亮度调节，可让显示黑色的地方更黑，呈现出高对比，色彩更加艳丽。
超高清液晶电视一般采用普通LED灯作为液晶模组的背光源，单点发热大且亮度不够均匀，而目前超高清液晶电视，由于像素更密集，导致液晶玻璃透过率很低，背光源亮度不够大时，会导致超高清电视整机亮度降低，进一步会影响画质质量。同时，Mini LED作为背光源时，由于使用的数量多，难免会出现问题，导致局部亮度变化影响用户使用，更严重的是，电路出现故障后，可能带来用户使用安全隐患，降低了产品安全性。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种超高清电视区域调光系统及方法，旨在解决现有技术中Mini LED作为背光源，由于使用的数量多，导致局部亮度变化影响用户使用和电路故障的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种超高清电视区域调光系统，所述超高清电视区域调光系统包括：
电视信号源，用于输出各类电视信号源；
电视主板，用于接收所述电视信号源输出的信号源，并进行信号处理得到整个画面的区域亮暗信息数据；
背光数据处理单元，用于接收所述电视主板发送的所述区域亮暗信息数据，并将处理后的所述区域亮暗信息数据发送给各个Mini LED灯板的驱动芯片中；
Mini LED灯板，用于通过驱动芯片根据处理后的所述区域亮暗信息数据控制MiniLED灯点亮。
可选地，所述的超高清电视区域调光系统，其中，所述超高清电视区域调光系统还包括：
电源板，用于给所述电视主板和所述背光数据处理单元提供12V直流电，还用于通过电源分配板给每个所述Mini LED灯板提供26V/1A的电源。
可选地，所述的超高清电视区域调光系统，其中，所述电视主板分别与所述电视信号源、所述背光数据处理单元和所述电源板连接；所述背光数据处理单元与所述Mini LED灯板连接；所述电源板通过所述电源分配板与每个所述Mini LED灯板连接。
可选地，所述的超高清电视区域调光系统，其中，每块所述Mini LED灯板包括4颗驱动芯片、电源管理单元和多个Mini LED灯；4颗驱动芯片依次通过SPI信号通道串联；串联的4颗驱动芯片共控制128分区区域的Mini LED灯；所述电源管理单元为驱动芯片和MiniLED灯分别进行供电；
1块所述Mini LED灯板控制128分区背光控制，整个电视背光形成2048个分区控制；驱动芯片的一路信号控制一个分区，一颗驱动芯片共控制32路分区信号。
可选地，所述的超高清电视区域调光系统，其中，所述电视信号源包括：蓝光DVD、HDMI、DP、USB以及网络接口。
可选地，所述的超高清电视区域调光系统，其中，所述电视主板的主芯片包括：Hi3751V811和MSD6A838。
可选地，所述的超高清电视区域调光系统，其中，所述背光数据处理单元为MCU或者FPGA，所述MCU型号包括STM32F411，所述FPGA型号包括GW1N-LV4QN48C6/I5。
为实现上述目的，本发明提供一种超高清电视区域调光方法，所述超高清电视区域调光方法包括如下步骤：
当电视接收到启动信号后，所述电视主板启动工作，并输出Mini LED背光开启控制信号到所述背光数据处理单元；
所述背光数据处理单元开始工作，并发出控制指令到所有的驱动芯片中，完成整个背光区域调光电路的初始化；
每个驱动芯片通过SPI接口反馈初始化状态到所述背光数据处理单元，所述背光数据处理单元将所有芯片状态的反馈信号反馈给所述电视主板；
所述电视主板获取到Mini LED灯背光工作正常的信息后，输出图像信息到液晶玻璃中，控制电视正常工作。
可选地，所述的超高清电视区域调光方法，其中，所述电视正常工作状态包括：关闭区域调光功能和打开区域调光功能；
当关闭区域调光功能时，所述电视主板通过SPI接口输出固定值数据到所述背光数据处理单元，所述背光数据处理单元将所述固定值数据进行处理后分发到各个所述MiniLED灯板的驱动芯片中，完成固定背光亮度显示功能；
