CN103514839B - 一种侧入式led背光源液晶显示器动态调光方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种侧入式LED背光源液晶显示器动态调光方法及装置，将面板划分成m×n个矩形逻辑分区；然后将每个矩形逻辑分区归属至对其扩散比率最大的LED背光灯组；将输入的图像数据存至存储器中，同时利用输入的图像计算出各个矩形逻辑分区的目标背光；通过四个调光步骤确定各LED背光灯组的亮度。本发明利用调光算法的四个步骤，能够有效地降低背光功耗，同时增强画质，得到各LED背光灯组的亮度，而且本发明的四个调光步骤简单易实现，能够针对不同侧入式背光类型，可以灵活地通过划分逻辑分区来实现算法，通用性强。

Description

一种侧入式LED背光源液晶显示器动态调光方法及装置

技术领域

本发明属于LED背光源动态调光技术领域，涉及一种侧入式LED背光源液晶显示器动态调光方法及装置。

背景技术

液晶显示器包括背光模组和液晶面板两部分，对于常规方法，液晶显示器的背光是常亮的，通过改变液晶透过率来实现灰度级，缺点是背光功耗大，即使输入图像很暗，功耗也不会降低，而且画面的对比度也会因为液晶天生的漏光而降低；动态调光则是根据所显示的画面动态地调整背光亮度，降低暗区域的背光，从而实现背光功耗的降低，同时减少漏光，提高画面对比度，达到增强画质的作用。

LED背光源的结构可以分为多种，主要包括直下式和侧入式。相对于直下式，侧入式结构更薄，成本更低。同时，在侧入式背光源结构中，导光板和反光板将LED背光灯组发出的光导向屏幕各个区域的过程中，光学衰减较为严重，不同LED背光灯组之间发出的光相互叠加，从而导致背光不均匀扩散，背光亮度难以精确控制，这些问题会增加侧入式结构的调光难度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种侧入式LED背光源液晶显示器动态调光方法及装置，该方法和装置能够充分考虑到LED背光的不均匀扩散和相互叠加，最大化地利用背光，达到降低背光功耗、增强画质的效果。

为了达到上述目的，本发明的侧入式LED背光源液晶显示器动态调光方法，包括以下步骤：

1）将面板划分成m×n个矩形逻辑分区；然后将每个矩形逻辑分区归属至对其扩散比率最大的LED背光灯组；其中，扩散比率是指LED背光灯组发出的光扩散至矩形逻辑分区时的光亮度与该LED背光灯组的初始光亮度之比；

2）将输入的图像数据存至存储器中，同时利用输入的图像计算出各个矩形逻辑分区的目标背光；

3）根据各矩形逻辑分区的目标背光，通过以下四步调光确定每个LED背光灯组的最终亮度；

3.1）根据矩形逻辑分区的目标背光，获取各LED背光灯组的初始亮度lum_first；

3.2）按照所有LED背光灯组的初始亮度lum_first进行叠加运算，得到全屏各矩形逻辑分区的背光亮度，然后降低每个LED背光灯组溢出的亮度，得到各LED背光灯组的第二步亮度lum_second；

3.3）通过迭代法增加LED背光灯组不足的亮度，得到LED背光灯组的第三步亮度lum_third；对于每一次迭代，先叠加计算出各矩形逻辑分区的背光亮度，然后计算每个矩形逻辑分区与目标背光相比不足的亮度，再增加LED背光灯组不足的亮度，最后得到各LED背光灯组的第三步亮度lum_third；

3.4）按照所有LED背光灯组的第三步亮度lum_third进行叠加运算，得到各矩形逻辑分区的背光亮度；然后将各矩形逻辑分区的背光亮度与目标背光经过减计算，计算出各矩形逻辑分区不足的背光，若矩形逻辑分区对应的LED背光灯组已经达到最大亮度，且该矩形逻辑分区的背光亮度仍然不满足目标背光，增加与该矩形逻辑分区非对应的LED背光灯组的亮度，补偿该矩形逻辑分区不足的背光亮度，得到各LED背光灯组的最终亮度lum_forth；

4）通过四步调光确定的各LED背光灯组的最终亮度lum_forth控制LED背光灯组的显示亮度，同时利用各LED背光灯组的最终亮度lum_forth对存储器中的图像数据进行液晶补偿，并利用补偿后的图像数据控制液晶模组完成动态调光。

步骤1）中将面板划分成若干个矩形逻辑分区是按照如下方法进行的：

侧入式LED背光灯组结构包括单边侧入式结构、双边侧入式结构和四边侧入式结构；

1.1）对于单边侧入式LED背光源：

若在上侧边或下侧边安置了n组LED，则将面板划分成m×n个矩形逻辑分区，其中，m值满足矩形逻辑分区背光亮度变化不超过L，且0≤L≤100cd/m²；若在左侧边或右侧边安置了m组LED背光灯组，则将面板划分成m×n个矩形逻辑分区，其中，n值满足矩形逻辑分区背光亮度变化不超过L，且0≤L≤100cd/m²；

1.2）对于双边侧入式LED背光源：

若在上下双侧边安置了n组LED背光灯组，则将面板划分成m×n个矩形分区，其中，m值满足矩形逻辑分区的背光亮度变化不超过L，且0≤L≤100cd/m²；若在左右双侧边安置了m组LED背光灯组，则将面板划分成m×n个矩形分区，其中，n值满足矩形逻辑分区亮度变化不超过L，且0≤L≤100cd/m²；

1.3）对于四边侧入式LED背光源：

若在左右侧边安置了m组LED，上下侧边安置了n组LED，则将面板划分成m×n个矩形逻辑分区。

步骤3.1）是采用如下方法获取各LED背光灯组的初始亮度lum_first:

