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CN105575343B - 背光控制方法和背光模组、显示装置 - Google Patents

背光控制方法和背光模组、显示装置 Download PDF

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CN105575343B CN201610178057.XA CN201610178057A CN105575343B CN 105575343 B CN105575343 B CN 105575343B CN 201610178057 A CN201610178057 A CN 201610178057A CN 105575343 B CN105575343 B CN 105575343B
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Abstract

一种背光控制方法，包括：将欲进行背光控制的背光源分为N个分区；根据输入的每帧信号中的像素信号，逐一判断每个分区是否满足大电流驱动的开启条件，满足大电流驱动条件的分区设定为待选分区；在待选分区中判断最终进行大电流驱动的分区，设定为选定分区；根据亮度与脉宽调制占空比的对应关系，计算所述选定分区的背光源驱动脉宽调制占空比，并将结果传输至背光源驱动电路。以及一种背光模组和显示装置。通过该背光控制方法，实现局部的背光控制，提升画面对比度，可应用于各种显示装置尤其是高动态范围显示装置中。

Description

背光控制方法和背光模组、显示装置
技术领域
本发明涉及显示器技术领域，尤其涉及背光控制方法和背光模组，以及包含该背光模组的显示装置。
背景技术
为了降低液晶电视的功耗、提高对比度，通常采用动态背光控制的方法即局部背光控制(Local Dimming)的方法，将背光LED分为若干个区域，对每个区域的LED根据画面显示的平均亮度进行单独控制。该方法可以有效的降低功耗的同时提高了对比度，但是该方法也具有一定的缺陷，其不同数量的背光分区(Block)显示亮度不同。例如一个LED Block点亮时其亮度与两个LED Block点亮时的亮度不同，如图7所示，同样为L255的灰阶画面，当一个LED block完全点亮时，测量到的模组亮度为200nit，而当两个LED block完全点亮时，量测到的模组亮度为300nit，所以造成显示的亮度差。
常规的局部背光控制方法，仅对输入数据进行画面亮度分析，然后进行背光LED的驱动，并未考虑到上述问题，该问题将直接导致画面对比度及显示效果的下降。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种动态背光控制方法、背光模组和显示装置，可克服以上所述的对比度和显示效果下降的问题。
(二)技术方案
根据本发明的一个方面，提供了一种背光控制方法，包括如下步骤：
步骤A：将欲进行背光控制的背光源分为N个分区，N为大于1的整数；
步骤B：根据输入的每帧信号中的像素信号，逐一判断每个分区是否满足大电流驱动的开启条件，满足大电流驱动条件的分区设定为待选分区；
步骤C：在每帧画面的功耗不超过无动态背光控制时的总背光功耗下，在待选分区中判断最终进行大电流驱动的分区，设定为选定分区；以及
步骤D：根据亮度与脉宽调制占空比的对应关系，计算所述选定分区的背光源驱动脉宽调制占空比，并将计算结果传输至背光源驱动电路，以驱动所述背光源中的所述选定分区，实现背光控制。
优选地，所述像素信号包括RGB像素信号或RGBW像素信号。
优选地，所述步骤B包括：
子步骤B1：根据像素信号，计算单个像素的亮度；
子步骤B2：判断单个像素的亮度是否大于阈值A，如果否，返回子步骤B1，如果是，进入下一步骤；
子步骤B3：设置像素计数器，对于大于阈值A的像素，所述像素计数器加1；