当打开区域调光功能时，所述电视主板通过对输入的视频源进行解压缩和解码，获取每个像素的亮度信息，得到2048分区每个区域的背光亮度数据，通过SPI接口将所述背光亮度数据传输到所述背光数据处理单元中，所述背光数据处理单元获取到各分区背光亮度数据后，根据16块所述Mini LED灯板分区区域，通过SPI通道进行数据分发，并以所述电视主板给出的VSYNC场同步信号为准，控制电视显示的每一帧图像画面与每一帧的背光亮度相匹配。
可选地，所述的超高清电视区域调光方法，其中，所述超高清电视区域调光方法还包括：
当某分区的Mini LED灯出现电流或电压状态异常时，驱动芯片定位出现异常的Mini LED灯，并及时将信息反馈回所述背光数据处理单元，所述背光数据处理单元将所述信息反馈回所述电视主板，所述电视主板记录故障，并在后台提示用户进行维修或自动修复选择。
本发明中，所述超高清电视区域调光系统包括：电视信号源，用于输出各类电视信号源；电视主板，用于接收所述电视信号源输出的信号源，并进行信号处理得到整个画面的区域亮暗信息数据；背光数据处理单元，用于接收所述电视主板发送的所述区域亮暗信息数据，并将处理后的所述区域亮暗信息数据发送给各个Mini LED灯板的驱动芯片中；MiniLED灯板，用于通过驱动芯片根据处理后的所述区域亮暗信息数据控制Mini LED灯点亮。本发明通过对输入视频信号进行数据处理，得到亮度信息，给到背光数据处理单元，控制整个Mini LED背光灯分区域控制，能有效的提高背光使用效率，有效提升显示画质，有效提升产品亮度和对比度，在保证安全的前提下，进一步提高Mini LED灯板的可靠性与使用时间。
附图说明
图1是本发明超高清电视区域调光系统的较佳实施例的原理示意图；
图2是本发明超高清电视区域调光系统的较佳实施例中Mini LED灯板的结构示意图；
图3是本发明超高清电视区域调光方法的较佳实施例的流程图；
图4是本发明超高清电视区域调光方法的较佳实施例中区域调光的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。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。
本发明较佳实施例所述的超高清电视区域调光系统，如图1所示，所述超高清电视区域调光系统包括：
电视信号源，用于输出各类电视信号源；电视主板，用于接收所述电视信号源输出的信号源，并进行信号处理得到整个画面的区域亮暗信息数据；背光数据处理单元，用于接收所述电视主板发送的所述区域亮暗信息数据(即画面各个区域的背光LED灯亮度数据，驱动芯片IW7039可以根据接收到的这个数据点亮LED灯，发出不同亮度)，并将处理后的所述区域亮暗信息数据发送给各个Mini LED灯板的驱动芯片中(所述电视主板将整个画面的背光LED亮度数据通过SPI传输给所述背光数据处理单元，所述背光数据处理单元接收整个画面的背光LED数据后，解码数据包，按照左上、右上、左下、右下四部分提取出相应部分数据，再将数据分别打包，通过4路SPI传输到这四个部分，去点亮相应部分的背光LED)；Mini LED灯板，用于通过驱动芯片根据处理后的所述区域亮暗信息数据控制Mini LED灯点亮，图1中包括左右两部分Mini LED灯板，每部分Mini LED灯板包括8块灯板，例如左半部分Mini LED灯板包括灯板1、灯板2、灯板3、灯板4、灯板9、灯板10、灯板11和灯板12，右半部分Mini LED灯板包括灯板5、灯板6、灯板7、灯板8、灯板13、灯板14、灯板15和灯板16。
另外，所述超高清电视区域调光系统还包括：电源板，用于给所述电视主板和所述背光数据处理单元提供12V直流电，还用于通过电源分配板给每个所述Mini LED灯板提供26V/1A的电源，即所述电源板共提供26V/16A电源通过两个电源分配板，分别向各块MiniLED灯板提供26V/1A的电源，满足16块灯板上Mini LED灯以及驱动电路使用。
其中，所述电视主板分别与所述电视信号源、所述背光数据处理单元和所述电源板连接；所述背光数据处理单元与所述Mini LED灯板连接；所述电源板通过所述电源分配板与每个所述Mini LED灯板连接。