$\mathrm{lum}\_\mathrm{first}=\min (\mathrm{lum}\_\max ,\max (\frac{\mathrm{Goal}\_\mathrm{bl}\left(1\right)}{{\mathrm{\α}}_1},\frac{\mathrm{Goal}\_\mathrm{bl}\left(2\right)}{{\mathrm{\α}}_2}\·\·\·\frac{\mathrm{Goal}\_\mathrm{bl}\left(N\right)}{{\mathrm{\α}}_N}))$

其中，Goal_bl(1)、Goal_bl(2)…Goal_bl(N)是该LED背光灯组所属的N个矩形逻辑分区的目标背光，α₁、α₂…α_N为该LED背光灯组对所属N个矩形逻辑分区的扩散比率，lum_max是LED背光灯组能够达到的最大亮度;

步骤3.2）是采用如下方法降低每个LED背光灯组溢出的亮度得到各LED背光灯组的第二步亮度lum_second:

lum_second=max(O,lum_first-Δlum_decrease)

其中：

$\mathrm{\Δlum}\_\mathrm{decrease}$

$=\min (\frac{\mathrm{\ΔBl}\_\mathrm{decrease}\left(1\right)}{{\mathrm{\α}}_1},\frac{\mathrm{\ΔBl}\_\mathrm{decrease}\left(2\right)}{{\mathrm{\α}}_2}\·\·\·\frac{\mathrm{\ΔBl}\_\mathrm{decrease}\left(N\right)}{{\mathrm{\α}}_N})$

ΔBl_decrease(1)、ΔBl_decrease(2)…ΔBl_decrease(N)为LED背光灯组所属的N个矩形逻辑分区溢出的背光亮度，α₁、α₂…α_N为该LED背光灯组对所属N个矩形逻辑分区的扩散比率，Δlumdecrease为LED背光灯组所属的N个矩形逻辑分区最小溢出的背光亮度；如果矩形逻辑分区的背光没有溢出，则相应的ΔBl_decrease(i)=0，1≤i≤N;

步骤3.3）是采用如下方法增加各LED背光灯组不足的亮度得到各LED背光灯组的第三步亮度lum_third:

lum_third_j=min(lum_max,lum_third_j-1+k_j·Δlum_increase_j)

其中：

$\mathrm{\Δlum}\_{\mathrm{increase}}_j$

$=\max (\frac{\mathrm{\ΔBl}\_\mathrm{increas}{e}_j\left(1\right)}{{\mathrm{\α}}_1},\frac{\mathrm{\ΔBl}\_\mathrm{increas}{e}_j\left(2\right)}{{\mathrm{\α}}_2}\·\·\·\frac{\mathrm{\ΔBl}\_\mathrm{increas}{e}_j\left(N\right)}{{\mathrm{\α}}_N})$

ΔBl_increase_j(1)、ΔBl_increase_j(2)…ΔBl_increase_j(N)为第j次迭代中LED背光灯组所属N个矩形逻辑分区相对于目标背光的不足背光亮度，α₁、α₂…α_N为该LED背光灯组对所属N个矩形逻辑分区的扩散比率，△lum_increase_j为LED背光灯组所属的N个矩形逻辑分区相对于目标背光的最小不足背光亮度；k_j为第j次迭代时的背光增幅比例系数，M为迭代次数，且1≤M≤100，1≤j≤M，0＜k_j≤1;lum_third_o=lum_second，lum_third=lum_third_M;

步骤3.4）采用如下方法增加与该矩形逻辑分区非对应的LED背光灯组的亮度，补偿该矩形逻辑分区不足的背光亮度，得到各LED背光灯组的最终亮度lum_forth：

对于每个矩形逻辑分区，按照扩散比率的大小顺序，依次增加与该矩形逻辑分区非对应的LED背光灯组的亮度，直到该矩形逻辑分区的背光亮度达到目标背光的要求；计算出所有的矩形逻辑分区非对应的LED背光灯组需要增加的亮度，当两个以上的矩形逻辑分区增加同一个LED背光灯组的亮度时，将增加的该LED背光灯组亮度的最大值存入一维矩阵lum_plus，最后将lum_plus与lum_third相加，得到LED背光灯组的最终亮度lum_forth，同时LED背光灯组的最终亮度lum_forth不超过lum_max，如下式所示：

lum_forth=min(lum_max，lum_third+lum_plus)。

所述的k_j满足0＜k₁≤k₂≤…≤k_M≤1。

一种实现所述的侧入式LED背光源液晶显示器动态调光方法的装置，包括图像输入模块、存储器模块、计算目标背光模块、四步调光算法模块以及液晶补偿模块；

图像输入模块用于提供输入的图像数据并将图像数据发送给存储器模块和计算目标背光模块；

存储器模块用于存储图像数据并将图像数据提供给液晶补偿模块；

计算目标背光模块用于计算目标背光并将目标背光提供给四步调光算法模块；

四步调光算法模块用于确定每个LED背光灯组的最终亮度lum_forth，同时利用每个LED背光灯组的最终亮度lum_forth控制LED背光灯组的显示亮度；

液晶补偿模块用于根据每个LED背光灯组的最终亮度对图像数据进行液晶补偿，最终将补偿后的图像数据发送至液晶模组完成动态调光。

其中，所述四步调光算法模块包括初始亮度模块、降亮度模块、降亮度控制模块、迭代升亮度模块、升周围亮度模块、升周围亮度控制模块、目标背光RAM模块和扩散比率ROM模块；

