專利名稱：液晶電視背光控制系統及方法
液晶電視背光控制系統及方法技術領域：
本發明涉及液晶電視的圖像顯示領域，尤其涉及液晶電視背光控制系統 及方法。背景4支術目前，液晶電視性能已經得到快速的提高，正在逐步進入我們的生活。 但是有些固有的缺點卻凸現出來。請參閱圖1，現有的CCFL背光單元包括電路板、多個CCFL燈管及背光 板，該多個CCFL燈管在電路板的同一個信號的驅動下共同發光。液晶電視 的工作過程中， 一直以固定亮度同時發光。由于背光整體固定發光，對于較暗的圖像，黑的部分不能很黑，白色的 部分亮度不高；由于各個背光燈管的亮度不能隨所在畫面內容的亮度獨立變 化，無論畫面顯示的內容如何變化，整機的功耗一直保持不變。此外，在畫 面平均亮度較亮時，整個畫面的光通量較大，會引起^f見覺疲勞。因此，提供一種各個背光燈管的亮度能隨所在畫面內容獨立變化的背光 系統將有重要的意義。
發明內容本發明所要解決的技術問題在于，提供一種液晶電視背光控制系統及方 法，解決現有的液晶電視背光整體固定發光，無法隨畫面改變而分區域的動 態控制背光亮度的缺陷。本發明所采用的技術方案為提供一種液晶電視背光控制方法，所述方 法包括以下步驟對視頻信號分區域進行統計與分析；根據分析結果對各個 背光區域的視頻信號進行矯正；以及根據分析結果生成單獨控制每個區域發 光源的背光控制信號，分別對每個發光源獨立進行亮度動態控制。更具體地，所述方法的視頻信號分區域進行統計與分析的對像包括視頻 灰度的最大值或者主值灰度區域。本發明的液晶電視背光控制方法更進一步改進在于，所述方法還包括對 每一幀視頻信的平均亮度ABL進行計算，并根據計算結果對所有背光源的亮 度進行整體調節。所述方法還包括對每一幀視頻信號的平均亮度ABL進行計算，并根據計 算結果確定對所有背光源的亮度進行整體調節的系數。本發明還提供一種液晶電視背光控制系統，包括invertor電路及多個發光 源，其特征在于，所述系統還包括視頻信號分析單元，用于接收視頻信號輸 入，對接收的視頻信號分區域進行分析；區域數據矯正單元，所述區域數據 矯正單元與所述視頻信號分析單元連接，接收視頻信號及分析結果，根據分 析結果對該視頻信號進行校正，再傳輸給顯示單元進行顯示；區域背光信號 控制單元，根據所述^f見頻信號分析單元的分析結果生成區域背光控制信號傳 輸給所述invertor電路；所述invertor電路產生單獨控制每個發光源的電路信 號給發光源。具體地，所述視頻信號分析單元對每個發光源對應的屏幕區域圖像數據 進行統計，包括直接查找各發光源對應區域內的視頻信號的最高灰度級或對 應區域內的主值灰度區域。更具體地，所述區域背光信號控制單元根據各發光源對應區域內的視頻 信號的最高灰度級或主值灰度區域，控制對應區域的發光源亮度。更進一步的改進在于對本發明液晶電3見背光控制系統還包括平均亮度調 節單元，與區域背光信號控制單元連接。本發明與現有技術相比，有益效果在于本發明的液晶電視背光控制方 法通過視頻信號分析單元對接收的視頻輸入信號進行分析，并根據各背光區
的視頻信灰度級分布情況，產生單獨控制每個區域發光源的電路信號，對每 個發光源獨立進行亮度控制，從而分區域對背光亮度進行控制動態，達到節 約功耗，提高對比度，同時改善畫面的光通量，提高觀看舒適度。
圖1為現有的液晶電^L背光控制系統示意圖。圖2為本發明提供的液晶電視背光控制系統的原理功能框圖。圖3為本發明的一個背光區域內的一幀圖〗象灰度級分布的直方圖。圖4 (a)為現有液晶背光系統的背光亮度示意圖。圖4 (b)為本發明垂直于燈管方向上各點的背光亮度曲線示意圖。圖4 (c)為才艮據圖4(b)所示背光亮度曲線對信號的信號的二次調整曲線。圖5為本發明提供的一改進的液晶電視背光控制系統的原理功能框圖。
具體實施方式
本發明提供的液晶電視背光控制系統的原理是根據各區域視頻信號的亮 度差異實現對背光源的各發光源亮度進行獨立控制，使同一幅畫面的黑的部 分更黑，亮的部分更亮，在提高對比度的同時，節省能耗，改變現有液晶電 視的背光源不能隨畫面內容的變化而變化，無論什么畫面，整機的功率一直 保持不變，背光源的各發光源以固定的方式同時發光。
