一种MiniLED液晶背光控制方法及其控制系统与流程

一种mini led液晶背光控制方法及其控制系统
技术领域
1.本发明属于液晶背光显示技术领域，特别涉及一种mini led液晶背光控制方法及其控制系统。


背景技术：

2.目前传统液晶显示器通常采用的是直下式以及侧边led背光，背光在液晶电视工作时均处于最亮状态，亮度保持不变；在需要显示不同亮度画面时，通常改变面板透过率的方式实现亮度调节，而不是调节背光亮度来改变，这样造成了能源浪费、功耗高、对比度低等缺点。
3.mini led背光使用在大尺寸液晶显示器，比如65英寸甚至更大的液晶显示器的时候存在一个问题，就是mini led背光模组由于工艺问题做不了与整块液晶面板一样的尺寸，需要将mini led背光分割成多块小的模组然后进行拼接。而使用多块mini led背光模组进行拼接的时候需要设计一套控制系统来实现对mini led液晶背光的分区控制进而提升显示效果。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是提供一种mini led液晶背光控制方法及其控制系统，能够解决传统大尺寸液晶显示器存在功耗高、对比度低的问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明的mini led液晶背光控制方法如下：设一帧背光图像数据分辨率为l
×
h，l、h分别为背光图像数据的列数和行数；将背光图像数据分为20~l列、10~h行分区；设置n个电流阈值，每个电流阈值对应1个白场台阶区间，当显示白场的分区数量在某一白场台阶区间时，控制驱动ic电流输出对应的电流阈值，显示白场的分区数量越多则驱动ic电流输出的电流阈值越小；2≤n≤4。
6.实现上述mini led液晶背光控制方法的控制系统包括hdmi解码模块，动态调光模块，驱动ic；动态调光模块包括k个动态分区亮度提取模块、分区算法优化模块；所述动态分区亮度提取模块根据hdmi解码模块解码出的背光图像数据提取各分区的分区初始背光值；分区初始背光值等于该分区内最大像素灰度值，分区初始背光值等于阈值灰度值的分区显示白场，其中阈值灰度值等于背光模块能够显示的最高灰度级；分区算法优化模块计算显示白场的分区数量，当显示白场的分区数量在某一白场台阶区间时，控制驱动ic电流输出对应的电流阈值。
7.进一步，实现上述mini led液晶背光控制方法的控制系统还包括时钟模块；所述时钟模块产生驱动ic工作所需的时钟gclk及基准时钟clk；通过a计数器对基准时钟clk进行记数，当延时时间达到1ms、2ms、2.5ms、4ms和4.5ms的时候分别产生vddio使能、vled使能、en使能、spi读写使能和全局复位这些驱动ic上电控制信号。
8.所述的背光图像数据分为l列、h行分区；每个分区包含一个像素，分区初始背光值为该像素灰度值。
9.所述背光图像数据的分区列数小于l、行数小于h；动态调光模块还包括k个图像截取模块；图像截取模块通过状态机实现分区背光图像数据的截取。
10.所述的每个图像截取模块逐个截取多个分区背光图像数据；针对每个分区，四个位置参数寄存器分别存储该分区起始位置像素横坐标x_in、纵坐标y_in，以及结束位置像素横坐标l_in、纵坐标h_in；两个位置变量寄存器分别存储当前传输背光图像数据对应的像素横坐标x、纵坐标y，使能信号存储器用于存储使能信号de；使能信号de为hdmi解码模块解码出的视频时序信号；当de≠1时，状态机处于空闲状态；当de=1，且x≠x_in、y≠y_in时，状态机进入等待状态；当de=1，且x=x_in、y=y_in时，状态机进入写数据状态，此时图像截取模块开始输出背光图像数据；背光图像数据按行输出，每输出一个像素背光图像数据后令x=x+1，直至x= l_in，一行像素背光图像数据输出完毕，状态机进入数据写结束状态；此时将x清零并令y=y+1，状态机再次进入等待状态；重复上述过程，直至x= l_in且y= h_in时，分区背光图像数据全部输出，状态机进入总体结束状态。