初始亮度模块接收各矩形逻辑分区的目标背光以计算各LED背光灯组的初始亮度lum_first，并向降亮度模块发送各LED背光灯组的初始亮度lum_first，同时向降亮度控制模块发送初始亮度模块的完成信号；

目标背光RAM模块向降亮度模块、迭代升亮度模块以及升周围亮度模块提供目标背光；

扩散比率ROM模块向降亮度模块、迭代升亮度模块以及升周围亮度模块提供扩散比率；

降亮度模块计算各LED背光灯组的第二步亮度lum_second并发送给迭代升亮度模块、并向降亮度控制模块和迭代升亮度模块发送降亮度模块的完成信号，降亮度模块的完成信号启动迭代升亮度模块；

降亮度控制模块根据初始亮度模块的完成信号启动降亮度模块以及根据降亮度模块的完成信号关闭降亮度模块；

迭代升亮度模块计算各LED背光灯组的第三步亮度lum_third并发送给升周围亮度模块，同时将迭代升亮度模块的完成信号发送给升周围亮度控制模块；

升周围亮度模块计算并输出各LED背光灯组的最终亮度lum_forth，同时将升周围亮度模块的完成信号发送给升周围亮度控制模块；

升周围亮度控制模块根据迭代升亮度模块的完成信号开启升周围亮度模块以及根据升周围亮度模块的完成信号关闭升周围亮度模块。

所述的迭代升亮度模块是采用级联的方式实现的，迭代升亮度模块包括M组由迭代子模块和迭代控制模块组成子模块；每个迭代子模块接收来自目标背光RAM模块的目标背光以及扩散比率ROM模块的扩散比率；

迭代子模块接收上一个迭代子模块计算的各LED背光灯组的第三步亮度并向下一个迭代子模块发送当前迭代子模块计算的各LED背光灯组的第三步亮度，同时当前子模块还将当前迭代子模块的完成信号发送给当前迭代控制模块以及下一步迭代控制模块；

每个迭代控制模块根据上一个迭代子模块的完成信号和当前迭代子模块的完成信号控制当前子模块的启动和停止。

所述的迭代升亮度模块通过循环反馈方式来实现的；迭代升亮度模块由一个迭代子模块及一个迭代控制模块组成，

迭代子模块接收目标背光、扩散比率以及各LED背光灯组的第二步亮度lum_second，向迭代控制模块发送迭代完成信号和迭代反馈亮度；

迭代控制模块在开始迭代前接收降亮度模块的完成信号以控制迭代子模块的启动；当进行完第一次迭代后，迭代控制模块根据迭代完成信号再次启动迭代子模块，同时迭代控制模块将反馈亮度输入至迭代子模块，如此循环反馈，直至迭代子模块运行M次，运行结束后，迭代子模块向升周围亮度模块输出各LED背光灯组的第三亮度lum_third，迭代子模块向升周围亮度控制模块输出迭代升亮度模块的完成信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明充分考虑到LED背光的不均匀扩散和相互叠加，利用调光算法的四个步骤，能够有效地降低背光功耗，同时增强画质，得到各LED背光灯组的亮度，而且本发明的四个调光步骤简单易实现，能够针对不同侧入式背光类型，可以灵活地通过划分逻辑分区来实现算法，通用性强。本发明提出的装置通过其中设置的四步调光算法模块能够有效地实现提出的方法，达到降低背光功耗，增强画质的目的。

附图说明

图1是单边侧入式面板分区划分示意图；其中，a为上侧边LED背光源结构的示意图，b为下侧边LED背光源结构的示意图，c左侧边LED背光源结构的示意图，d为右侧边LED背光源结构的示意图；

图2为双边侧入式面板分区划分示意图；其中，a为上下侧边LED背光源结构的示意图，b为左右侧边LED背光源结构的示意图；

图3为四边侧入式面板分区划分示意图；

图4是本发明的运行原理图；

图5是本发明的四步调光步骤图；

图6是本发明四步调光中第四步的原理图；

图7是本发明侧入式LED背光源液晶显示器动态调光方法的的实现装置；

图8是迭代升亮度模块的第一种实现装置图；

图9是迭代升亮度模块的第二种实现装置图；

图10是实施例1所采用的图片；

图11是实施例1未调光显示图像；

图12是实施例1经四步调光处理后最终背光；

图13是实施例1调光后显示图像；

图14是实施例2所采用的原图；

图15是实施例2未调光显示图像；

图16是实施例2经四步调光处理后最终背光；

图17是实施例2调光后显示图像。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述。

一、参见图1-6，本发明的侧入式LED背光源液晶显示器动态调光方法包括以下步骤：

（一）参照图1-3，根据侧入式LED背光灯组的结构位置以及背光在面板内的扩散情况，将面板划分成m×n个矩形逻辑分区，具体的划分方法如下：

侧入式LED背光灯组一般包括单边侧入式结构、双边侧入式结构和四边侧入式结构；

1、对于单边侧入式LED背光源（参见图1）：

若在上侧边或者下侧边安置了n组LED（如图1a所示的结构101为上侧边LED背光源结构的示意图，图1b所示结构102为下侧边LED背光源结构的示意图），则将面板划分成m×n个矩形逻辑分区，其中，m值满足矩形逻辑分区内背光亮度尽量均匀，矩形逻辑分区内背光亮度变化不超过L，且0≤L≤100cd/m²；若在左侧边或者右侧边安置了m组LED（如图1所示的结构103为左侧边LED背光源结构的示意图，结构104为右侧边LED背光源结构的示意图）则将面板划分成m×n个矩形逻辑分区，其中，n值满足矩形逻辑分区的背光亮度尽量均匀，矩形逻辑分区的背光亮度变化不超过L，且0≤L≤100cd/m²。