要實現對視頻信號背光的分區域控制，需要對視頻信號分區域進行統計 與分析，請參閱圖2，本發明提供的液晶電視背光控制系統的原理功能框圖， 包括視頻信號分析單元12、區域數據矯正單元14、區域背光信號控制單元16、 Invertor (轉換器)電路18及CCFL燈管(冷陰極焚光燈)。視頻信號分析單 元12從視頻處理芯片接收視頻信號的輸入，對接收的視頻信號進行分析，然 后將分析后的視頻數據分別傳輸到區域數據矯正單元14以及區域背光信號控 制單元16，區域數據矯正單元14根據視頻信號分析單元12的分析結杲對接 收的視頻信號進行矯正處理后輸入顯示單元(圖未示)，區域背光信號控制單 元16根據視頻信號分析單元12的分析結果生成區域背光控制用PWM信號， 通過Invertor電路18產生單獨控制每個發光源的電路信號，傳輸給如CCFL 燈管等的背光源。這樣通過對視頻信號分區域分析處理，再根據每個背光區 域的視頻信號的狀況，通過對CCFL背光的單獨控制，有效降低整機功耗。為了對本發明液晶電視背光控制系統更進一步地了解，下面對本發明中 的各功能單元的數據處理及控制原理進行詳細說明。視頻信號分析單元12接收視頻信號輸入，通過FPGA算法，對每個CCFL 燈管對應的屏幕區域圖像數據進行統計，根據背光系統設計的要求，視頻圖 像數據的統計內容包括每個發光源對應區域內的視頻灰度的最大值，即直接 查找各發光源對應區域內的視頻信號的最高灰度級，并將該值分別輸入區域 數據矯正單元14以及區域背光信號控制單元16。區域數據矯正單元14以及區域背光信號控制單元16根據視頻信號分析 單元12傳輸的視頻數據分析結果，共同對視頻數據與背光信號進行控制。對 于采用最大值法，區域背光的發光源亮度主要取決于各背光區域的最高灰度 級的灰度級，如果某區域內的最高灰度級的灰度級較低，則表明區域內的視 頻信號比較暗或是黑色的，則可以關掉該區域的背光源的控制信號或降低該 區域的背光源的控制信號占空比，避免區域背光源無畏發光，以節省能耗； 如果某區域的最高灰度級的灰度級處于中間階段，則區域數據矯正單元14可 以將該區域的^見頻信號適當的放大，區域背光信號控制單元16同時以相應的 比例降低該區域的背光亮度；如果最高灰度級的灰度級較高，則對視頻信號 不做處理，同時背光也不做調整，正常發光。鑒于最大值法拾取各背光區域內的視頻信號灰度級最高的像素，而區域 內存在的個別信號灰度級較高的像素，并不能真實的反映區域內信號的灰度 級分布的整體狀況，特別是雜迅或區域內的信號僅存在個別或少量亮點的情 形也常常出現。因此，采用灰度級最大值法作為區域背光信號的依據，在一 定程度上對降低背光能耗的效果不明顯。為了更有針對性的對各背光區域的視頻信號進行有效處理，對區域背光 更為針對性的控制，因而需要更準確了解各背光區域視頻信號的灰度分布， 通過統計該背光區域內視頻圖像的各級灰度的數量分布情況，找出灰度級分 布的關鍵區域，也稱為主值灰度區域。 一般來說，在一幀圖像中，像素灰度 級分布較多的區域或者相對較多的區域就是關鍵性區域，在確定了主值灰度 區域以后，系統然后才艮據該主值灰度區域的位置確定該背光區域的視頻圖像 的矯正系統或矯正曲線，通常主值灰度區域的灰度級高，視頻信號與背光基 本不做處理，主值灰度區域的灰度級越低，則對信號矯正的幅度越大，同時 降低背光的亮度也降的越低，通過對信號與背光的反向處理，在不降低信號 的顯示亮度的同時，實現背光能耗的降低。各背光區域^L頻信號的灰度分布統計還可以采用直方圖的方式統計，參 閱圖3所示的本發明一個背光區域內的一幀圖l象灰度級分布的直方圖，共將 256級的視頻灰度分成32個灰度等份(實際應用中也可以分成其它等份，如 16、 64等份)，每個等份涵蓋8個灰度級，然后分別統計各背光區域內的各灰 度等份的像素數量，將所述的背光區域各灰度等份所對應的灰度級的累加數 (數值為歸一化值)作為縱坐標，橫坐標為32個灰度等份，建立灰度級分布 的直方圖，通過i殳定系統閾值的方式確定該背光區域內的^L頻信號的主值灰 度區域。閾值設定的簡述如下，系統設定一個大閾值與一個小闞值，然后系 統從高灰度等份向低灰度等份進行比對，如果某個灰度等份內的像素的數量 大于大閾值，則該灰度等份對應的灰度區域即為主值灰度區域，如果沒有像 素的數量找到大于大閾值灰度等份，則查找像素數量有連續多個大于小閾值 的灰度等份，以此方式確定背光的主值灰度區域。如圖2的背光區域內，第 16至19等份之間有連續的4個等份的灰度級像素的數量大于20,因此，第 16至19等份之間所對應的灰度級是該背光區域的主值灰度區域，再根據主值