11.所述的动态分区亮度提取模块采用寄存器a；针对任一分区，寄存器a初始值赋值为0，图像截取模块输出的像素背光图像数据逐个进入寄存器a，寄存器a将其与内部当前存储的像素背光图像数据实时进行比较，并将其中较大的像素背光图像数据更新到寄存器a中，同时寄存器a每接收到一个像素背光图像数据则自动加1；当寄存器a的计数值等于分区像素总数后，寄存器a中的像素背光图像数据即为该分区初始背光值。
12.所述的分区算法优化模块包括寄存器b、比较器、寄存器c、寄存器d、驱动ic电流配置模块；寄存器b存储阈值灰度值；比较器将各动态分区亮度提取模块输出的分区初始背光值与阈值灰度值进行比较，当分区初始背光值等于阈值灰度值时，寄存器c中的值加1，当所有分区初始背光值与阈值灰度值比较完之后停止加1；寄存器c根据最终值判断显示白场的分区数量所处的白场台阶区间并给出对应的flag标记，驱动ic电流配置模块根据flag标记给寄存器d赋相应的数值，以控制驱动ic电流输出对应的电流阈值。
13.进一步，所述电流阈值为满载的50%、100%，当寄存器c的值大于等于分区总数的一半时输出标记flag [1]，驱动ic电流配置模块将满载的50%赋值给寄存器d，以控制驱动ic电流输出满载的50%；当寄存器c的值小于分区总数的一半时输出标记flag [0]，驱动ic电流配置模块将满载的100%赋值给寄存器d，以控制驱动ic电流输出满载的100%。
[0014]
进一步，所述电流阈值分别为满载的40%、50%、70%、100%；当寄存器c的值大于等于分区总数的70%小于等于分区总数的100%时输出标记flag [0]，驱动ic电流配置模块将满载的40%赋值给寄存器d，以控制驱动ic电流输出满载的40%；当寄存器c的值大于等于分区总数的50%小于分区总数的70%时输出标记flag[1]，驱动ic电流配置模块将满载的50%赋值给寄存器d，以控制驱动ic电流输出满载的50%；当寄存器c的值大于等于分区总数的30%小于分区总数的50%时输出标记flag[2]，驱动ic电流配置模块将满载的70%赋值给寄存器d，以控制驱动ic电流输出满载的70%；当寄存器c的值小于分区总数的30%时输出标记flag[3]，驱动ic电流配置模块将满载100%赋值给寄存器d，以控制驱动ic电流输出满载100%。
有益效果
[0015]
本发明对背光图像数据进行精细分区，能够根据显示画面白场多少来改变驱动ic的电流输，从而改变背光亮度，使得液晶显示器在对比度、亮度、色域、可视角上的表现更
佳，且具有轻薄化、高画质、低功耗和节能等优势，可以实现与oled相媲美的显示效果甚至更优的水平，同时延长使用寿命。
附图说明
[0016]
图1为本发明的总体结构框图。
[0017]
图2为实施例1的fgpa内部结构框图。
[0018]
图3为驱动ic上电工作时序。
[0019]
图4为时钟模块驱动ic使能信号产生示意图。
[0020]
图5为背光模组整体示意图。
[0021]
图6为实施例1的背光图像数据分区示意图。
[0022]
图7为分区背光图像数据截取状态机。
[0023]
图8为实施例1的分区算法优化模块结构框图。
[0024]
图9为实施例2的分区算法优化模块结构框图。
具体实施方式
[0025]
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。
[0026]
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。
[0027]
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。
[0028]
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。
[0029]
mini led液晶显示器控制系统中，hdmi解码模块接收hdmi视频信号，解码出rgb视频图像数据、背光图像数据和视频时序信号；设一帧背光图像数据分辨率为l
×
h，l、h分别为背光图像数据的列数和行数；本发明将背光图像数据分为20~l列、10~h行分区，设置n个电流阈值，每个电流阈值对应1个白场台阶区间；当分区初始背光值等于阈值灰度值（即背光模块能够显示的最高灰度级）时该分区显示白场；当显示白场的分区数量在某一白场台阶区间时，控制驱动ic电流输出对应的电流阈值，显示白场的分区数量越多则驱动ic电流
