CN115657367A - 一种led背光模组高分区动态调光方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LED背光模组高分区动态调光方法，该方法如下：将视频源图像分成N个长条区域，每个长条区域包含M个分区；利用FPGA对每个长条区域的各分区视频源数据同时进行处理，得到每个分区最终背光值；令每个分区内所有像素的灰度数据均等于该分区最终背光值得到各像素的最终灰度值；依次处理各长条区域视频源数据，最后输出亮度增强后的图像。本发明能够节省FPGA的内部逻辑门资源，并增强最终背光和液晶合成显示画面的对比度。

Description

一种LED背光模组高分区动态调光方法

技术领域

本发明属于LED显示控制技术领域，特别涉及一种Mini LED背光模组及其高分区动态调光方法。

背景技术：

Mini LED背光是目前LCD领域的主要创新方向。对Mini LED背光更加精细化的分区，结合区域调光技术可以极大提高LCD的显示画质。LED背光分区数越多，画面的调控就越精细，对画面的显示效果提升也就更加明显。但是当横、纵分区数增多时，需要同时处理的视频源数据就成倍增加，当分区数增加到一定数目时，FPGA的片内资源就不足以同时处理完一帧数据量。在不额外使用多片FPGA资源的前提下，利用算法或者控制技术来实现更加精细的背光分区成为了一种可行的方法。

区域调光技术就是将视频源数据整帧信号进行数据处理，从而获得所需的背光源信号来驱动Mini LED进行动态显示。在数据处理过程中，为了实现实时处理，需要在有限的时间内处理完一整帧数据。而数据处理的过程是首先将这一帧数据分块，在每块分区内再通过背光提取算法进行背光信号的提取，所以当分区数增多时，处理的区域就会增加，从而利用的资源将会成倍数增加。

传统的区域调光算法的实现，背光分区一般在十几个或几十个，消耗的资源不是很多，为了实现高分区的区域调光算法的实现，就需要考虑资源的利用问题。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是提供一种LED背光模组高分区动态调光方法，该方法能够节省FPGA的内部逻辑门资源，并且能够提高对比度。

为了解决上述技术问题，本发明的LED背光模组高分区动态调光方法如下：将视频源图像分成N个长条区域，每个长条区域包含M个分区；利用FPGA对每个长条区域的各分区视频源数据同时进行处理，得到每个分区最终背光值；令每个分区内所有像素的灰度数据均等于该分区最终背光值得到各像素的最终灰度值；依次处理各长条区域视频源数据，最后输出亮度增强后的图像：

每个长条区域各分区视频源数据处理方法如下：

针对任一分区m，m＝1,2，…M，对该分区各像素灰度数据进行最大值的提取得到该分区初始背光值Bl_max-m；

BL_max-m＝max(Gray_m-k(i,j))

其中(Gray_m-k(i,j))代表该分区内坐标为(i，j)的像素的灰度值；

计算长条区域所有分区初始背光值的平均值作为平均背光亮度Avg；

根据公式(1)计算该分区最终背光值BL_m；

其中L_max为LED所能显示的最大灰度级；λ为控制增强程度的预定义参数。

进一步，所述FPGA内部设置FIFO，每个长条区域内各分区像素的最终灰度值存储在FIFO中，在一帧视频源数据全部处理完成后，输出亮度增强后的图像。

进一步，所述FPGA的内部设置M个背光提取模块，分别对应每个长条区域的M个分区。

进一步，所述FPGA利用HDMI数据解码芯片对每一帧视频源图像进行解码得到标准的VGA格式的视频源数据，然后将视频源数据中各像素的RGB亮度数据转化成为灰度数据；每个长条区域各分区像素灰度数据分别进入对应的背光提取模块。

所述背光提取模块内部设置计数器，在每个长条区域第一行视频源数据到来的时候数据使能信号持续拉高一行，在下一行时数据使能信号重新拉高，利用计数器对行进行计数，当计数值等于分区像素总行数时，计数器清零，在下一长条区域第一行视频源数据到来的时候重新进行计数。

进一步，所述的背光提取模块内部还设置寄存器，将进入寄存器的像素灰度数据与寄存器内当前存储的像素灰度数据实时进行比较，并将其中较大的像素灰度数据更新到寄存器中；当计数器的计数值等于分区像素总行数后，寄存器中的像素灰度数据即为该分区初始背光值。

进一步，所述FPGA的内部还设置亮度增强模块；亮度增强模块对每个长条区域所有分区初始背光值取平均值作为平均背光亮度Avg；然后根据公式(1)对各分区进行亮度增强处理得到各分区所有像素的最终灰度值。