子步骤B4：判断像素计数器中的数值是否超过阈值B，如果否，返回子步骤B1，如果是，进入下一步骤；
子步骤B5：计算该分区的总亮度Lbn；
子步骤B6：判断总亮度Lbn是否大于阈值C，如果是，进入下一步骤；
子步骤B7：计算该分区与周围分区的亮度差，判断该亮度差是否大于阈值D，如果是，则确定该分区满足大电流驱动的开启条件；
子步骤B8：对满足大电流驱动的分区进行标记，设定为待选分区。
优选地，所述步骤C包括：
子步骤C1：计算无动态背光控制时的总背光功耗，根据所述总背光功耗计算出对应的脉宽调制占空比Ptotal；
子步骤C2：制作亮度与脉宽调制占空比关系的查找表；
子步骤C3：查找每个非待选分区的亮度对应的脉宽调制占空比；将全部非待选分区的脉宽调制占空比求和，得到∑P，计算脉宽调制占空比Ptotal与∑P的差值ΔP；
子步骤C4：查找每个待选分区的亮度对应的脉宽调制占空比，将待选分区按照脉宽调制占空比由大到小的顺序进行排序；并将排序后的脉宽调制占空比进行累加，直至累加值接近并且小于等于差值ΔP，将进行脉宽调制占空比累加的待选分区设定为选定分区。
优选地，所述亮度和脉宽调制占空比的数值精确至千分位。
优选地，所述背光源的背光曲线包括Gamma2.2背光曲线、折线型背光曲线或S型背光曲线。
优选地，所述背光源为LED光源。
根据本发明的一个方面，提供了一种背光模组，包括：
分区模块，用于将背光源分为N个分区，N为大于1的整数；
大电流驱动开启判断模块，用于根据输入的每帧信号中的像素信号，逐一判断每个分区是否满足大电流驱动的开启条件，满足大电流驱动条件的分区设定为待选分区；
大电流驱动数量与数值判断模块，用于在每帧画面的功耗不超过无动态背光控制时的总背光功耗下，在待选分区中判断最终进行大电流驱动的分区，设定为选定分区；以及
脉宽调制模块，用于根据亮度与脉宽调制占空比的对应关系，计算所述选定分区的背光源驱动脉宽调制占空比，并将所述脉宽调制占空比传输至背光源驱动电路，以驱动所述背光源中的所述选定分区，实现动态背光控制。
优选地，所述大电流驱动开启判断模块包括：
像素计算模块：用于根据像素信号，计算单个像素的亮度；
像素亮度判断模块：用于判断单个像素的亮度是否大于阈值A；
像素计数器：用于对于大于阈值A的像素计数；
像素数量判断模块：用于判断像素计数器中的数值是否超过阈值B；
总亮度计算模块：用于计算该分区的总亮度Lbn；
总亮度判断模块：判断总亮度Lbn是否大于阈值C，如果是，进入下一步骤；
亮度差计算模块：用于计算该分区与周围分区的亮度差，判断该亮度差是否大于阈值D，如果是，则判断该分区满足大电流驱动的开启条件；以及
标记模块：用于对满足大电流驱动的分区进行标记，标记的分区设定为待选分区。
优选地，所述大电流驱动数量与数值判断模块包括：
总功耗脉宽调制占空比计算模块：用于计算无动态背光控制时的总背光功耗，根据所述总背光功耗计算出对应的脉宽调制占空比Ptotal；
查找表模块：用于制作亮度与脉宽调制占空比关系的查找表；
差值计算模块：用于查找每个非待选分区的亮度对应的脉宽调制占空比；将全部非待选分区的脉宽调制占空比求和，得到∑P，计算脉宽调制占空比Ptotal与∑P的差值ΔP；以及
筛选模块：查找每个待选分区的亮度对应的脉宽调制占空比，将待选分区按照脉宽调制占空比由大到小的顺序进行排序；并将排序后的脉宽调制占空比进行累加，直至累加值接近并且小于等于差值ΔP，将进行脉宽调制占空比累加的待选分区设定为选定分区。
优选地，所述脉宽调制模块、分区模块、大电流驱动数量与数值判断模块，以及大电流驱动开启判断模块采用FPGA芯片实现。
优选地，所述背光源为LED光源。
根据本发明的一个方面，提供了一种显示装置，包括以上任意一种所述的背光模组。
优选地，所述显示装置为高动态范围(HDR)显示装置。
(三)有益效果