输出的电流阈值越小；通常选择2≤n≤4。
实施例1
[0030]
如图1所示，本发明的mini led液晶背光控制系统主要包括设置在控制板上的hdmi解码模块，有源晶振，fpga核心板，缓存模块fifo，驱动ic。
[0031]
所述的hdmi解码模块由hdmi接口接收hdmi视频信号，解码出rgb视频图像数据、背光图像数据和视频时序信号并发送到fpga核心板。rgb视频图像数据通过fpga核心板发送给hdmi编码模块，hdmi编码模块将rgb视频图像数据进行环通输出到液晶显示器，实现液晶与背光显示信号的同步。其中视频时序信号包含行频、场频、使能信号de及hdmi视频信号时钟等。
[0032]
所述的有源晶振为整个系统提供时钟脉冲。
[0033]
如图2所示，所述的fpga核心板中包含时钟模块和动态调光模块。
[0034]
如图3、4所示，所述的时钟模块对fpga核心板时钟进行pll倍频得到驱动ic工作所需的时钟gclk以及程序驱动所需的基准时钟clk；通过a计数器对基准时钟clk进行记数，当延时时间达到1ms、2ms、2.5ms、4ms和4.5ms的时候分别产生vddio使能、vled使能、en使能、spi读写使能和全局复位这些驱动ic上电控制信号。
[0035]
所述的动态调光模块用于实现背光图像数据分区控制，根据背光图像数据调节背光亮度值，以此实现更高对比度。
[0036]
如图5、6所示，为了保证大尺寸液晶显示器背光模组的平整度，根据板厂加工能力将背光模组分割成m
×
n个模块，为了实现更佳的分区效果和显示效果将背光模组分区设计为1152个分区。背光模组单个模块的分区数为1152/(m
×
n)，分辨率为q
×
p（即单个模块分为q列、p行分区）。那么对于2k的液晶显示器，每个分区控制的视频像素大小为[1920/( m
×
q)]
ꢀ×
[1080/( n
×
p)]，对于4k的液晶显示器，每个分区控制的视频像素大小为[4096/( m
×
q)]
ꢀ×
[2160/( n
×
p)]。
[0037]
如图2所示，所述的动态调光模块包括k个图像截取模块、k个动态分区亮度提取模块及分区算法优化模块。k的数值没有严格的限制，k最大可以等于背光图像数据分区总数，即每个图像截取模块截取一个分区的背光图像数据，最小可以等于1，即一个图像截取模块可以逐个截取所有分区的背光图像数据；k也可以等于分区行数，每个图像截取模块逐个截取一行分区的背光图像数据。
[0038]
所述的图像截取模块通过状态机实现每个分区背光图像数据的截取；以每个图像截取模块逐个截取一行分区的背光图像数据为例。每个图像截取模块包含四个位置参数寄存器，两个位置变量寄存器，一个使能信号存储器；针对每个分区，四个位置参数寄存器分别存储该分区起始位置像素横坐标x_in、纵坐标y_in，以及结束位置像素横坐标l_in、纵坐标h_in；两个位置变量寄存器分别存储当前传输背光图像数据对应的像素横坐标x、纵坐标y，使能信号存储器用于存储使能信号de；状态机有6个状态，分别为空闲、等待、写数据、数据写结束和总体结束。当de≠1时，状态机处于空闲状态；当de=1，且x≠x_in、y≠y_in时，状态机进入等待状态；当de=1，且x=x_in、y=y_in时，状态机进入写数据状态，此时图像截取模块开始输出背光图像数据。背光图像数据按行输出，每输出一个像素背光图像数据后令x=x+1，直至x= l_in，一行像素背光图像数据输出完毕，状态机进入数据写结束状态；此时将x
清零并令y=y+1，状态机再次进入等待状态；重复上述过程，直至x= l_in且y= h_in时，分区背光图像数据就能够全部获取，状态机进入总体结束状态。状态机如图7所示。
[0039]
本实施例设置2个电流阈值，分别为满载的50%、100%。
[0040]
所述的动态分区亮度提取模块采用寄存器a；针对任一分区，寄存器a初始值赋值为0，图像截取模块输出的像素背光图像数据逐个进入寄存器a，寄存器a将其与内部当前存储的像素背光图像数据实时进行比较，并将其中较大的像素背光图像数据更新到寄存器a中，同时寄存器a每接收到一个像素背光图像数据则自动加1；当寄存器a的计数值等于分区像素总数后，寄存器a中的像素背光图像数据即为该分区初始背光值（即该分区内最大像素灰度值）。
