CN101540154B - 一种动态降低液晶显示器功率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种动态降低液晶显示器功率的方法，先通过获取面板的每一阶脉宽调制所对应的亮度值及每一阶色彩增益所对应的亮度值，计算得出脉宽调制与色彩增益每个调整步长的比率，制作出动态亮度控制列表并写入MCU中；当液晶显示器上电后，影像缩放控制IC实时收集当前输入视频信号的亮度数据，并统计出该画面分布在每一阶灰阶的数据量，并根据动态亮度控制寄存器中的当前输入视频信号的频率、MCU提供的灯管电流脉宽调制的控制频率和动态亮度控制列表来控制灯管电流的脉宽调制占空比和色彩增益值的设定，来同步完成降低脉宽调制与提升色彩增益，从而保持当前画面的平均亮度不变。

Description

一种动态降低液晶显示器功率的方法

【技术领域】

本发明涉及液晶显示器或液晶TV领域，提供一种动态降低液晶显示器功率的方法。

【背景技术】

目前的液晶显示器产品都是按照能源之星标准或是根据客户的特殊要求，在显示器的使用状态或是进入节能状态都是设计相对固定的消耗功率，使得显示器在使用状态的电量消耗是固定的，不会根据显示器当前的亮度适当地调节电量消耗，达到高效节能的效果。

【发明内容】

本发明的目的是为了提供一种可以根据液晶显示器当前的亮度，动态改变该液晶显示器所消耗的功率且能保持亮度不变的方法，达到节能环保的目的。

一种动态降低液晶显示器功率的方法，先通过获取面板的每一阶脉宽调制所对应的亮度值及每一阶色彩增益所对应的亮度值，计算得出脉宽调制与色彩增益每个调整步长的比率，制作出动态亮度控制列表并写入MCU中；当液晶显示器上电后，影像缩放控制IC实时收集当前输入视频信号的亮度数据，并统计出该画面分布在每一阶灰阶的数据量，并根据影像缩放控制IC中动态亮度控制寄存器存有的当前输入视频信号的频率、MCU提供的灯管电流脉宽调制的控制频率和MCU中存储的动态亮度控制列表来控制灯管电流的脉宽调制占空比和色彩增益值的设定，并将色彩增益值和灯管电流的脉宽调制空占比值通过低压差分信号面板接口发送给面板控制单元。

所述的一种动态降低液晶显示器功率的方法，具体包括以下几个步骤：

(1)按影像缩放控制IC要求设置动态亮度控制寄存器值；

(2)设置动态亮度控制列表并写入MCU中；

(3)当液晶显示器上电时，该影像缩放控制IC执行动态亮度控制程序，先初始化影像缩放控制IC中的动态亮度控制寄存器，将动态亮度控制功能开启，并将MCU启动时提供的动态亮度控制列表写入该动态亮度控制寄存器中；

(4)影像缩放控制IC实时收集当前输入视频信号的亮度数据，并统计出该画面分布在每一阶灰阶的数据量；该影像缩放控制IC根据动态亮度控制寄存器中的当前输入视频信号的频率、MCU提供的灯管电流脉宽调制的控制频率和动态亮度控制列表来控制灯管电流的脉宽调制占空比和色彩增益值的设定，并通过低压差分信号面板接口将色彩增益值和灯管电流的脉宽调制空占比值发送给面板控制单元。

所述的当前输入视频信号的频率是由影像缩放控制IC内部的锁相环根据输入的信号取得的。

所述的灯管电流脉宽调制的控制频率是MCU根据液晶显示器的性能设置的一个固定频率。

所述的动态亮度控制列表的设置，主要包括以下几个步骤：

首先，用信号产生器输出白画面，通过色彩分析仪收集灯管电流每一脉宽调制占空比对应的背光亮度值，该脉宽调制占空比分为255阶分别对应一个背光亮度值，形成数组一；

然后，通过色彩分析仪收集色彩增益0～255阶每一灰阶对应的背光亮度值，形成数组二；

将量测到的两组数据复制到Excel文档中，通过收集到的前两组数据计算灯管电流脉宽调制占空比与色彩增益每一个调整步长之间的关联，形成数组三；

最后，根据上述三组数据制作动态亮度控制列表，并写入MCU中。

采用上述方案，本发明先通过获取面板的每一阶脉宽调制所对应的亮度值及每一阶色彩增益所对应的亮度值，计算得出脉宽调制与色彩增益每个调整步长的比率，制作出动态亮度控制列表并写入MCU中；当液晶显示器上电后，影像缩放控制IC实时收集当前输入视频信号的亮度数据，并统计出该画面分布在每一阶灰阶的数据量，并根据动态亮度控制寄存器中的当前输入视频信号的频率、MCU提供的灯管电流脉宽调制的控制频率和动态亮度控制列表来控制灯管电流的脉宽调制占空比和色彩增益值的设定，来同步完成降低脉宽调制与提升色彩增益，从而保持当前画面的平均亮度不变。

