CN114495842B

CN114495842B - 基于Mini LED背光源及局部调光的液晶显示装置及驱动方法

Info

Publication number: CN114495842B
Application number: CN202111683264.8A
Authority: CN
Inventors: 邝昊云; 谢超英; 苏凤宜; 吉崧源; 曾照明; 肖国伟
Original assignee: APT Electronics Co Ltd
Current assignee: APT Electronics Co Ltd
Priority date: 2021-12-31
Filing date: 2021-12-31
Publication date: 2023-06-30
Anticipated expiration: 2041-12-31
Also published as: CN114495842A

Abstract

本发明提供了一种基于Mini LED背光源及局部调光的液晶显示装置及驱动方法，驱动方法包括步骤：获取图像RBG数据流；将图像RBG数据流各色彩分量进行处理；对图像RBG数据流进行RBG转YCbCr操作，提取图像亮度数据流；对背光数值进行校正；将8bit长度的背光数值进行映射，得到12bit的驱动数值；将处理后的图像RBG数据流输出至液晶显示装置显示部分。将驱动数值输出至背光板。本发明对背光数值进行校正，使背光亮度数值能更真实，合理反映输入图像的情况，与输入图像更匹配。

Description

基于Mini LED背光源及局部调光的液晶显示装置及驱动方法

技术领域

本发明属于液晶显示器技术领域，具体涉及一种基于Mini LED背光源及局部调光的液晶显示装置及驱动方法。

背景技术

目前基于miniLED直下式背光源的显示装置，其背光使用的局部调光算法会对整体显示效果产生很大影响，常用的局部调光算法如区域均值局部调光和区域有效值局部调光。前者计算背光分区对应的输入图像的灰度均值，并将其作为亮度数值。这种算法得到的亮度数值较小，整体显示效果偏暗。后者计算背光分区对应的输入图像的灰度有效值，并将其作为亮度数值。这种算法得到的亮度数值都得到增强，但是对比度会减弱。这些常用局部调光算法都无法使显示装置得到一个较好的显示效果。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明一种基于Mini LED背光源及局部调光的液晶显示装置及其驱动方法，其能提高液晶显示装置的显示质量。

为了解决上述问题，本发明按以下技术方案予以实现：

一种基于Mini LED背光源及局部调光的液晶显示装置驱动方法，包括步骤：

获取图像RBG数据流；

将图像RBG数据流各色彩分量进行处理；

对图像RBG数据流进行RBG转YCbCr操作，提取图像亮度数据流；

对背光数值进行校正；

将8bit长度的背光数值进行映射，得到12bit的驱动数值；

将处理后的图像RBG数据流输出至液晶显示装置显示部分；

将驱动数值输出至背光板。

作为本发明的进一步改进，对背光数据进行校正，包括如下步骤：

根据图像RBG数据流计算各个区域的加权均值、区域最大值；

计算加权均值与区域最大值的差值；

计算校正项；

利用校正项对加权均值进行校正得到背光数值；

作为本发明的进一步改进，根据图像RBG数据流计算各个区域的加权均值、区域最大值的步骤，包括：

根据图像RBG数据流计算各个区域的加权均值、区域最大值包括步骤：

设定符合分区数的累加器；

依照时序对落入该分区的图像亮度数据进行累加，得到各个分区的图像亮度值累加值；

根据图像亮度值累加值计算加权均值；

采用二值对比法获取区域最大值。

设定低灰度阈值和高灰度阈值；

根据低灰度阈值、高灰度阈值计算区域亮度补偿值；

利用区域亮度补偿值对背光数据进行偏置补偿。

作为本发明的进一步改进，将8bit长度的背光数值进行映射具体为：

将8bit长度的背光数值进行非线性映射。

作为本发明的进一步改进，将图像RBG数据流各色彩分量进行处理具体为：

将图像RBG数据流各色彩分量进行gamma校正处理。

此外，本发明还提供了一种基于Mini LED背光源及局部调光的液晶显示装置，包括可读存储介质、处理器，所述可读存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行以实现上述的驱动方法。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明对背光数值进行校正，使背光亮度数值能更真实，合理反映输入图像的情况，与输入图像更匹配。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1为实施例1所液晶显示装置驱动方法的流程图；