相较于现有技术，本发明提供的背光控制方法和背光模组、显示装置，通过判断每个分区是否满足大电流驱动的开启条件，实现局部的背光控制，提升画面对比度；通过判断最终进行大电流驱动的分区数量，进一步改善画面的显示效果的同时提高对比度。
附图说明
图1是本发明一具体实施方案的流程图；
图2是本发明一具体实施方案中判断每个分区是否满足大电流驱动的开启条件流程图；
图3是本发明一具体实施方案中判断最终进行大电流驱动的分区数量流程图；
图4是本发明实施例1的分区示意图；
图5a-5c是本发明一具体实施方案的背光亮度曲线的三种实现方式示意图；
图6是本发明一具体实施方案的背光数据位宽示意图；
图7是现有技术中显示装置不同数量分区进行大电流驱动的亮度示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
本发明通过一种算法实现输入画面与高动态范围显示器的匹配方法，充分利用的显示器的高动态范围显示的能力，提升显示效果和对比度。
本发明的一具体实施方案的背光控制方法包括以下步骤(请参照附图1)：将背光源分为若干个区，每个分区称为一个Block，输入的帧信号中的像素信号首先经过背光的大电流驱动(Peak)功能开启判断模块，依次判断每个背光源分区Block是否满足Peak开启条件；根据每个Block的平均亮度及功耗进行可Peak的Block数量判断，使得每帧画面的功耗均不超过没有使用动态背光控制的白画面的功耗；确定每个可进行Peak的背光Block的背光源驱动脉宽调制占空比(PWM)并将该值传输至背光模组(BLU)的LED驱动集成电路(driver IC)。所述大电流驱动是指，增加原输入信号中分区亮度对应的驱动电流，目的是达到提高相应分区亮度。
以下将结合附图，对本实施方案的各步骤以及步骤中的判断方法进行详细具体的说明。
本实施方案中，将所述背光源分为N个分区，其中N为大于1的整数，N一般为4以上的整数，本领域技术人员可根据实施显示效果选择合适的分区数量，本发明并不对此进行限制。
较佳地，背光源选择为LED光源。
请参照图2，依次判断每个背光源分区Block是否满足Peak开启条件按照该图所示的BLU Peak功能开启判断模块流程图进行，首先计算输入的像素数据的亮度L，计算公式为Y＝0.3R+0.59G+0.11B；判断单个像素的亮度L是否大于阈值A，A的选取通常接近于最大亮度值1，其范围可以选取在0.8-1之间，如果小于阈值A的话则进行下一个像素的亮度判断，对于大于阈值A的像素，像素计数器加1，然后判断像素计数器中的数值是否超过阈值B，其取值为该背光源分区所对应的像素总数的30％--50％，如果小于阈值B，则继续判断下一个像素，如果大于阈值B则进行该Block像素总亮度Lbn的判断，当Lbn大于阈值C时(本领域技术人员可根据分区对应的像素数量以及单个像素亮度确定合适阈值，本发明并不对此进行限制)计算该Block与周围Block的亮度差，当该亮度差大于阈值D(其取值为0.08-0.12)时，则判断该Block为可进行Peak的Block，对该Block的位置坐标进行标记。
请参照图3，对可Peak的Block数量判断按照图3所示流程图所示进行。首先计算无动态背光控制时的总背光功耗Ptotal；计算不满足开启条件分区的亮度功耗，并求和∑P，计算Ptotal与∑P的差值ΔP；接着依次选择待选分区，按照以大电流驱动时的脉宽调制占空比由大到小进行累加求和∑Ppeak，直至累加值接近并且小于等于差值ΔP(累加值小于等于ΔP，但如果再继续累加，则超过ΔP)，将进行脉宽调制占空比累加的待选分区设定为选定分区。
较佳地，所述亮度和脉宽调制占空比的数值均精确至千分位。
以下结合一具体的实施例详细说明判断最终进行大电流驱动的分区的详细步骤：
实施例1