2、对于双边侧入式LED背光源（参见图2）：

若在上下双侧边安置了n组LED（如图2a所示的结构105为上下侧边LED背光源结构的示意图），则将面板划分成m×n个矩形逻辑分区，其中，m值满足矩形逻辑分区背光亮度尽量均匀，矩形逻辑分区背光亮度变化不超过L，且0≤L≤100cd/m²；若在左右双侧边安置了m组LED（如图2b所示的结构106为左右侧边LED背光源结构的示意图），则将面板划分成m×n个矩形逻辑分区，其中，n值满足矩形逻辑分区背光亮度尽量均匀，矩形逻辑分区背光亮度变化不超过L，且0≤L≤100cd/m²。

3、对于四边侧入式LED背光源（如图3所示的结构107），若在左右侧边安置了m组LED，上下侧边安置了n组LED，则将面板划分成m×n个分区。

将面板划分成m×n个矩形逻辑分区后，根据扩散比率的大小，将每个逻辑分区归属至对其扩散比率最大的LED背光灯组，即每个LED背光灯组发出的光扩散至所属逻辑分区时的光强衰减最小，如果出现某矩形逻辑分区有多组LED背光灯组对其扩散比率同为最大，可任选一组作为其所属LED背光灯组，本发明中的扩散比率定义为LED背光灯组发出的光扩散至某矩形逻辑分区时的光亮度与该LED背光灯组的初始光亮度之比。

（二）参见图4，将输入的RGB图像信号数据存至存储器中，同时利用输入的RGB图像计算出各个矩形逻辑分区的目标背光；根据各矩形逻辑分区的目标背光通过四步调光确定每个LED背光灯组的最终亮度lum_forth；通过各LED背光灯组的最终亮度lum_forth控制LED背光灯组的显示亮度，同时利用各LED背光灯组的最终亮度lum_forth对存储器中的RGB图像数据进行液晶补偿，最终将补偿后的RGB图像数据发送至液晶模组完成动态调光；其中，目标背光，即希望通过各LED背光灯组之间的发光亮度叠加在各矩形逻辑分区实现的标准亮度。

参见图5，根据各矩形逻辑分区的目标背光，通过四步调光算法确定每个LED背光灯组的最终亮度；四个调光算法步骤顺序执行，每一步完成后，向下一级输出各LED背光灯组的亮度。

第一步：根据矩形逻辑分区的目标背光，获取各LED背光灯组的初始亮度lum_first；按照下面的公式，计算各LED背光灯组的初始亮度lum_first：

$\mathrm{lum}\_\mathrm{first}=\min (\mathrm{lum}\_\max ,\max (\frac{\mathrm{Goal}\_\mathrm{bl}\left(1\right)}{{\mathrm{\α}}_1},\frac{\mathrm{Goal}\_\mathrm{bl}\left(2\right)}{{\mathrm{\α}}_2}\·\·\·\frac{\mathrm{Goal}\_\mathrm{bl}\left(N\right)}{{\mathrm{\α}}_N}))$

其中，Goal_bl(l)、Goal_bl(2)…Goal_bl(N)是该LED背光灯组所属的N个矩形逻辑分区的目标背光，α₁、α₂…α_N为该LED背光灯组对所属N个矩形逻辑分区的扩散比率，lum_max是LED背光灯组能够达到的最大亮度。

第二步：降低由于各LED背光灯组之间亮度叠加而溢出的亮度，具体方法如下：

将所有LED背光灯组的初始亮度lum_first进行叠加，得到全屏各矩形逻辑分区的背光亮度，然后按照如下公式降低各LED背光灯组因为背光叠加而溢出的亮度，得到各LED背光灯组的第二步亮度lum_second：

lum_second=max(0,lum_first-Δlum_decrease)

其中：

$\mathrm{\Δlum}\_\mathrm{decrease}$

$=\min (\frac{\mathrm{\ΔBl}\_\mathrm{decrease}\left(1\right)}{{\mathrm{\α}}_1},\frac{\mathrm{\ΔBl}\_\mathrm{decrease}\left(2\right)}{{\mathrm{\α}}_2}\·\·\·\frac{\mathrm{\ΔBl}\_\mathrm{decrease}\left(N\right)}{{\mathrm{\α}}_N})$

其中，ΔBl_decrease(1)、ΔBl_decrease(2)…ΔBl_decrease(N)为LED背光灯组所属的N个矩形逻辑分区溢出的背光亮度，α₁、α₂…α_N为该LED背光灯组对所属的N个矩形逻辑分区的扩散比率；△lum_decrease为LED背光灯组对所属的N个逻辑分区最小溢出的背光亮度；如果该矩形逻辑分区的背光没有溢出，则相应的ΔBl_decrease(i)=0，1≤i≤N。;

第三步：通过迭代法逐步增加LED背光灯组不足的亮度，得到LED背光灯组的第三步亮度lum_third；具体的，该步骤需要逐次迭代，迭代次数为M次1≤M≤100），对于每一次迭代，先叠加计算出各矩形逻辑分区的背光亮度，再按照下面的公式，先计算出每个矩形逻辑分区与目标背光相比不足的亮度，再增加各LED背光灯组不足的亮度，最后得到各LED背光灯组的第三步亮度lum_third。

lum_third_j=min(lum_max,lum_third_j-1+k_j·Δlum_increase_j)