【附图说明】

图1为本发明的工作原理示意图。

图2为本发明中面板显示的示范画面。

图3为本发明中影像缩放控制IC收集到图2中示范画面的灰阶分布图。

图4为本发明将图2中示范画面R/G/B增益值提升到趋于饱和状态的灰阶分布图。

图5为本发明中灯管电流控制的曲线图。

图6为本发明中动态改变功率与灰阶对应的曲线图。

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。

【具体实施方式】

本发明一种动态降低液晶显示器功率的方法，主要包括以下几个步骤：

1、按影像缩放控制IC1要求设置与灯管电流相关的动态亮度控制(DBC)寄存器值；

(1)假设初始的背光限值为25％，

Offset(Reg0x437)may set 0xFF*25％＝0x40，Reg0x433[7:6]＝b10；

(2)设置PWM_DBC frequency值：

Reg0x430[2]＝b0，(reference clock 12M)

Reg0x433[3:0]＝b1010，(Divider 1＝1024)

Reg0x434[7:0]＝0x31，(Divider 2＝49)

PWM_DBC frequnecy＝12M/(1024*49)＝240Hz

(3)设置DBC PWM control值：

Reg0x436[7:6]＝b11，(assume apply to PWMB)

(4)设置DBC PWM min/max：

Reg0x432[7:0]＝0x00，Reg0x435[7:0]＝0xff；

(5)Disable DBC：

Reg0x430[0]＝b0；

2、设置背光亮度值与色彩增益(R/G/B Gain)的关联列表(table)，即动态亮度控制列表(DBC Table)；

首先，用信号产生器输出白画面，通过色彩分析仪(CA210)收集灯管电流每一占空比(duty)对应的背光亮度值，例如，当占空比(duty)为1时，色彩分析仪(CA210)所读取到的当前面板背光的亮度值，当占空比(duty)为2时，色彩分析仪CA210所读取到的背光亮度值；......，当占空比(duty)为255时，色彩分析仪(CA210)所读取到的背光亮度值，该脉宽调制占空比分为255阶分别对应一个背光亮度值，形成数组一；

然后，通过色彩分析仪(CA210)收集色彩增益(R/G/B Gain)0～255每一灰阶对应的背光亮度值，形成数组二；

最后，将量测到的两组数据复制到Excel文档中，将此两组数组对应计算转换为十六进制的数组。其中，灯管电流每一阶脉宽调制对应的背光亮度值的计算公式为(计算结果由十进制转换为十六进制)：

T2_Value[i]＝L_PWM[i]/L_PWM[255]*255；

T2_Value[i]：table 2中第i阶的数据

L_PWM[i]：第i阶的PWM的背光亮度值

例如：Table 2中第0阶的数据＝77.84258/301.7033*255＝65(换算成十六进制为41)；

每一灰阶对应的背光亮度值的计算公式为：

T1_Value[i]＝L_GRAY[i]/L_GRAY[255]*255；

T1_Value[i]：table 1中第i阶的数据

L_GRAY[i]：第i阶的灰阶的背光亮度值

例如：Table 2中第0阶的数据＝0.290839/292.6989*255＝0(换算为十六进制为0)；

“temp”sheet是用公式计算出脉宽调制占空比(PWM DUTY)与色彩增益(GAIN)的关联列表(table)，算出的关联表(0～255阶)前面一部分数据溢出，大于255，剩下的数据不足255阶，需要将另外补齐；将没有溢出的数据放在“k”sheet中，跳阶部分用excel的填充功能(等差序列方式)补齐。

该关联列表“temp”sheet的A列是pwm/gray 0～255阶数；B列是为PWM 0～255每一阶量测到的亮度值；C列为Gray 0～255每一阶量测到的亮度值；G列为Table 3对应的阶别(0～255)，通过计算获得(用十六进制表示)，除去溢出部分，0～255范围内的阶别不完整，需在″k″sheet中补齐，计算公式如下：

T3_Number＝L_GRAY[255]*64/L_GRAY[i]；

T3_Number：Table 3数据对应的编号.