请参见图3，为了使Peak后的背光总功耗小于或者等于未使用动态背光的功耗，首先需要计算无动态背光控制时的总背光功耗，并根据该功耗计算出对应的PWM Duty Ratio(脉宽调制占空比)，将其定义为Ptotal。制作亮度与PWM Duty Ratio关系的查找表，查找每个非Peak Block的亮度对应的PWM Duty Ratio并将其求和。
如图4所示，图中共有20个Block，假设图中的P(1，1)、P(1，3)、P(1，5)、P(4，1)、P(4，3)及P(4，5)6个Block为可进行Peak的Block，那么将剩余14个Block的PWM Duty Ratio进行累加求和，求得∑P，并计算Ptotal与∑P的差值ΔP，从而计算出可进行Peak的剩余PWMDuty Ratio。查找每个可Peak的Block亮度对应的PWM Duty Ratio，并将其按照从大至小进行排序，如表1所示。
表1
BLU亮度 PWM Duty Ratio Block位置坐标
1 1 P(1，1)
0.999 0.99 P(1，3)
0.981 0.98 P(4，3)
0.950 0.95 P(4，5)
0.946 0.946 P(1，5)
0.933 0.93 P(4，1)
将PWM Duty Ratio与对应分区数量进行相乘，如列表中Total列所示，然后将其依次累加，为了避免多个Block出现相同的脉宽调制占空比(PWM Duty Ratio)，导致此处判断较难进行，本发明将提高背光亮度的精确等级，将其精确到千分位。首先判断具有最大的PWM Duty Ratio的P(1，1)的PWM Duty Ratio值1是否大于ΔP，如果小于的话，则累加第二PWM Duty Ratio的P(1，3)的PWM Duty Ratio值0.999，1+0.999＝1.999，判断1.999是否大于ΔP，如果该值依然小于ΔP，则继续累加第三PWM DutyRatio的P(4，3)的PWM Duty Ratio值0.981，1+0.999+0.981＝2.98，如果该值大于ΔP，表明目前总功耗已大于Ptotal，则只对前两个Block P(1，1)及P(1，3)进行Peak处理。
根据本实施方案的一方面，背光曲线的形状可自行定义，如图5a-5c所示，图中G点为Peak的阈值灰阶亮度。图5a为Gamma2.2的背光曲线，图5b为折线型背光曲线，图5c为S型背光曲线。如图6所示，Peak值的数据位宽可自行定义，位宽越大则背光可控精度越高，但同时占用的资源也越多，本发明将总位宽定义为m bit，其中Peak区域的数据位宽为n bit，非Peak区域的数据位宽为(m-n)bit，图中LA为Peak的阈值亮度，Lmax为可Peak的最大亮度。
基于同一发明构思，本发明一具体实施方案提供一种背光模组，包括：分区模块，用于将背光源分为N个分区，N为大于1的整数；大电流驱动开启判断模块，用于根据输入的每帧信号中的像素信号，逐一判断每个分区是否满足大电流驱动的开启条件，满足大电流驱动条件的分区设定为待选分区；大电流驱动数量与数值判断模块，用于在每帧画面的功耗不超过无动态背光控制时的总背光功耗下，在待选分区中判断最终进行大电流驱动的分区，设定为选定分区；以及脉宽调制模块，用于根据亮度与脉宽调制占空比的对应关系，计算所述选定分区的背光源驱动脉宽调制占空比，并将所述脉宽调制占空比传输至背光源驱动电路，以驱动所述背光源中的所述选定分区，实现动态背光控制。
请参见图2，本实施方案中所述大电流驱动开启判断模块包括：
像素计算模块：用于根据像素信号，计算单个像素的亮度；
像素亮度判断模块：用于判断单个像素的亮度是否大于阈值A，其中阈值A的范围为0.8-1；
像素计数器：用于对于大于阈值A的像素计数；
像素数量判断模块：用于判断像素计数器中的数值是否超过阈值B；
总亮度计算模块：用于计算该分区的总亮度Lbn；
总亮度判断模块：判断像素总亮度Lbn是否大于阈值C，如果是，进入下一步骤；
亮度差计算模块：用于计算该分区与周围分区的亮度差，判断该亮度差是否大于阈值D，如果是，则判断该分区满足大电流驱动的开启条件；