其中：

$\mathrm{\Δlum}\_{\mathrm{increase}}_j$

$=\max (\frac{\mathrm{\ΔBl}\_\mathrm{increas}{e}_j\left(1\right)}{{\mathrm{\α}}_1},\frac{\mathrm{\ΔBl}\_\mathrm{increas}{e}_j\left(2\right)}{{\mathrm{\α}}_2}\·\·\·\frac{\mathrm{\ΔBl}\_\mathrm{increas}{e}_j\left(N\right)}{{\mathrm{\α}}_N})$

其中，ΔBl_increase_j(1)、ΔBl_increase_j(2)…ΔBl_increase_j(N)为第j次迭代中LED背光灯组所属N个矩形逻辑分区相对于目标背光的不足背光亮度，α₁、α₂…α_N为该LED背光灯组对所属逻辑分区的扩散比率，Δlum_increase_j为LED背光灯组所属的N个矩形逻辑分区相对于目标背光的最小不足背光亮度，k_j为第j次迭代时的背光增幅比例系数，0＜k_j≤1，1≤j≤M，且0＜k₁≤k₂≤…≤k_M≤1，lum_third₀=lum_second，lum_third=lum_third_M。，如果矩形逻辑分区背光亮度达到或超过目标背光，则其ΔBl_increase_j(i)=0，1≤1≤N。

4）将所有LED背光灯组的第三步亮度lum_third进行叠加，得到各矩形逻辑分区的背光亮度，若该矩形逻辑分区对应的LED背光灯组已经达到最大亮度，且背光仍然不满足目标背光的矩形逻辑分区，增加与该矩形逻辑分区非对应的LED背光灯组的亮度，补偿该矩形逻辑分区不足的背光亮度304，得到各LED背光灯组的最终亮度lum_forth。

具体的，参照图6，如第一模块401所示，将所有LED背光灯组的第三步亮度lum_third进行叠加，得到各矩形逻辑分区的背光；将各矩形逻辑分区的背光与目标背光经过减计算，计算出矩形逻辑分区不足的背光；如第二模块402和第三模块403所示，对于每个矩形逻辑分区，按照扩散比率的大小顺序，依次增加与该矩形逻辑分区非对应的LED背光灯组的亮度，直到该矩形逻辑分区的背光亮度达到目标背光的要求,，计算出所有的矩形逻辑分区非对应的LED背光灯组需要增加的亮度，当两个以上的矩形逻辑分区同时增加同一个LED背光灯组的亮度时，将增加后的该LED背光灯组亮度的最大值存入一维矩阵lum_plus；待所有分区执行完第一模块401和第二模块402后，将得到的lum_plus与lum_third在第三模块403中进行相加，得到最终的LED背光灯组亮度lum_forth，同时保证不能超过lum_max，如下公式所示：

lum_forth=min(lum_max,lum_third+lum_plus)

另外，还可以通过调整第三步调光时的迭代次数以及迭代时的背光增幅比例系数来调节LED背光灯组亮度lum_forth，以期更好的控制LED背光灯组。

二、参照图2，本发明侧入式LED背光源液晶显示器动态调光算法的装置，该装置包括图像输入模块201、存储器模块202、计算目标背光模块203、四步调光算法模块204以及液晶补偿模块206；

图像输入模块201用于提供输入的RGB图像数据并将RGB图像数据发送给存储器模块202和计算目标背光模块203；

存储器模块202用于存储RGB图像数据并将RGB图像数据提供给液晶补偿模块206；

计算目标背光模块203用于计算目标背光并将目标背光提供给四步调光算法模块204；

四步调光算法模块204用于确定每个LED背光灯组的最终亮度，同时将每个LED背光灯组的最终亮度发送给背光驱动模块205以控制LED背光灯组的显示亮度；

液晶补偿模块206用于根据每个LED背光灯组的最终亮度对RGB图像数据进行液晶补偿，最终将补偿后的图像数据发送至液晶模组以控制液晶模组的显示。

其中，所述四步调光算法模块204（参见图7）包括初始亮度模块501、降亮度模块503、降亮度控制模块502、迭代升亮度模块504、升周围亮度模块506，升周围亮度控制模块505、目标背光RAM模块507以及扩散比率ROM模块508。

四个步骤的功能模块（初始亮度模块501、降亮度模块503、迭代升亮度模块504和升周围亮度控制模块506）顺序执行，初始亮度模块501接收各矩形逻辑分区的目标背光以计算各LED背光灯组的初始亮度lum_first，运行结束后，向降亮度模块503发送各LED背光灯组的初始亮度lum_first，同时，向降亮度控制模块502发送初始亮度模块的完成信号。

降亮度控制模块502接收到初始亮度模块的完成信号后，降亮度控制模块502通过控制信号启动降亮度模块503，降亮度模块503计算各LED背光灯组的第二亮度lum_second，运行结束后，向迭代升亮度模块504发送lum_second，同时，向降亮度控制模块502和迭代升亮度模块504发送降亮度模块的完成信号。

接收到降亮度模块的完成信号后，降亮度控制模块502通过控制信号关闭降亮度模块503；接收到降亮度模块的完成信号后，迭代升亮度模块504开始运行，运行完成后，向升周围亮度模块506发送各LED背光灯组的第三亮度lum_third，同时，向升周围亮度控制模块505发送迭代升亮度模块的完成信号；升周围亮度模块506工作原理与降亮度模块503相同，升周围亮度控制模块505接收到迭代升亮度模块的完成信号通过控制信号启动升周围亮度模块506，升周围亮度模块506开始运行，计算出各LED背光灯组的最终亮度lum_forth，运行结束后，将升周围亮度模块的完成信号发送给升周围亮度控制模块505，然后控制升周围亮度模块506关闭，升周围亮度模块506输出各LED背光灯组的最终亮度lum_forth。