图2为实施例1所述局部调光步骤的流程图；

图3为实施例1中非线性映射曲线图；

图4为实施例1中LED驱动数据更新时序图；

图5为实施例2所述液晶显示装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

名称解释：

RBG：RGB色彩模式是工业界的一种颜色标准，是通过对红(R)、绿(G)、蓝(B)三个颜色通道的变化以及它们相互之间的叠加来得到各式各样的颜色的，RGB即是代表红、绿、蓝三个通道的颜色。

YCbCr：YCbCr是DVD、摄像机、数字电视等消费类视频产品中，常用的色彩编码方案。

本实施例以15.6寸液晶显示屏作为样例，进行说明，其中，该LCD是使用灯驱一体的miniLED背光板作为背光源，并且该背光源分成多个可单独控制的区域。灯板部分，使用20颗miniLED作为一区，分成8*16＝128区(长16区，宽8区)，一共2560颗miniLED灯。miniLED采用32通道的IW7039驱动芯片进行控制(SPI通信)，额定驱动电压与驱动电流分别设置为3V，1mA。驱动方法使用4颗IW7039，一路数据链SPI串行通信。该背光板放置在15.6寸液晶显示屏的下方，使背光更均匀。对应的LED区域亮度可由此区域的液晶显示屏图像信号决定，即当检测到对应图像信号亮度分布在低水平时适当调整对LED发光亮度，反之亦然，这样可以背光源进行动态调整，进而减小背光源的功耗，提高显示对比度，达到更好的显示效果。

本实施例的一种基于Mini LED背光源及局部调光的液晶显示装置驱动方法，如图1所示，包括步骤：

S1、获取图像RBG数据流；FPGA通过hdmi接口接收并解码外部信号源发送过来的图像RBG数据流。

S2、因为局部调光算法的影响，背光强度相比全部miniLED点亮的背光强度是减弱的，因此需要对输入图像进行处理，使整体显示亮度得到补偿，将图像RBG数据流各色彩分量进行处理，采用查找表的方式对输入图像数据进行gamma系数为1.12的gamma校正。接着以EDP时序方式送到LCD的驱动器即TCON协议转接板，这样LCD就显示校正后的图像了。

S3、依照HS(行同步)、VS(场同步)和DE(数据有效)信号，对图像RBG数据流进行RBG转YCbCr操作，提取图像亮度数据流，公式具体为：

Y(i)＝(47*R(i)+157*G(i)+16*B(i)+4096)/256，i∈[1，L]

式中，R(i)，G(i)，B(i)表示输入图像数据流的红色分量，绿色分量和蓝色分量，Y(i)表示转换后的亮度分量，L＝M*N，表示一帧图像的总像素点数，其中M表示图像垂直方向的像素点数，N表示水平方向的像素点数。

S4、对背光数值进行校正，步骤S4包括步骤：

S401、得到图像亮度数据流后，根据图像RBG数据流计算各个区域的加权均值、区域最大值。

S4011、根据图像RBG数据流计算各个区域的加权均值、区域最大值包括步骤：

S4012、设定符合分区数的累加器。

S4013、依照时序对落入该分区的图像亮度数据进行累加，得到各个分区的图像亮度值累加值，计算公式如下：

l为落入到该区域的亮度数据的点数，Y_m，n为落入到该区域的亮度数据，S_m，n为垂直方向第m个，水平方向第n个的区域的图像亮度累加值。l，m，n之间有如下关系，l＝(M/m)*(N/n)。本实施例中，M＝1080，N＝1920，m＝8，n＝16，l＝16200。

S4014、根据图像亮度值累加值计算加权均值，计算公式如下：

A_m，n＝a*S_m，n/l

式中，A_m，n为区域亮度均值，α为加权系数。本实施例中加权系数取1.42。

S4015、采用二值对比法获取区域最大值。

S402、计算加权均值与区域最大值的差值，差值为正数，计算公式如下：

式中，MAX_m，n为区域最大值，D_m，n区域加权均值和区域最大值的差值。

S403、计算校正项，具体计算为将差值平方，除以256，再与差值本身相加，再除以2的整数次方，次方决定了提供亮度偏置的校正项的占比，计算公式如下：

式中，C_m，n为矫正项，β为自然数，本实施例β为4。

S404、利用校正项对加权均值进行校正得到背光数值，计算公式如下：

BL_m，n＝A_m，n+C_m，n

式中，BL_m，n为校正后的加权均值，也是背光数值。

将输入图像数据的特征值即区域均值和区域最大值按照上述方法进行结合使用，能够使背光的动态调制兼顾对比度和亮度，调制更精细自然，更能反映真实图像的动态变化。

现有技术中，针对一些特殊的显示画面，如区域中较多像素为低灰阶像素，少数像素为高灰阶像素的星空类图像，现有的局部调光算法，策略都没有做针对性处理，这使得在背光板分区数不足，且要显示夜空，星空类图像的时候，局部调光算法会按照低灰阶的图像的情况进行背光亮度计算，最后显示的图像很暗，无法表现出星空，夜空类图像的特点。