其中，所述电视主板主芯片可以选用Hi3751V811或MSD6A838；各类电视信号源包括蓝光DVD、HDMI、DP、USB以及网络接口等；所述背光数据处理单元主芯片可以选用MCU(例如型号为：STM32F411)或者FPGA(例如型号为：GW1N-LV4QN48C6/I5)。
进一步地，如图2所示，每块所述Mini LED灯板包括4颗驱动芯片(即图2中的驱动芯片1、驱动芯片2、驱动芯片3和驱动芯片4)、电源管理单元和多个Mini LED灯；4颗驱动芯片依次通过SPI信号通道串联，其中，驱动芯片可以选用IW-7039；串联的4颗驱动芯片共控制128分区区域的Mini LED灯；所述电源管理单元为驱动芯片和Mini LED灯分别进行供电；1块所述Mini LED灯板控制128分区背光控制，整个电视背光形成2048个分区控制；驱动芯片的一路信号控制一个分区，一颗驱动芯片共控制32路分区信号。
本发明实现了最大2048分区的区域调光，各类电视信号源输入到所述电视主板进行信号处理，得到整个画面的区域亮暗信息数据，所述电视主板再将该数据传输到所述背光数据处理单元，所述背光数据处理单元经过处理将数据分发到各所述Mini LED灯板的驱动芯片中，所述驱动芯片根据数据控制Mini LED灯点亮。
进一步地，本发明较佳实施例所述的超高清电视区域调光方法，如图3所示，所述超高清电视区域调光方法包括以下步骤：
步骤S10、当电视接收到启动信号后，所述电视主板启动工作，并输出Mini LED背光开启控制信号到所述背光数据处理单元；
步骤S20、所述背光数据处理单元开始工作，并发出控制指令到所有的驱动芯片中，完成整个背光区域调光电路的初始化；
步骤S30、每个驱动芯片通过SPI接口反馈初始化状态到所述背光数据处理单元，所述背光数据处理单元将所有芯片状态的反馈信号反馈给所述电视主板；
步骤S40、所述电视主板获取到Mini LED灯背光工作正常的信息后，输出图像信息到液晶玻璃中，控制电视正常工作。
具体地，电视接收到启动信号后，所述电视主板启动工作，输出Mini LED背光使能信号BL-EN(即背光开启控制信号)到所述背光数据处理单元，此时，所述背光数据处理单元工作，并发出控制指令到所有的驱动芯片中，完成整个背光区域调光电路的初始化；每个驱动芯片通过SPI接口反馈初始化状态到所述背光数据处理单元，所述背光数据处理单元再将所有芯片状态反馈信号(即FB信号，feedback，里面包含各驱动芯片的工作信息)反馈回所述电视主板中，所述电视主板获取到Mini LED灯背光工作正常的信息后，输出图像信息到液晶玻璃中，电视正常工作。
其中，所述电视正常工作状态包括：关闭区域调光功能和打开区域调光功能；当关闭区域调光功能时，所述电视主板通过SPI接口输出固定值数据到所述背光数据处理单元，所述背光数据处理单元将所述固定值数据进行处理后分发到各个所述Mini LED灯板的驱动芯片中，完成固定背光亮度显示功能；当打开区域调光功能时，所述电视主板通过对输入的视频源进行解压缩和解码，获取每个像素的亮度信息，得到2048分区每个区域的背光亮度数据，通过SPI接口将所述背光亮度数据传输到所述背光数据处理单元中，所述背光数据处理单元获取到各分区背光亮度数据后，根据16块所述Mini LED灯板分区区域，通过SPI通道进行数据分发，并以所述电视主板给出的VSYNC场同步信号(接收背光LED灯的亮暗信息后，驱动芯片IW7039会去点亮相关背光LED等，同时，由于传输过程、信号处理过程中的延迟，并不能保证各背光信号同时亮灭，所以通过VSYNC场同步信号就能做到这一点，都以接收到VSYNC场同步信号时同时点亮LED灯，并保持到下一个VSYNC场同步信号到来后，再同时根据下一组背光数据点亮LED灯，保证各个部分LED灯是同一帧画面亮灭，背光与液晶中显示的图像是同一帧画面)为准，控制电视显示的每一帧图像画面与每一帧的背光亮度相匹配。
如图2所示，每块Mini LED灯板有4颗驱动芯片，驱动芯片相互之间通过SPI信号通道串联，每左上、右上、左下、右下均由4块灯板组成，每个区域中灯板之间也以SPI信号串联。9颗Mini LED灯串联组成一个正方形分区，即1块灯板控制128分区背光控制，整个电视背光形成2048个分区控制。驱动芯片的一路信号控制一个分区，一颗驱动芯片共控制32路分区信号，因此，驱动芯片不仅仅能控制每个分区的背光亮度，还能监测Mini LED灯的工作状态并定位每个Mini LED灯所在分区。