标记模块：用于对满足大电流驱动的分区进行标记，标记的分区设定为待选分区。
请参见图3，本实施方案中所述大电流驱动数量与数值判断模块包括：总功耗脉宽调制占空比计算模块：用于计算无动态背光控制时的总背光功耗，根据所述总背光功耗计算出对应的脉宽调制占空比Ptotal；
查找表模块：用于制作亮度与脉宽调制占空比关系的查找表；
差值计算模块：用于查找每个非待选分区的亮度对应的脉宽调制占空比；将全部非待选分区的脉宽调制占空比求和，得到∑P，计算脉宽调制占空比Ptota1与∑P的差值ΔP；以及
筛选模块：查找每个待选分区的亮度对应的脉宽调制占空比，将待选分区按照脉宽调制占空比由大到小的顺序进行排序；并将排序后的脉宽调制占空比进行累加，直至累加值接近并且小于等于差值ΔP，将进行脉宽调制占空比累加的待选分区设定为选定分区。
本实施方案中，上述脉宽调制模块、分区模块、大电流驱动数量与数值判断模块，以及大电流驱动开启判断模块采用FPGA芯片实现。
基于同一发明构思，本发明一具体实施方案还提供了一种显示装置，包括本发明实施方案提供的上述任一种背光模组。该显示装置可以为：手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。该显示装置的实施可以参见上述背光模组的实施方案，重复之处不再赘述。
以上所述的具体实施方案，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种背光控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤A：将欲进行背光控制的背光源分为N个分区，N为大于1的整数；
步骤B：根据输入的每帧图像信号中的像素信号的亮度，判断N个分区中的对应每个分区是否满足大电流驱动开启条件，其中，若单个分区与其周围分区的亮度差大于阈值亮度时则该分区满足大电流驱动的开启条件，并将满足大电流驱动开启条件的分区设定为待选分区；
步骤C：在每帧画面的功耗不超过无动态背光控制时的总背光功耗下，将所述待选分区中判断要进行大电流驱动的分区设定为选定分区，其中设定选定分区包括：计算无动态背光控制时的总背光功耗，根据所述总背光功耗计算对应的脉宽调制占空比Ptotal，计算所有非待选分区的脉宽调制占空比之和，并基于所述脉宽调制占空比Ptotal、所述所有非待选分区的脉宽调制占空比之和以及每个待选分区的脉宽调制占空比来设定选定分区；以及
步骤D：根据亮度与脉宽调制占空比的对应关系，计算所述选定分区的背光源驱动脉宽调制占空比，并将计算的背光源驱动脉宽调制占空比传输至背光源驱动电路，以分别驱动所述背光源中的所述选定分区。
2.根据权利要求1所述的背光控制方法，其特征在于，所述像素信号包括RGB像素信号或RGBW像素信号。
3.根据权利要求1所述的背光控制方法，其特征在于，所述步骤B包括：
子步骤B1：根据像素信号，计算单个像素的亮度；
子步骤B2：判断单个像素的亮度是否大于阈值A，如果否，返回子步骤B1，如果是，进入下一步骤；
子步骤B3：设置像素计数器，对于大于阈值A的像素，所述像素计数器加1；
子步骤B4：判断像素计数器中的数值是否超过阈值B，如果否，返回子步骤B1，如果是，进入下一步骤；
子步骤B5：计算该分区的总亮度Lbn；
子步骤B6：判断总亮度Lbn是否大于阈值C，如果是，进入下一步骤；
子步骤B7：计算该分区与周围分区的亮度差，判断该亮度差是否大于阈值D，如果是，则确定该分区满足大电流驱动的开启条件；
子步骤B8：对满足大电流驱动的分区进行标记，设定为待选分区。
4.根据权利要求1所述的背光控制方法，其特征在于，所述设定选定分区还包括：
制作亮度与脉宽调制占空比关系的查找表；
查找每个非待选分区的亮度对应的脉宽调制占空比；将全部非待选分区的脉宽调制占空比求和，得到∑P，计算脉宽调制占空比Ptotal与∑P的差值ΔP；以及