另外，目标背光RAM模块507用于接收目标背光，并将目标背光提供给降亮度模块503、迭代升亮度模块504以及升周围亮度模块506；扩散比率ROM模块508向降亮度模块503、迭代升亮度模块504以及升周围亮度模块506提供扩散比率；

本发明迭代升亮度模块504的第一种实现装置如图8所示，通过迭代来升高LED背光灯组的亮度，迭代次数为M，1≤M≤100。通过级联的方法来实现，与图7的降亮度控制模块502控制降亮度模块503的启动和关闭相似。

迭代升亮度模块504包括M组由迭代子模块和迭代控制模块组成子模块；

迭代子模块接收上一个迭代子模块计算的各LED背光灯组的第三步亮度并向下一个迭代子模块发送当前迭代子模块计算的各LED背光灯组的第三步亮度，同时当前子模块还将当前迭代子模块的完成信号发送给当前迭代控制模块以及下一步迭代控制模块，另外，每个迭代子模块还用于接收来自目标背光RAM模块507的目标背光以及扩散比率ROM模块508的扩散比率；每个迭代控制模块根据上一个迭代子模块的完成信号和当前迭代子模块的完成信号控制当前子模块的启动和停止。

具体的，第一迭代控制模块601控制第一迭代子模块602，第二迭代控制模块603控制第二迭代子模块604，……，第M迭代控制模块605控制第M迭代子模块606；各个模块顺序执行完成后，输出各LED背光灯组的第三亮度lum_third_j（1≤j≤M）和完成信号，例如：第一迭代子模块602输出lum_third₁（即图8中的lum_1），第二迭代子模块604输出lum_third₂（即图8中的lum_2），依次类推。其中，第一迭代控制模块601的完成信号是来自于降亮度模块503的，第一迭代子模块602接收各LED背光灯组的第二亮度。

本发明迭代升亮度模块504的第二种实现装置如图9所示：通过迭代来升高LED背光灯组亮度，迭代次数为M，1≤M≤100。通过反馈来实现，迭代升亮度模块504由一个迭代子模块702及一个迭代控制模块701组成。

迭代子模块702接收目标背光、扩散比率以及各LED背光灯组的第二亮度lum_second，向迭代控制模块701发送迭代完成信号和迭代反馈亮度；

迭代控制模块在开始迭代前接收降亮度模块503的完成信号以控制迭代子模块702的启动；当进行完第一次迭代后，迭代控制模块701发送迭代完成信号和迭代反馈亮度，迭代控制模块701根据迭代完成信号重新启动迭代子模块702，同时迭代控制模块701将反馈亮度输入至迭代子模块702，如此循环反馈，直至迭代子模块702运行M次，运行结束后，向下一级输出lum_third和完成信号。

下面结合实施例及附图对本发明进行详细说明。

实施例1-2的实验平台为左右侧入式LED背光源，左右侧边各8组LED背光灯组，将面板划分成8×16个逻辑分区，且得到第三步亮度lum_third时所采用的迭代次数为4次，背光增幅比例系数

实施例1：

对于图10所示的图片，图11为未调光显示的图片，经过四步调光之后，得到最终的16组LED背光灯组的亮度，分别为53、61、15、15、240、226、189、193、185、196、255、204、118、58、95、93，功耗降低至未调光时的53.82%，最终的背光如图12所示，调光后显示图像如图13所示。

实施例2：

对于图14所示的图片，中心和左下角是标记的对比度测试点，实际图片中没有，对比度为中心测试点亮度与左下角测试点亮度之比，图15是未调光显示图像，经过四步调光之后，得到最终的16组LED背光灯组的亮度，分别为0、0、57、84、255、255、230、239、227、245、255、255、43、78、0、0，功耗降低至未调光时的54.49%；最终的背光如图16所示，调光后显示图像如图17所示。对比度未调光时为1115：1，经过四步调光之后，升高至24000：1。

从以上两个实施例可以看出，提出的调光方法可以有效降低背光功耗，并且提高画面对比度，从而增强画质。

综上所述，本发明提出的一种侧入式LED背光源液晶显示器动态调光算法及装置，充分考虑到背光的不均匀扩散和相互叠加，最大化地利用背光，能够有效地降低背光功耗、增强画质，得到各LED背光灯组的亮度，四个调光步骤简单易实现，针对不同侧入式背光类型，可以灵活地通过划分逻辑分区来实现算法，通用性强。

Claims (4)

1.一种侧入式LED背光源液晶显示器动态调光方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将面板划分成m×n个矩形逻辑分区；然后将每个矩形逻辑分区归属至对其扩散比率最大的LED背光灯组；其中，扩散比率是指LED背光灯组发出的光扩散至矩形逻辑分区时的光亮度与该LED背光灯组的初始光亮度之比；将面板划分成若干个矩形逻辑分区是按照如下方法进行的：

侧入式LED背光灯组结构包括单边侧入式结构、双边侧入式结构和四边侧入式结构；

1.1)对于单边侧入式LED背光源：

若在上侧边或下侧边安置了n组LED，则将面板划分成m×n个矩形逻辑分区，其中，m值满足矩形逻辑分区背光亮度变化不超过L，且0≤L≤100cd/m²；若在左侧边或右侧边安置了m组LED背光灯组，则将面板划分成m×n个矩形逻辑分区，其中，n值满足矩形逻辑分区背光亮度变化不超过L，且0≤L≤100cd/m²；