[0041]
如图8所示，所述的分区算法优化模块包括寄存器b、比较器、寄存器c、寄存器d、标记寄存器e、标记寄存器f、驱动ic电流配置模块；寄存器b存储阈值灰度值255（即背光模块能够显示的最高灰度级）；寄存器c初始值为0；比较器将各寄存器a输出的分区初始背光值与阈值灰度值进行比较，当分区初始背光值等于阈值灰度值时，寄存器c自加1，所有分区初始背光值与阈值灰度值比较完之后停止自加；也可以采用一个b计数器，当分区初始背光值等于阈值灰度值时b计数器自加1，所有分区初始背光值与阈值灰度值比较完之后停止自加并把最终计数值赋值给寄存器c。驱动ic电流配置模块会将寄存器c给出的flag标记作为使能来给寄存器d赋不同的值；当寄存器c的最终值大于等于分区总数的一半时（即显示白场的分区数量大于等于分区总数的一半），将标记flag[1]存储在标记寄存器e中，flag[1]为高电平，此时驱动ic电流配置模块将中间值赋值给寄存器d，以控制驱动ic电流输出中间值，即满载的50%；当寄存器c的最终值小于分区总数的一半时（即显示白场的分区数量小于分区总数的一半），将标记flag[0] 存储在标记寄存器f中，flag[0]为低电平，此时驱动ic电流配置模块将最大值赋值给寄存器d，以控制驱动ic电流输出最大值，即电流输出满载的100%。
[0042]
驱动ic主要是根据ic编程手册设计ic驱动程序。各动态分区亮度提取模块输出的每个分区初始背光值按顺序写入缓存模块fifo中；一帧背光图像数据的各分区初始背光值写入完成后，缓存模块fifo将各分区初始背光值进行位拼接，然后按照spi协议写入驱动ic，经驱动ic处理后发送给mini led背光进行显示。当背光模组显示画面为大部分白场或全白场时，驱动ic输出电流减半，mini led背光模组亮度为峰值亮度的一半；当背光模组显示画面为小区域白场时，驱动ic满载电流输出，mini led背光模组亮度为峰值亮度。这样就实现了根据实时视频图像对背光模组动态调光的优化，进而实现更高动态对比度以获得更好的显示效果，同时降低功耗。
[0043]
本发明根据不同显示内容调节mini led亮度，进而实现液晶亮度的调节。当播放文档材料显示大部分白场的时候液晶显示器亮度降低进而达到护眼节能效果；当播放视频画面白场部分较少时液晶显示器整体亮度提高进而实现高对比度的功能，提升液晶的整体显示效果。
实施例2
[0044]
本实施例与实施例1不同之处在于，设置4个电流阈值，分别为满载的40%、50%、70%、100%,分别对应四个白场台阶区间；所述的分区算法优化模块包括寄存器b、比较器、寄
存器c、寄存器d、标记寄存器e、标记寄存器f、标记寄存器g、标记寄存器h、驱动ic电流配置模块；当寄存器c的最终值大于等于分区总数的70%小于等于分区总数的100%时，将标记flag [0]存储在标记寄存器e中，flag[0]为高电平，此时驱动ic电流配置模块将满载的40%赋值给寄存器d，以控制驱动ic电流输出满载的40%；当寄存器c的最终值大于等于分区总数的50%小于分区总数的70%时，将标记flag[1]存储在标记寄存器f中，flag[1]为高电平，此时驱动ic电流配置模块将满载的50%赋值给寄存器d，以控制驱动ic电流输出满载的50%；当寄存器c的最终值大于等于分区总数的30%小于分区总数的50%时，将标记flag[2]存储在标记寄存器g中，flag[2]为高电平，此时驱动ic电流配置模块将满载的70%赋值给寄存器d，以控制驱动ic电流输出满载的70%；当寄存器c的最终值小于分区总数的30%时，将标记flag[3]存储在标记寄存器h中，flag[3]为高电平，此时驱动ic电流配置模块将满载100%赋值给寄存器d，以控制驱动ic电流输出满载100%。
实施例3
[0045]
本实施例与实施例1、2主要区别在于，将背光图像数据分为l列、行分区，每个分区仅包含一个背光图像像素，分区初始背光值为该像素灰度值。动态调光模块中仅包括动态分区亮度提取模块和分区算法优化模块；动态分区亮度提取模块提取的各分区初始背光值为单个像素灰度值。