L_GRAY[255]：第255阶的灰阶亮度值

L_GRAY[i]：第i阶的灰阶亮度值；

H列数据即table(3)中的数据，通过计算获得(用十六进制表示)，但不完整，需在“k”sheet中补齐后写入MCU2，计算公式如下：

T3_Value[i]＝(255/K-1)*128

i：从G列取得Table 3的编号；

K：从A列取得对应PWM/Gray的阶别；

例如，G列中数据为FF，对应的A列值为114，

即table 3的第255个数据为(255/114-1)*128＝158(换算为十六进制为9E)。

所述的″k″sheet中A列为0～255阶数；C列对应“Temp”sheet的G列(T3_Number)，将0～255阶中缺少的阶别，用填充的方式填满；D列对应“Temp”sheet的H列，对应阶别无计算出的数据，用前后阶别有计算出的数据为基准，用excel的(等序填充功能，取整填值)，最后将完整的256个数据作为table 3写入MCU中。

综上，本步骤即是通过收集到的前两组数据计算灯管电流脉宽调制占空比(PWM DUTY)与色彩增益(R/G/B Gain)每一个调整步长之间的关联，形成数组三；

根据上述三组数据制作背光亮度值与色彩增益的关联列表(table)，即动态亮度控制列表(DBC Table)，并写入MCU2中；

3、当液晶显示器上电时，该影像缩放控制IC1执行动态亮度控制程序DBC(Dynamic Brightness Control)，先初始化影像缩放控制IC1中的动态亮度控制(DBC)寄存器，将动态亮度控制(DBC)功能开启，并将动态亮度控制列表写入影像缩放控制IC1的动态亮度控制寄存器中，即MCU1启动时，提供灯管电流脉宽调制控制频率及计算脉宽调制与色彩增益(R/G/B Gain)每一个调整步长的比率给影像缩放控制IC1。

4、当液晶显示器在通电的状态下，影像缩放控制IC(Scaler IC)1实时收集当前输入视频信号的亮度数据，并统计出该画面分布在每一阶灰阶的数据量；该影像缩放控制IC1根据动态亮度控制寄存器中的当前输入视频信号的频率、MCU2提供的灯管电流脉宽调制的控制频率和MCU2中存储的动态亮度控制列表来控制灯管电流的脉宽调制占空比(即背光的亮度)和色彩增益(R/G/B Gain)值的设定，即该影像缩放控制IC1将设定的灯管电流的脉宽调制占空比值(即背光的亮度)和色彩增益(R/G/B Gain)的值通过低压差分信号面板接口(LVDS Panel Interface)4发送给面板控制单元3，通过动态改变灯管电流来降低液晶显示器消耗的功率，同步降低灯管电流与提升色彩增益(R/G/B Gain)的值，使得液晶显示器能保持亮度不变。所述的当前输入视频信号的频率是由影像缩放控制IC1内部的锁相环根据输入的信号取得的；所述的灯管电流脉宽调制的控制频率是MCU2根据液晶显示器POWER BOARD的性能设置的一个固定频率。

以下针对如图2所示的示范画面，来详细阐述本发明通过动态改变灯管电流来降低液晶显示器消耗的功率，同步降低灯管电流与提升色彩增益(R/G/B Gain)的值，使得液晶显示器能保持亮度不变的方法。

首先，通过影像缩放控制IC(Scaler IC)1实时收集当前面板(Panel)中示范画面(如图2所示)的亮度数据，由影像缩放控制IC1统计出该示范画面分布在每一阶灰阶中的数据量；该影像缩放控制IC1根据动态亮度控制寄存器中的当前输入视频信号的频率、MCU2提供的灯管电流脉宽调制的控制频率和MCU2中存储的动态亮度控制列表来控制灯管电流的脉宽调制占空比(即背光的亮度)和色彩增益(R/G/B Gain)值的设定，使得液晶显示器在保持当前的平均亮度不变的前提下通过提升色彩增益(R/G/B Gain)的值及同步降低灯管电流，实现功率的动态改变。

图3为影像缩放控制IC1收集到的该示范画面的灰阶(graylevels)分布图。由于图2所示的示范画面的亮度较暗，灰阶的分布图在暗阶，图像色彩增益(R/G/B Gain)有往上调亮的空间，因此，影像缩放控制IC1根据上述动态亮度控制列表中的数组三，即脉宽调制占空比与色彩增益之间对亮度影响的对应关系，将色彩增益值提升到趋于饱和状态(如图4所示)，同时将灯管电流的脉宽调制占空比下降到为55％，达到降低液晶显示器的灯管电流的功率的目的。

图5为灯管电流控制的曲线图，Code value为液晶显示器功能调整菜单中亮度的调整值(显示器功能调整菜单中的亮度调整范围是0～64，对应动态亮度控制列表中的灯管电流的范围为0～255)，对应亮度(0～260cd/m2)之间的关系。输出图片的亮度越低，占空比可降的空间越大。图5为输出图片亮度只有155cd/m2时，降低占空比后的调整曲线。