1.2)对于双边侧入式LED背光源：

若在上下双侧边安置了n组LED背光灯组，则将面板划分成m×n个矩形分区，其中，m值满足矩形逻辑分区的背光亮度变化不超过L，且0≤L≤100cd/m²；若在左右双侧边安置了m组LED背光灯组，则将面板划分成m×n个矩形分区，其中，n值满足矩形逻辑分区亮度变化不超过L，且0≤L≤100cd/m²；

1.3)对于四边侧入式LED背光源：

若在左右侧边安置了m组LED，上下侧边安置了n组LED，则将面板划分成m×n个矩形逻辑分区；

2)将输入的图像数据存至存储器中，同时利用输入的图像计算出各个矩形逻辑分区的目标背光；

3)根据各矩形逻辑分区的目标背光，通过以下四步调光确定每个LED背光灯组的最终亮度；

3.1)根据矩形逻辑分区的目标背光，获取各LED背光灯组的初始亮度lum_first；具体方法如下：

$\mathrm{lum}\_\mathrm{first}=\min (\mathrm{lum}\_\max ,\max (\frac{\mathrm{Goal}\_\mathrm{bl}\left(1\right)}{{\mathrm{\α}}_1},\frac{\mathrm{Goal}\_\mathrm{bl}\left(2\right)}{{\mathrm{\α}}_2}\·\·\·\frac{\mathrm{Goal}\_\mathrm{bl}\left(N\right)}{{\mathrm{\α}}_N}))$

其中，Goal_bl(1)、Goal_bl(2)…Goal_bl(N)是该LED背光灯组所属的N个矩形逻辑分区的目标背光，α₁、α₂…α_N为该LED背光灯组对所属N个矩形逻辑分区的扩散比率，lum_max是LED背光灯组能够达到的最大亮度；

3.2)按照所有LED背光灯组的初始亮度lum_first进行叠加运算，得到全屏各矩形逻辑分区的背光亮度，然后降低每个LED背光灯组溢出的亮度，得到各LED背光灯组的第二步亮度lum_second；具体方法如下：

lum_second＝max(0，lum_first-Δlum_decrease)

其中：

$\begin{array}{c}\mathrm{\Δlum}\_\mathrm{decrease}\\ =\max (\frac{\mathrm{\ΔBl}\_\mathrm{decrease}\left(1\right)}{{\mathrm{\α}}_1},\frac{\mathrm{\ΔBl}\_\mathrm{decrease}\left(2\right)}{{\mathrm{\α}}_2}\·\·\·\frac{\mathrm{\ΔBl}\_\mathrm{decrease}\left(N\right)}{{\mathrm{\α}}_N})\end{array}$

ΔBl_decrease(1)、ΔBl_decrease(2)…ΔBl_decrease(N)为LED背光灯组所属的N个矩形逻辑分区溢出的背光亮度，α₁、α₂…α_N为该LED背光灯组对所属N个矩形逻辑分区的扩散比率，Δlum_decrease为LED背光灯组所属的N个矩形逻辑分区最小溢出的背光亮度；如果矩形逻辑分区的背光没有溢出，则相应的ΔBl_decrease(i)＝0，1≤i≤N；

3.3)通过迭代法增加LED背光灯组不足的亮度，得到LED背光灯组的第三步亮度lum_third；对于每一次迭代，先叠加计算出各矩形逻辑分区的背光亮度，然后计算每个矩形逻辑分区与目标背光相比不足的亮度，再增加LED背光灯组不足的亮度，最后得到各LED背光灯组的第三步亮度Δlum_third；具体方法如下：

lum_third_j＝min(lum_max，lum_third_j-1+k_j·Δlum_increase_j)

其中：

$\begin{array}{c}\mathrm{\Δlum}\_{\mathrm{increase}}_j\\ =\max (\frac{\mathrm{\ΔBl}\_{\mathrm{increase}}_j\left(1\right)}{{\mathrm{\α}}_1},\frac{\mathrm{\ΔBl}\_{\mathrm{increase}}_j\left(2\right)}{{\mathrm{\α}}_2}\·\·\·\frac{\mathrm{\ΔBl}\_{\mathrm{increase}}_j\left(N\right)}{{\mathrm{\α}}_N})\end{array}$

ΔBl_increase_j(1)、ΔBl_increase_j(2)…ΔBl_increase_j(N)为第j次迭代中LED背光灯组所属N个矩形逻辑分区相对于目标背光的不足背光亮度，α₁、α₂…α_N为该LED背光灯组对所属N个矩形逻辑分区的扩散比率，Δlum_increase_j为LED背光灯组所属的N个矩形逻辑分区相对于目标背光的最小不足背光亮度；k_j为第j次迭代时的背光增幅比例系数，M为迭代次数，且1≤M≤100，1≤j≤M，k_j满足0＜k₁≤k₂≤…≤k_M≤1；lum_third₀＝lum_second，lum_third＝lum_third_M；

3.4)按照所有LED背光灯组的第三步亮度lum_third进行叠加运算，得到各矩形逻辑分区的背光亮度；然后将各矩形逻辑分区的背光亮度与目标背光经过减计算，计算出各矩形逻辑分区不足的背光，若矩形逻辑分区对应的LED背光灯组已经达到最大亮度，且该矩形逻辑分区的背光亮度仍然不满足目标背光，增加与该矩形逻辑分区非对应的LED背光灯组的亮度，补偿该矩形逻辑分区不足的背光亮度，得到各LED背光灯组的最终亮度lum_forth；