有益效果：

1.将视频源图像分成N个长条区域，利用FPGA依次处理各长条区域M个分区的视频源数据，方便区域调光算法的实现，能够节省FPGA的内部逻辑门资源；

2.利用FPGA对个分区进行亮度增强处理，最后输出亮度增强后的图像，能够增强最终背光和液晶合成显示画面的对比度。

附图说明

图1为视频源图像的分区示意图。

图2为本发明的硬件分区示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义的理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况具体理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或者仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”、“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

以处理1920×1080像素的视频源图像为例，如图1所示，传统的方法是将视频源图像分成48×24个分区，其中每个分区大小为40像素×45像素。视频源图像输入到FPGA以后，经过HDMI数据解码芯片的解码，得到标准的VGA(视频图形阵列)格式的视频源数据，包括行同步、场同步、数据使能信号和各像素RGB亮度数据；然后对标准的VGA格式的视频源数据进行处理。FPGA的内部设置1152个背光提取模块，将各分区视频源数据分别输入到这1152个背光提取模块中同时进行处理，并将产生的背光亮度信息同时在这一帧结束时并行输出。

本发明将视频源图像分成N＝24个长条区域，每个长条区域包含M＝48个分区。这里长条区域个数和每个长条区域内分区个数没有严格的限制，只要在FPGA的内部逻辑门资源允许的范围内即可。

本发明采用FPGA(现场可编程门阵列)作为数据处理平台。在视频源图像输入到FPGA以后，经过HDMI数据解码芯片的解码，得到标准的VGA(视频图形阵列)格式的视频源数据，包括行同步、场同步、数据使能信号和各像素RGB亮度数据；然后将视频源数据中各像素的RGB亮度数据转化成为灰度数据。

本发明在FPGA的内部设置48个背光提取模块，对各长条区域的各分区视频源数据同时进行处理，依次处理各长条区域视频源数据。

由于视频源数据是按行到来的，所以在一帧视频源数据到来的过程中，按到来的顺序对视频源数据进行处理，在第一个条形区域第一组40个视频源数据到来时，进入到第一个背光提取模块进行数据处理，第二组40个视频源数据到来时，进入到第二个背光提取模块进行处理，以此类推直到第一个条形区域最后一组40个视频源数据到来时，进入第48个背光提取模块进行处理。

在每一帧视频源图像进入到FPGA时，先经过HDMI数据解码芯片解码得到标准的VGA格式的视频源数据，再将视频源数据中各像素的RGB亮度数据转化成为灰度数据；利用48个背光提取模块分别对第一个长条区域的48个分区的各像素灰度数据进行处理得到各分区初始背光值，再由亮度增强模块对各分区进行亮度增强处理得到各分区所有像素的最终灰度值；当处理完第一个长条区域视频源数据的时候，下一个长条区域的视频源数据来到之后依然进入这48个背光提取模块中进行处理。资源的利用率大约缩小了24倍，节省了硬件资源。

由于这样处理后的处理结果数据是串行的，当一帧视频源数据输入再经处理后输出，各个长条区域所有像素最终灰度值同时输出；在每个分区45行像素最终灰度值输出的时候，这样串行的数据容易丢失；因此，本发明在处理完第一个长条区域视频源数据的时候，处理结果数据存储在FIFO中；下一个长条区域的视频源数据来到之后依然进入这48个背光提取模块中进行处理；每个长条区域视频源数据在处理完后处理结果数据均保存在FIFO中，在一帧时间结束后所有处理结果数据全部输出，再由FIFO将处理结果数据传输到后续的模块进行处理。资源的利用率大约缩小了24倍，节省了硬件资源。

针对每个长条区域任一分区m，m＝1,2，…M，对应背光提取模块对该分区各像素灰度数据进行最大值的提取得到该分区初始背光值BL_max-m，描述如下：

BL_max-m＝max(Gray_m-k(i，j))

其中(Gray_m-k(i,j))代表该分区内坐标为(i，j)的像素的灰度值。

亮度增强模块计算长条区域所有分区初始背光值的平均值作为平均背光亮度Avg；

Avg＝(BL_max-1+BL_max-2...+BL_max-m+...BL_max-M)/M

根据公式(1)对该分区进行亮度增强处理，增强那些初始背光值高于平均背光亮度Avg的分区，以提高暗背景上物体的亮度并增加对比度；

其中BL_m为分区m的最终背光值，L_max为LED所能显示的最大灰度级，这里为255；λ为控制增强程度的预定义参数，针对每个不同的Mini LED背光模组，预先通过标定得到，以得到期望的调光效果，这里λ设置为3；