图6为动态改变功率(Dynamic Power Saving)与灰阶对应的曲线图，是每一灰阶所对应的改变灯管电流后的消耗功率。如导入新的动态降低功率的方法后，通过修改色彩增益(R/G/B GAIN)值与灯管电流脉宽调制占空比的值后，灰阶在12～222这段区域，面板输出画面的整体亮度偏暗，未到面板的饱和亮度，这样灯管电流有降低的空间，所消耗的功率就可降低至15W～25W，而根据传统作法，是一直维持在30W左右。一般的液晶显示器控制亮度是根据OSD中的亮度值来控制灯管电流的脉宽调制PWM(其中占空比Duty为100％)，没有调整亮度的情况下，脉宽调制PWM为固定不变。本发明是通过在MCU2中预设根据面板的性能参数所计算得出的脉宽调制(PWM)与色彩增益(R/G/B Gain)每个调整步长的比率，来同步完成降低脉宽调制与提升色彩增益，从而保持当前的平均亮度不变。

本发明的核心在于：先通过获取面板的每一阶脉宽调制所对应的亮度值及每一阶色彩增益所对应的亮度值，计算得出脉宽调制与色彩增益每个调整步长的比率，制作出动态亮度控制列表并写入MCU2中；当液晶显示器上电后，影像缩放控制IC1实时收集当前输入视频信号的亮度数据，并统计出该画面分布在每一阶灰阶的数据量，并根据动态亮度控制寄存器中的当前输入视频信号的频率、MCU2提供的灯管电流脉宽调制的控制频率和动态亮度控制列表来控制灯管电流的脉宽调制占空比和色彩增益值的设定，来同步完成降低脉宽调制与提升色彩增益，从而保持当前画面的平均亮度不变。

Claims (5)

1.一种动态降低液晶显示器功率的方法，其特征在于：先通过获取面板的每一阶脉宽调制所对应的亮度值及每一阶色彩增益所对应的亮度值，计算得出脉宽调制与色彩增益每个调整步长的比率，制作出动态亮度控制列表并写入MCU中；当液晶显示器上电后，影像缩放控制IC实时收集当前输入视频信号的亮度数据，并统计出该画面分布在每一阶灰阶的数据量，并根据影像缩放控制IC中动态亮度控制寄存器存有的当前输入视频信号的频率、MCU提供的灯管电流脉宽调制的控制频率和MCU中存储的动态亮度控制列表来控制灯管电流的脉宽调制占空比和色彩增益值的设定，来同步完成降低脉宽调制与提升色彩增益，从而保持当前画面的平均亮度不变，并将色彩增益值和灯管电流的脉宽调制空占比值通过低压差分信号面板接口发送给面板控制单元。

2.根据权利要求1所述的一种动态降低液晶显示器功率的方法，其特征在于主要包括以下几个步骤：

(1)按影像缩放控制IC要求设置动态亮度控制寄存器值；

(2)设置动态亮度控制列表并写入MCU中；

(3)当液晶显示器上电时，该影像缩放控制IC执行动态亮度控制程序，先初始化影像缩放控制IC中的动态亮度控制寄存器，将动态亮度控制功能开启，并将MCU启动时提供的动态亮度控制列表写入该动态亮度控制寄存器中；

(4)影像缩放控制IC实时收集当前输入视频信号的亮度数据，并统计出该画面分布在每一阶灰阶的数据量；该影像缩放控制IC根据动态亮度控制寄存器中的当前输入视频信号的频率、MCU提供的灯管电流脉宽调制的控制频率和动态亮度控制列表来控制灯管电流的脉宽调制占空比和色彩增益值的设定，并通过低压差分信号面板接口将色彩增益值和灯管电流的脉宽调制空占比值发送给面板控制单元。

3.根据权利要求2所述的一种动态降低液晶显示器功率的方法，其特征在于：所述的当前输入视频信号的频率是由影像缩放控制IC内部的锁相环根据输入的信号取得的。

4.根据权利要求2所述的一种动态降低液晶显示器功率的方法，其特征在于：所述的灯管电流脉宽调制的控制频率是MCU根据液晶显示器的性能设置的一个固定频率。

5.根据权利要求2所述的一种动态降低液晶显示器功率的方法，其特征在于：所述的动态亮度控制列表的设置，主要包括以下几个步骤：

首先，用信号产生器输出白画面，通过色彩分析仪收集灯管电流每一脉宽调制占空比对应的背光亮度值，该脉宽调制占空比分为255阶分别对应一个背光亮度值，形成数组一；

然后，通过色彩分析仪收集色彩增益0～255阶每一灰阶对应的背光亮度值，形成数组二；

将量测到的两组数据复制到Excel文档中，通过收集到的前两组数据计算灯管电流脉宽调制占空比与色彩增益每一个调整步长之间的关联，形成数组三；

最后，根据上述三组数据制作动态亮度控制列表，并写入MCU中。

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