灰度區域的位置確定該背光區域的視頻圖像的矯正系數或矯正曲線，對區域 視頻信號進行有選擇的放大。在一般確定放大系數的原則是，放大系數同要放大的點與31的距離成非線性正比，也就是灰度級越高的像素點，其放大的 系數越小，灰度級越低的像素點，其放大的系數越大，放大系數可以采用查 表的方式實現，系統中存儲有灰度級與放大系數的對應關系表。根據前述，在對背光進行分區域控制的過程中，因各背光區域的視頻信 號的差異，導致對各個發光源的發光亮度進行了調整，使得原本亮度均勻背 光變得不再均勻，產生從圖4 (a)到圖4 (b)的變化，而發光亮度不均勻的 背光必然影響整個屏幕的顯示效果，因此，在區域背光調整的過程中，除了 要考濾各區域視頻信號與本區域光源亮度變化關系外，還要綜合考濾其它區 域的光源亮度的變化對本區域的影響，這個影響的計算是一個相當復雜，但 是對于發光源是條狀的CCFL燈管的背光系統而言，在平行于燈管的方向(橫 向)上各像素點亮度是相同的，因此，只需要考濾垂直于CCFL燈管的方向 上各點的亮度變化。由于CCFL的發光呈類似高斯分布，也可以通過實驗測 量獲得每個燈管的發光亮度與距離的曲線關系/0c)，由于圖像的各像素點的 發光亮度是所有發光源共同作用的結果，在垂直于燈管方向(縱向)上的每個像素點的亮度L可以通過以下公式表示I^玄/j./Oc),其中/,為第i個燈管的發光亮度，通過上式可以建立垂直于燈管方向上各點的發光亮度曲線，如圖4 (b)所示，根據發光亮度曲線的變化，建立一條各點與發光亮度變化比例曲 線呈倒數關系的信號調整曲線，如圖4 (c)所示，在橫向上對信號進行二次 調整，從而消除其它區域光源的發光亮度的變化對本區域的視頻信號影響， 進一步改善顯示效果。在具體實現中，CCFL燈管的發光由于光分布出現變化，如側邊發射等。 因此，加全系數/(jc)與CCFL燈管與目標像素點的距離或改變CCFL燈管的 形狀有關系，因而各區域數據校正單元對視頻信號矯正會根據CCFL燈管光 分布的變化及燈管的形狀給不同的加全系數，使液晶顯示器顯示的畫面滿足 均勻性。在本發明的實施例中，CCFL燈管是如圖1所示的多個平行排成一列，進 一步的改進在于CCFL燈管可以采用多列多行的方式排列，如行的方向有5 個，豎的方向有3個，總共15個燈管，也可以排布成其他形式，對于多列多 行的排列方式，可以在更小的區域內對發光源的進行控制，有利于背光能耗 的進一步降低，但該種背光源的排列方式，在垂直于燈管方向上計算各像素 點的亮度除了考濾各像素點的所在一列燈管影響之外，還要考濾其它列燈管 的亮度對該像素點的影響。請參閱圖5，本發明的更一步的改進在于，通計各幀圖像的平均亮度ABL, 根據人眼睛特性，結合測驗CRT彩電，得出一組經驗值或擬合的函數，查表 或由函數實現對整個背光亮度的初始調節比例，再將初始調節比例輸入區域 背光信號控制單元16，最終確定PWM信號占空比，輸出Invertor電路18， 實現背光亮度的動態控制。通過平均亮度ABL (調節單元)22對背光進行調 節，可以改善在畫面平均亮度較亮時，整個畫面的光通量較大而引起的^L覺 疲勞，更進一步的降低背光的能耗。本發明的液晶電視背光控制系統的各信號處理單元與背光控制單元可以 部分或全部整合成一塊芯或與其它視頻處理芯片整合為一體。本發明的液晶電視背光控制方法通過視頻信號分析單元對接收的視頻輸 入信號進行分析，并根據各背光區的視頻信灰度級分布情況，產生單獨控制 每個區域發光源的電路信號，對每個CCFL燈管獨立進行亮度控制，從而分 區域對背光亮度進行控制動態，達到節約功耗，提高對比度，同時調節光通 量大小，提高觀看舒適度。
權利要求