故本实施例还配备了针对星空类图像的局部调光步骤，能够表现出星空，夜空类图像的特点，首先需要设置低灰度阈值，高灰度阈值，和区域中灰度低于低灰度阈值的像素点数阈值，区域中灰度高于高灰度阈值的像素点数阈值，共4个阈值。然后统计区域中低于低灰度阈值和高于高灰度阈值的像素点数，接着对符合条件的区域，计算其高于高灰度阈值的像素点数与设定的灰度高于高灰度阈值的像素点数阈值的差值，并将其作为亮度校正值，进行线性偏置的亮度校正，使亮度不会出现突变。如图2所示，具体包括步骤：

S411、设定低灰度阈值B_th和高灰度阈值W_th，统计区域中图像灰度大于高灰度阈值W_th的灰度点数为WN_m,n，低于低灰度阈值B_th的灰度点数为BN_m,n，可采用直方图统计分布进行统计。

S412、根据低灰度阈值B_th、高灰度阈值W_th计算区域亮度补偿值BLcomp_m,n，计算公式如下：

式中，BLcomp_m,n为针对星空类图像的区域亮度补偿值，WN_th为区域中灰度高于W_th的像素点数阈值，WN_upth为区域中灰度高于W_th的像素点数的上届阈值，WN_m,n为区域中灰度高于W_th的像素点数，BN_th为区域中灰度低于B_th的像素点数阈值，BN_m,n为区域中灰度低于Bth的像素点数，设置offset表示一个常规偏置补偿，目的是减少符合补偿条件与不符合补偿条件的亮度差别造成的区域显示闪烁感。本发明用例中，使用的阈值参数分别为：W_th＝65，B_th＝185，WN_th＝10，BN_th＝4000，WN_upth＝50，offset＝5。

若低于低灰度阈值B_th的灰度点数BN_m,n大于等于区域中灰度低于B_th的像素点数阈值BN_th，且区域中灰度高于W_th的像素点数WN_m,n大于区域中灰度高于W_th的像素点数阈值WN_th，小于区域中灰度高于W_th的像素点数的上届阈值WN_upth，则针对星空类图像的区域亮度补偿值BLcomp_m,n为区域中灰度高于W_th的像素点数WN_m,n与区域中灰度高于W_th的像素点数阈值WN_th的差值且为正数；若低于低灰度阈值B_th的灰度点数BN_m,n大于等于区域中灰度低于B_th的像素点数阈值BN_th，且区域中灰度高于W_th的像素点数WN_m,n大于区域中灰度高于W_th的像素点数的上届阈值WN_upth，则针对星空类图像的区域亮度补偿值BLcomp_m，n为区域中灰度高于W_th的像素点数的上届阈值WN_upth与区域中灰度高于W_th的像素点数阈值WN_th的差值且为正数；若区域中灰度低于B_th的像素点数BN_m，n与区域中灰度高于W_th的像素点数WN_m，n不同时满足上述的情况，则针对星空类图像的区域亮度补偿值BLcomp_m，n为常规偏置补偿offset。

S413、利用区域亮度补偿值BLcomp_m，n对背光数据BL_m，n进行偏置补偿，计算公式如下：

BLadj_m，n＝BL_m，n+BLcomp_m，n

使用上述背光调整方法，能够在图像区域大部分为低灰度像素点，少部分细节是高灰度像素点且需要凸显这部分高灰度像素点细节的情况下，提高这些区域的亮度，凸显这些星空类图像的细节。

S5、将8bit长度的背光数值进行映射，得到12bit的驱动数值；本发明采用非线性映射的形式，进一步增强对比度，非线性映射曲线如图3所示，在FPGA中将以查找表的形式实现。