查找每个待选分区的亮度对应的脉宽调制占空比，将待选分区按照脉宽调制占空比由大到小的顺序进行排序；并将排序后的脉宽调制占空比进行累加，直至累加值接近并且小于等于差值ΔP，将进行脉宽调制占空比累加的待选分区设定为选定分区。
5.根据权利要求4所述的背光控制方法，其特征在于，所述亮度和脉宽调制占空比的数值精确至千分位。
6.根据权利要求1所述的背光控制方法，其特征在于，所述背光源的背光曲线包括Gamma2.2背光曲线、折线型背光曲线或S型背光曲线。
7.根据权利要求1所述的背光控制方法，其特征在于，所述背光源为LED光源。
8.一种背光模组，包括：
分区模块，用于将背光源分为N个分区，N为大于1的整数；
大电流驱动开启判断模块，用于根据输入的每帧图像信号中的像素信号的亮度，判断N个分区中的对应每个分区是否满足大电流驱动开启条件，其中，若单个分区与其周围分区的亮度差大于阈值亮度时则该分区满足大电流驱动的开启条件，并将满足大电流驱动开启条件的分区设定为待选分区；
大电流驱动数量与数值判断模块，用于在每帧画面的功耗不超过无动态背光控制时的总背光功耗下，将所述待选分区中判断要进行大电流驱动的分区设定为选定分区，其中设定选定分区包括：计算无动态背光控制时的总背光功耗，根据所述总背光功耗计算对应的脉宽调制占空比Ptotal，计算所有非待选分区的脉宽调制占空比之和，并基于所述脉宽调制占空比Ptotal、所述所有非待选分区的脉宽调制占空比之和以及每个待选分区的脉宽调制占空比来设定选定分区；以及
脉宽调制模块，用于根据亮度与脉宽调制占空比的对应关系，计算所述选定分区的背光源驱动脉宽调制占空比，并将计算的背光源驱动脉宽调制占空比传输至背光源驱动电路，以分别驱动所述背光源中的所述选定分区。
9.根据权利要求8所述的背光模组，其特征在于，所述大电流驱动开启判断模块包括：
像素计算模块：用于根据像素信号，计算单个像素的亮度；
像素亮度判断模块：用于判断单个像素的亮度是否大于阈值A；
像素计数器：用于对于大于阈值A的像素计数；
像素数量判断模块：用于判断像素计数器中的数值是否超过阈值B；
总亮度计算模块：用于计算该分区的总亮度Lbn；
总亮度判断模块：判断总亮度Lbn是否大于阈值C，如果是，进入下一步骤；
亮度差计算模块：用于计算该分区与周围分区的亮度差，判断该亮度差是否大于阈值D，如果是，则判断该分区满足大电流驱动的开启条件；以及
标记模块：用于对满足大电流驱动的分区进行标记，标记的分区设定为待选分区。
10.根据权利要求8所述的背光模组，其特征在于，所述大电流驱动数量与数值判断模块还包括：
查找表模块：用于制作亮度与脉宽调制占空比关系的查找表；
差值计算模块：用于查找每个非待选分区的亮度对应的脉宽调制占空比；将全部非待选分区的脉宽调制占空比求和，得到∑P，计算脉宽调制占空比Ptotal与∑P的差值ΔP；以及
筛选模块：查找每个待选分区的亮度对应的脉宽调制占空比，将待选分区按照脉宽调制占空比由大到小的顺序进行排序；并将排序后的脉宽调制占空比进行累加，直至累加值接近并且小于等于差值ΔP，将进行脉宽调制占空比累加的待选分区设定为选定分区。
11.根据权利要求8所述的背光模组，其特征在于，所述脉宽调制模块、分区模块、大电流驱动数量与数值判断模块，以及大电流驱动开启判断模块采用FPGA芯片实现。
12.根据权利要求8所述的背光模组，其特征在于，所述背光源为LED光源。
13.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求8-12任意一项所述的背光模组。
14.根据权利要求13所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置为高动态范围(HDR)显示装置。
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