1. 一種液晶電視背光控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟對視頻信號分區域進行統計與分析；根據分析結果對各個背光區域的視頻信號進行矯正；以及根據分析結果生成單獨控制每個區域發光源的背光控制信號，分別對每個發光源獨立進行發光亮度動態控制。
2、 如權利要求l所示的液晶電視背光控制方法，其特征在于，視頻信號 分區域進行統計與分析的對像包括各個背光區域的視頻灰度的最大值或者主 值灰度區域。
3、 如權利要求2所示的液晶電視背光控制方法，其特征在于，根據各個 背光區域的視頻灰度的最大值進行信號矯正的方法如下，如果某背光區域內 的最高灰度級的灰度級較低，則降低或關閉該區域的發光源的亮度；如果某 區域的最高灰度級的灰度級處于中間階段，則該區域的視頻信號適當的放大， 同時以相應的比例降低該區域的背光亮度；如果最高灰度級的灰度級較高， 則對視頻信號不做處理，同時背光也不做調整。
4、 如權利要求2所示的液晶電視背光控制方法，其特征在于，根據各個 背光區域的視頻灰度的主值灰度區域進行信號矯正的方法如下，根據主值灰 度區域的位置確定該背光區域的視頻圖像的矯正系數或矯正曲線，對區域視 頻信號進行有選擇的放大。
5、 如權利要求1至3所示的液晶電視背光控制方法，其特征在于，根據 分區域控制的背光亮度調整曲線，經成倒數的比例對信號進行二次調整。
6、 如權利要求1或2所示的液晶電視背光控制方法，其特征在于，對視 頻信號分區域進行統計與分析是通過FPGA算法實現。
7、 如權利要求1所示的液晶電視背光控制方法，其特征在于，所述方法 還包括對每一幀視頻信號的平均亮度ABL進行計算，并根據計算結果確定對所有背光源的亮度進行整體調節的系數。
8、 一種液晶電視背光控制系統，包括invertor電路及多個發光源，其特 征在于，所述系統還包括視頻信號分析單元，用于接收視頻信號輸入，對接收的視頻信號分區域 進行分析；區域數據矯正單元，所述區域數據矯正單元與所述視頻信號分析單元連 接，接收視頻信號及分析結果，根據分析結果對該視頻信號進行矯正，再傳 輸給顯示單元進行顯示；區域背光信號控制單元，根據所述視頻信號分析單元的分析結果生成區 域背光控制信號傳輸給所述invertor電路；所述invertor電路產生單獨控制每個發光源的電路信號給發光源。
9、 如權利要求8所述的液晶電視背光控制系統，其特征在于，所述液晶 電視背光控制系統還包括平均亮度調節單元，所述平均亮度調節單元連接區 域背光信號控制單元。
10、 如權利要求8或9所述的液晶電視背光控制系統，其特征在于，所 述液晶電^f見背光控制系統各信號處理單元與背光控制單元可以部分或全部整 合成一塊芯或與其它芯片整合為一體。
11、 如權利要求8所述的液晶電視背光控制系統，其特征在于，所述視 頻信號分析單元對每個發光源對應的屏幕區域圖像數據進行統計，包括直接 查找各發光源對應區域內的視頻信號的最高灰度級或對應區域內的主值灰度 區域。
12、 如權利要求8或11所述的液晶電視背光控制系統，其特征在于，所 述區域背光信號控制單元根據各發光源對應區域內的視頻信號的最高灰度級 或主值灰度區域，控制對應區域的發光源亮度。
13、 如權利要求8所述的液晶電視背光控制系統，其特征在于，所述多 個發光源以均勻排成一列或多列多行的方式排列。
全文摘要
本發明公開了一種液晶電視背光控制系統及方法，所述背光控制系統主要包括視頻信號分析單元，區域數據矯正單元，區域背光信號控制單元，以及平均亮度調節單元。所述背光控制方法包括以下步聚對視頻信號分區域進行統計與分析；根據分析結果對各個背光區域的視頻信號進行矯正；以及根據分析結果生成單獨控制每個區域發光源的背光控制信號，分別對每個發光源獨立進行亮度動態控制。本發明的液晶電視背光控制方法根據各背光區的視頻信灰度級分布情況，獨立控制每個發光源亮度，從而分區域對背光亮度進行控制動態，達到節約功耗，提高對比度，提高觀看舒適度。
文檔編號G09G3/34GK101211537SQ20061006361
公開日2008年7月2日 申請日期2006年12月31日 優先權日2006年12月31日
發明者馮萬良, 施建華, 暉 王 申請人:深圳Tcl工業研究院有限公司