也就是说，当某分区的Mini LED灯出现电流或电压状态异常时，驱动芯片能快速定位该异常的Mini LED灯，并及时将信息反馈回背光数据处理单元，所述背光数据处理单元将该信息进一步反馈回所述电视主板，所述电视主板记录故障，并后台提示用户进行维修或自动修复选择。若用户选择维修，则所述电视主板记录的故障信息，可以方便维修人员快速定位出现问题的Mini LED灯，提升维修效率。
其中，若用户选择自动修复，则处理过程如图3所示，电视开机启动后，会首先默认设置为关闭区域调光功能，此时所述电视主板通过SPI接口输出一个固定值数据到所述背光数据处理单元，然后进一步分发到各Mini LED灯板的驱动芯片中，控制整个背光灯板发出预设的背光值。若打开区域调光功能，则所述电视主板通过对输入的视频源进行解压缩和解码，获取每个像素的亮度信息，得到2048分区每个区域的背光亮度数据，然后通过SPI接口将数据传输到所述背光数据处理单元中，此时，所述背光数据处理单元会首先进行反馈信息判断，该反馈信息由各Mini LED灯板上的驱动芯片而来，可以判断是否Mini LED灯工作正常，若正常，则启动区域调光功能，将各分区背光数据传输到对应灯板。
若不正常(例如Mini LED灯电压、电流超过额定值或者电路断路、短路等)，则所述背光数据处理单元一方面将该异常状况上传到所述电视主板，所述电视主板记录并提醒用户；另一方面所述背光数据处理单元会对从所述电视主板通过SPI通道传输来的2048分区背光数据进行处理，将通过SPI输出的异常状态分区(例如分区1)原始数据删除，输出到异常状态分区的数据全部置为0，即该分区的9颗Mini LED灯不通电，处于关闭状态。同时，将围绕该分区的8个分区(或异常分区位于四个角，则围绕它的3个分区，异常分区位于上下左右四条边，则围绕它的5个分区，取决于异常分区位置)背光原始数据也删除，并替换成一个固定预设值，即将围绕异常分区的几个分区关闭区域调光功能，将该固定预设值通过SPI通道传输到对应分区；其余分区背光数据依然不变，保持区域调光功能正常；通过背光数据处理单元这样处理，既保证了使用安全，又有效的提高了产品使用寿命，在某分区背光出现问题时，能最大限度减少对用户的使用影响。
本发明针对超高清液晶电视提出一种2048分区的区域调光电路方案，本发明通过对输入视频信号进行数据处理，得到亮度信息，给到背光数据处理单元，控制整个Mini LED背光灯分区域控制，能有效的提高背光使用效率，有效提升显示画质，有效提升产品亮度、对比度等参数。同时，本发明具有的Mini LED灯监测功能，能实时获取Mini LED灯状态，关闭异常显示灯，进一步提高Mini LED灯板的可靠性与使用时间。最后，本发明提出一种具有部分自动修复功能的Mini LED背光灯设计，在Mini LED灯异常时，能及时切换工作状态，既保证了使用安全，又最大限度降低了对用户的使用影响，提升了产品使用期限。
综上所述，本发明提供一种超高清电视区域调光系统及方法，所述系统包括：电视信号源，用于输出各类电视信号源；电视主板，用于接收所述电视信号源输出的信号源，并进行信号处理得到整个画面的区域亮暗信息数据；背光数据处理单元，用于接收所述电视主板发送的所述区域亮暗信息数据，并将处理后的所述区域亮暗信息数据发送给各个MiniLED灯板的驱动芯片中；Mini LED灯板，用于通过驱动芯片根据处理后的所述区域亮暗信息数据控制Mini LED灯点亮。本发明通过对输入视频信号进行数据处理，得到亮度信息，给到背光数据处理单元，控制整个Mini LED背光灯分区域控制，能有效的提高背光使用效率，有效提升显示画质，有效提升产品亮度和对比度，在保证安全的前提下，进一步提高Mini LED灯板的可靠性与使用时间。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种超高清电视区域调光系统，其特征在于，所述超高清电视区域调光系统包括：