具体方法如下：

对于每个矩形逻辑分区，按照扩散比率的大小顺序，依次增加与该矩形逻辑分区非对应的LED背光灯组的亮度，直到该矩形逻辑分区的背光亮度达到目标背光的要求；计算出所有的矩形逻辑分区非对应的LED背光灯组需要增加的亮度，当两个以上的矩形逻辑分区增加同一个LED背光灯组的亮度时，将增加的该LED背光灯组亮度的最大值存入一维矩阵lum_plus，最后将lum_plus与lum_third相加，得到LED背光灯组的最终亮度lum_forth，同时LED背光灯组的最终亮度lum_forth不超过lum_max，如下式所示：

lum_forth＝min(lum_max，lum_third+lum_plus)；

4)通过四步调光确定的各LED背光灯组的最终亮度lum_forth控制LED背光灯组的显示亮度，同时利用各LED背光灯组的最终亮度lum_forth对存储器中的图像数据进行液晶补偿，并利用补偿后的图像数据控制液晶模组完成动态调光。

2.一种实现如权利要求1所述的侧入式LED背光源液晶显示器动态调光方法的装置，其特征在于：包括图像输入模块(201)、存储器模块(202)、计算目标背光模块(203)、四步调光算法模块(204)以及液晶补偿模块(206)；

图像输入模块(201)用于提供输入的图像数据并将图像数据发送给存储器模块(202)和计算目标背光模块(203)；

存储器模块(202)用于存储图像数据并将图像数据提供给液晶补偿模块(206)；

计算目标背光模块(203)用于计算目标背光并将目标背光提供给四步调光算法模块(204)；

四步调光算法模块(204)用于确定每个LED背光灯组的最终亮度lum_forth，同时利用每个LED背光灯组的最终亮度lum_forth控制LED背光灯组的显示亮度；

液晶补偿模块(206)用于根据每个LED背光灯组的最终亮度对图像数据进行液晶补偿，最终将补偿后的图像数据发送至液晶模组完成动态调光；

其中，所述四步调光算法模块(204)包括初始亮度模块(501)、降亮度模块(503)、降亮度控制模块(502)、迭代升亮度模块(504)、升周围亮度模块(506)、升周围亮度控制模块(505)、目标背光RAM模块(507)和扩散比率ROM模块(508)；

初始亮度模块(501)接收各矩形逻辑分区的目标背光以计算各LED背光灯组的初始亮度lum_first，并向降亮度模块(503)发送各LED背光灯组的初始亮度lum_first，同时向降亮度控制模块(502)发送初始亮度模块的完成信号；

目标背光RAM模块(507)向降亮度模块(503)、迭代升亮度模块(504)以及升周围亮度模块(506)提供目标背光；

扩散比率ROM模块(508)向降亮度模块(503)、迭代升亮度模块(504)以及升周围亮度模块(506)提供扩散比率；

降亮度模块(503)计算各LED背光灯组的第二步亮度lum_second并发送给迭代升亮度模块(504)、并向降亮度控制模块(502)和迭代升亮度模块(504)发送降亮度模块的完成信号，降亮度模块(503)的完成信号启动迭代升亮度模块(504)；

降亮度控制模块(502)根据初始亮度模块(501)的完成信号启动降亮度模块(503)以及根据降亮度模块的完成信号关闭降亮度模块(503)；

迭代升亮度模块(504)计算各LED背光灯组的第三步亮度lum_third并发送给升周围亮度模块(506)，同时将迭代升亮度模块的完成信号发送给升周围亮度控制模块(505)；

升周围亮度模块(506)计算并输出各LED背光灯组的最终亮度lum_forth，同时将升周围亮度模块的完成信号发送给升周围亮度控制模块(505)；

升周围亮度控制模块(505)根据迭代升亮度模块的完成信号开启升周围亮度模块(506)以及根据升周围亮度模块的完成信号关闭升周围亮度模块(506)。

3.根据权利要求2所述的实现侧入式LED背光源液晶显示器动态调光方法的装置，其特征在于：所述的迭代升亮度模块(504)是采用级联的方式实现的，迭代升亮度模块(504)包括M组由迭代子模块和迭代控制模块组成子模块；每个迭代子模块接收来自目标背光RAM模块(507)的目标背光以及扩散比率ROM模块的扩散比率；

迭代子模块接收上一个迭代子模块计算的各LED背光灯组的第三步亮度并向下一个迭代子模块发送当前迭代子模块计算的各LED背光灯组的第三步亮度，同时当前子模块还将当前迭代子模块的完成信号发送给当前迭代控制模块以及下一步迭代控制模块；

每个迭代控制模块根据上一个迭代子模块的完成信号和当前迭代子模块的完成信号控制当前子模块的启动和停止。

4.根据权利要求2所述的实现侧入式LED背光源液晶显示器动态调光方法的装置，其特征在于：所述的迭代升亮度模块(504)通过循环反馈方式来实现的；迭代升亮度模块(504)由一个迭代子模块(702)及一个迭代控制模块(701)组成，

迭代子模块(702)接收目标背光、扩散比率以及各LED背光灯组的第二步亮度lum_second，向迭代控制模块(701)发送迭代完成信号和迭代反馈亮度；

迭代控制模块在开始迭代前接收降亮度模块(503)的完成信号以控制迭代子模块(702)的启动；当进行完第一次迭代后，迭代控制模块(701)根据迭代完成信号再次启动迭代子模块(702)，同时迭代控制模块(701)将反馈亮度输入至迭代子模块(702)，如此循环反馈，直至迭代子模块运行M次，运行结束后，迭代子模块(702)向升周围亮度模块(506)输出各LED背光灯组的第三亮度lum_third，迭代子模块(702)向升周围亮度控制模块(505)输出迭代升亮度模块的完成信号。