令分区m内所有像素灰度数据均等于BL_m得到各像素最终灰度值。

同理对长条区域内其他分区视频源数据进行处理，最终输出亮度增强后的图像。

在每一个背光提取模块内对相应分区像素灰度数据进行处理，每一个背光提取模块有对1080行数据的处理能力。以第一个背光提取模块为例，背光提取模块内部设置计数器和寄存器。数据使能信号是在数据有效的时候拉高，其他时候拉低，在每一行数据到来的时候数据使能信号持续拉高一行，在下一行时数据使能信号重新拉高，在行与行之间存在一段消隐。所以通过计数器，利用数据使能信号对行进行计数。利用寄存器，将进入寄存器的像素灰度数据与寄存器内当前存储的像素灰度数据实时进行比较，并将两个像素灰度数据中较大的数据更新到寄存器中；当数据使能信号计数达到45时，也就是第45行像素灰度数据进入背光提取模块后，此时寄存器中的像素灰度数据经过实时比较已经是第一分区中像素灰度数据中的最大值，即该分区初始背光值。

在第45行像素灰度数据处理完时这48个模块同时输出第一个条形区域分区初始背光值；亮度增强模块计算长条区域所有分区初始背光值的平均值作为平均背光亮度Avg，根据公式(1)对该分区进行亮度增强处理，并将该条形区域所有像素最终灰度值存储在FIFO中；将计数器和寄存器清零；再采用相同的方法对下一个条形区域每个分区45行像素进行处理，输出下一个条形区域48个分区各像素最终灰度值并存储在FIFO中。

其中FIFO、计数器、寄存器、亮度增强模块均为FPGA内部逻辑单元。

Claims (7)

1.一种LED背光模组高分区动态调光方法，其特征在于该方法如下：将视频源图像分成N个长条区域，每个长条区域包含M个分区；利用FPGA对每个长条区域的各分区视频源数据同时进行处理，得到每个分区最终背光值；令每个分区内所有像素的灰度数据均等于该分区最终背光值得到各像素的最终灰度值；依次处理各长条区域视频源数据，最后输出亮度增强后的图像：

每个长条区域各分区视频源数据处理方法如下：

针对任一分区m，m＝1,2，…M，对该分区各像素灰度数据进行最大值的提取得到该分区初始背光值BL_max-m；

BL_max-m＝max(Gray_m-k(i,j))

其中(Gray_m-k(i,j))代表该分区内坐标为(i，j)的像素的灰度值；

计算长条区域所有分区初始背光值的平均值作为平均背光亮度Avg；

根据公式(1)计算该分区最终背光值BL_m；

其中L_max为LED所能显示的最大灰度级；λ为控制增强程度的预定义参数。

2.根据权利要求1所述的LED背光模组高分区动态调光方法，其特征在于所述FPGA内部设置FIFO，每个长条区域内各分区像素的最终灰度值存储在FIFO中，在一帧视频源数据全部处理完成后，输出亮度增强后的图像。

3.根据权利要求1所述的LED背光模组高分区动态调光方法，其特征在于所述FPGA的内部设置M个背光提取模块，分别对应每个长条区域的M个分区。

4.根据权利要求3所述的LED背光模组高分区动态调光方法，其特征在于所述FPGA利用HDMI数据解码芯片对每一帧视频源图像进行解码得到标准的VGA格式的视频源数据，然后将视频源数据中各像素的RGB亮度数据转化成为灰度数据；每个长条区域各分区像素灰度数据分别进入对应的背光提取模块。

5.根据权利要求4所述的LED背光模组高分区动态调光方法，其特征在于所述背光提取模块内部设置计数器，在每个长条区域第一行视频源数据到来的时候数据使能信号持续拉高一行，在下一行时数据使能信号重新拉高，利用计数器对行进行计数，当计数值等于分区像素总行数时，计数器清零，在下一长条区域第一行视频源数据到来的时候重新进行计数。

6.根据权利要求5所述的LED背光模组高分区动态调光方法，其特征在于所述的背光提取模块内部还设置寄存器，将进入寄存器的像素灰度数据与寄存器内当前存储的像素灰度数据实时进行比较，并将其中较大的像素灰度数据更新到寄存器中；当计数器的计数值等于分区像素总行数后，寄存器中的像素灰度数据即为该分区初始背光值。

7.根据权利要求6所述的LED背光模组高分区动态调光方法，其特征在于所述FPGA的内部还设置亮度增强模块；亮度增强模块对每个长条区域所有分区初始背光值取平均值作为平均背光亮度Avg；然后根据公式(1)对各分区进行亮度增强处理得到各分区所有像素的最终灰度值。

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