S6、将处理后的图像RBG数据流输出至液晶显示装置显示部分。

S7、将驱动数值输出至背光板。

在显示过程中，LED驱动器数据更新发生在VS开始时，如图4所示，即在图像一帧的时间里LED背光一直工作，并且当前一帧显示对应背光源强度是由前一帧图像提取出来的，因此在FPGA图像数据处理部分不需要对图像数据进行缓存。在本发明中LED驱动器选用SPI接口的驱动IC，即更新LED驱动器亮度数据是通过SPI接口实现。

实施例2

本实施例提供了一种基于Mini LED背光源及局部调光的液晶显示装置，包括可读存储介质、处理器，所述可读存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行以实现实施例1的驱动方法。

优选地，本实施例的处理器、可读存储介质均可采用FPGA开发板实现，FPGA开发板承担着提取、统计图像信息，计算背光数据，对图像数据和背光数据进行调制，处理，控制图像数据和背光数据以一定顺序，协议输出。

此外，如图5所示，液晶显示装置还包括：Hdmi信号源输入接口、FPGA外扩接口、FPGA hdmi输出接口、50pin FPC转换板、TCON协议转换板和Local dimming显示模组。

Hdmi信号源输入接口、FPGA开发板、FPGA hdmi输出接口、TCON协议转换板和Localdimming显示模组顺次连接；Hdmi信号源输入接口、FPGA开发板、FPGA外扩接口、50pin FPC转换板和Local dimming显示模组顺次连接。

本实施例的具体实施过程请参见实施例1，在此不再一一赘述。

综合实施例1和实施例2，本发明具有以下有益效果：

1、首先，在区域均值的局部调光算法基础上，对均值进行加权，提高基础亮度，其次，结合对图像亮度信息进行统计得到的区域最大值，计算校正项，并用校正项对加权均值进行校正，使背光亮度数值能更真实，合理反映输入图像的情况，与输入图像更匹配；

2、在针对星空类图像的局部调光策略方面，首先需要设置低灰度阈值，高灰度阈值，和区域中灰度低于低灰度阈值的像素点数阈值，区域中灰度高于高灰度阈值的像素点数阈值，共4个阈值。然后统计区域中低于低灰度阈值和高于高灰度阈值的像素点数，接着对符合条件的区域，计算其高于高灰度阈值的像素点数与设定的灰度高于高灰度阈值的像素点数阈值的差值，并将其作为亮度校正值，进行线性偏置的亮度校正，使亮度不会出现突变。

以上仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种基于Mini LED背光源及局部调光的液晶显示装置驱动方法，其特征在于，包括步骤：

获取图像RBG数据流；

将图像RBG数据流各色彩分量进行处理；

对图像RBG数据流进行RBG转YCbCr操作，提取图像亮度数据流；

对背光数值进行校正；

将8bit长度的背光数值进行映射，得到12bit的驱动数值；

将处理后的图像RBG数据流输出至液晶显示装置显示部分；

将驱动数值输出至背光板；

对背光数据进行校正，包括如下步骤：

设定低灰度阈值和高灰度阈值；

根据低灰度阈值、高灰度阈值计算区域亮度补偿值；

利用区域亮度补偿值对背光数据进行偏置补偿。

2.根据权利要求1所述的液晶显示装置驱动方法，其特征在于，对背光数据进行校正，包括如下步骤：

根据图像RBG数据流计算各个区域的加权均值、区域最大值；

计算加权均值与区域最大值的差值；

计算校正项；

利用校正项对加权均值进行校正得到背光数值。

3.根据权利要求2所述的液晶显示装置驱动方法，其特征在于，根据图像RBG数据流计算各个区域的加权均值、区域最大值的步骤，包括：

设定符合分区数的累加器；

根据图像亮度值累加值计算加权均值；

采用二值对比法获取区域最大值。

4.根据权利要求1所述的液晶显示装置驱动方法，其特征在于，将8bit长度的背光数值进行映射具体为：

将8bit长度的背光数值进行非线性映射。

5.根据权利要求1所述的液晶显示装置驱动方法，其特征在于，将图像RBG数据流各色彩分量进行处理具体为：

将图像RBG数据流各色彩分量进行gamma校正处理。

6.一种基于Mini LED背光源及局部调光的液晶显示装置，其特征在于，包括可读存储介质、处理器，所述可读存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行以实现如权利要求1至5任一所述的驱动方法。