电视信号源，用于输出各类电视信号源；
电视主板，用于接收所述电视信号源输出的信号源，并进行信号处理得到整个画面的区域亮暗信息数据；
背光数据处理单元，用于接收所述电视主板发送的所述区域亮暗信息数据，并将处理后的所述区域亮暗信息数据发送给各个Mini LED灯板的驱动芯片中；
Mini LED灯板，用于通过驱动芯片根据处理后的所述区域亮暗信息数据控制Mini LED灯点亮；
每块所述Mini LED灯板包括4颗驱动芯片、电源管理单元和多个Mini LED灯；4颗驱动芯片依次通过SPI信号通道串联；串联的4颗驱动芯片共控制128分区区域的Mini LED灯；所述电源管理单元为驱动芯片和Mini LED灯分别进行供电；
1块所述Mini LED灯板控制128分区背光控制，整个电视背光形成2048个分区控制；驱动芯片的一路信号控制一个分区，一颗驱动芯片共控制32路分区信号，实现了最大2048分区的区域调光。
2.根据权利要求1所述的超高清电视区域调光系统，其特征在于，所述超高清电视区域调光系统还包括：
电源板，用于给所述电视主板和所述背光数据处理单元提供12V直流电，还用于通过电源分配板给每个所述Mini LED灯板提供26V/1A的电源。
3.根据权利要求2所述的超高清电视区域调光系统，其特征在于，所述电视主板分别与所述电视信号源、所述背光数据处理单元和所述电源板连接；所述背光数据处理单元与所述Mini LED灯板连接；所述电源板通过所述电源分配板与每个所述Mini LED灯板连接。
4.根据权利要求1所述的超高清电视区域调光系统，其特征在于，所述电视信号源包括：蓝光DVD、HDMI、DP、USB以及网络接口。
5.根据权利要求1所述的超高清电视区域调光系统，其特征在于，所述电视主板的主芯片包括：Hi3751V811和MSD6A838。
6.根据权利要求1所述的超高清电视区域调光系统，其特征在于，所述背光数据处理单元为MCU或者FPGA，所述MCU型号包括STM32F411，所述FPGA型号包括GW1N-LV4QN48C6/I5。
7.一种基于权利要求1-6任一项所述超高清电视区域调光系统的超高清电视区域调光方法，其特征在于，所述超高清电视区域调光方法包括：
当电视接收到启动信号后，所述电视主板启动工作，并输出Mini LED背光开启控制信号到所述背光数据处理单元；
所述背光数据处理单元开始工作，并发出控制指令到所有的驱动芯片中，完成整个背光区域调光电路的初始化；
每个驱动芯片通过SPI接口反馈初始化状态到所述背光数据处理单元，所述背光数据处理单元将所有芯片状态的反馈信号反馈给所述电视主板；
所述电视主板获取到Mini LED灯背光工作正常的信息后，输出图像信息到液晶玻璃中，控制电视正常工作。
8.根据权利要求7所述的超高清电视区域调光方法，其特征在于，所述电视正常工作状态包括：关闭区域调光功能和打开区域调光功能；
当关闭区域调光功能时，所述电视主板通过SPI接口输出固定值数据到所述背光数据处理单元，所述背光数据处理单元将所述固定值数据进行处理后分发到各个所述Mini LED灯板的驱动芯片中，完成固定背光亮度显示功能；
当打开区域调光功能时，所述电视主板通过对输入的视频源进行解压缩和解码，获取每个像素的亮度信息，得到2048分区每个区域的背光亮度数据，通过SPI接口将所述背光亮度数据传输到所述背光数据处理单元中，所述背光数据处理单元获取到各分区背光亮度数据后，根据16块所述Mini LED灯板分区区域，通过SPI通道进行数据分发，并以所述电视主板给出的VSYNC场同步信号为准，控制电视显示的每一帧图像画面与每一帧的背光亮度相匹配。
9.根据权利要求7所述的超高清电视区域调光方法，其特征在于，所述超高清电视区域调光方法还包括：
当某分区的Mini LED灯出现电流或电压状态异常时，驱动芯片定位出现异常的MiniLED灯，并及时将信息反馈回所述背光数据处理单元，所述背光数据处理单元将所述信息反馈回所述电视主板，所述电视主板记录故障，并在后台提示用户进行维修或自动修复选择。
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