采用动态背光控制功能的侧光式液晶电视的设计

摘 要：文章介绍了动态背光控制功能在侧光式液晶电视中的实现，解决了在过程中出现的画面闪烁问题。

关键词：动态背光控制；液晶电视；节能

中图分类号：TN312+.8 文献标识码：B

引 言

随着LED技术的不断发展和深入研究，LED作为液晶电视的背光源已经成为一种主流。而在LED背光液晶电视技术当中，LED动态背光控制技术以其节约能耗、提高对比度等显著特点，逐渐成为液晶电视领域研究与应用的主流，成为当今研究的重点。

1 动态背光控制的系统框图

动态背光控制主要分为两种：全局调光和区域调光，其中区域调光又可以细分为1D调光、2D调光。

侧光式液晶电视属于区域调光中的1D调光，就是将背光分为水平或是垂直的若干个区，所有各区需要的亮度级别根据图像内容分别确定。侧光式液晶电视的动态背光控制算法主要以1D调光为主，图1所示为侧光式液晶电视动态控制总的系统框图。

2 动态背光控制功能的实现及解决问题

动态背光控制功能的实现步骤为：FPGA从主板输出的LVDS图像信号中提取图像的彩色信息并转化为灰度信息，然后统计各个背光分区的灰度信息，通过一定的算法得到相应背光分区的亮度值，并将各个分区的亮度值通过SPI信号发送给底层驱动芯片，底层驱动芯片转换为PWM信号控制LED灯的占空比来控制各个分区的LED灯亮度。同时图像补偿模块通过图像的灰度值和背光值进行卷积得到图像的灰度值，再由灰度值转化为图像信号输出。FPGA的功能框图如图2所示。

2.1 各个模块的简介

LVDS to RGB和RGB to LVDS模块的功能均为将图像传输信息和RGB信息之间的相互转换。背光值统计模块是将分区内灰阶的最大值与平均值进行加权处理，而后将初步提取的背光数据送入下一模块再次处理。背光处理模块的流程是：上电后，经系统初始化后，对分区内最大值平均值进行加权平均处理，同时输出处理后的背光值给SPI，最终SPI输出模块输出给驱动芯片。图像补偿模块对图像的灰度值和处理后的背光值进行卷积得到图像的灰度值。

2.2 FPGA算法的实现

侧光式液晶电视的动态控制功能实现算法主要分为两部分：首先是将前端主板传送来的彩色数据转换为灰度数据；其次统计各个背光分区的灰度数值，经一定的运算得出背光分区对应的背光值。为了改善背光分区造成的画质方面的问题，对背光数据做空间域和时间域上的平滑处理。

2.3 重点解决问题

侧光式液晶电视在增加动态背光控制功能之后，在一些特殊画面下会出现背光闪烁的问题，比如黑场下白球运动的画面，如图3所示。产生的原因是：当出现黑场下有白球在运动的画面时，白球所在的分区灯的亮度比较高，其余为黑色画面的分区背光为熄灭状态，随着白球的快速运动，相应的背光跟随白球的运动也会处于开关转换，因此背光的开关就会引起背光闪烁现象，影响观看效果。

背光闪烁的解决方法：为了解决动态调光功能引起的闪烁，我们主要采用扩大图像数据的提取范围和对背光数据进行缓存然后进行平滑处理的方法。同样以黑场下小白球的运动画面为例，如图3所示，如果不做处理的话，背光会实时根据图像画面进行变化，观看时会产生强烈的闪烁。具体的解决方法如下：

（1）扩大图像数据的提取范围：对于双短边液晶电视，背光数据的提取应该为对应画面中的数据，但若相邻两分区的画面亮度相差较大时，会产生闪烁和边界现象，因此我们在提取图像数据时会将提取范围进行扩大，背光分区灰度数值的统计中采用图4所示的统计分区，图4中虚线所划定区域分别为背光3和11分区所对应的背光分区灰度统计范围。

对于单短边液晶电视，背光分区灰度值的统计采用图5所示的统计方法，虚线划定区域分别对应背光2和8分区的灰度统计范围。

（2）背光数据缓存的平滑处理：背光数据不做平滑处理时，分区的背光数据是一帧0数据、三帧255数据、两帧0数据、三帧249数据、两帧10数据，即0-255-255-255-0-0-249-249-249-10-10，则在数据0到255和255到0、0到249和249到10时产生闪烁现象。背光数据的平滑处理就是将连续的前6帧背光数据进行存储，然后提取这6帧数据的数值，相加后取平均值，此平均值为第7帧的背光数据进行输出，上例中第7帧背光数据（0+255+255+255+0+0）/6=127.5，第8帧的背光数据（255+255+255+0+0+249）/6=169，第9帧的背光数据（255+255+0+0+249+249）/6=168，同理后边的背光数据分别为：167、126、127.8，平滑后背光数据变为：127.5-169-168-167-126-127.8……，相邻帧之间的背光数据变化比较平滑，背光不会出现突然开关的现象，避免了背光闪烁的发生。

3 样机对比结果

两台对比样机为42英寸双短边液晶电视，分别为带有动态背光控制功能和不带动态背光控制功能，两台样机进行功耗对比和画质对比。

3.1 功耗对比

带有背光控制功能的液晶电视的平均功率为56.7W，不带动态背光控制功能的液晶电视的功率为75W，带有动态背光控制功能的液晶电视比不带该功能的液晶电视节能24%。

3.2 画质对比

画质对比主要采用主观对比，样机搭建完毕后，我们邀请了10位受测者进行主观打分。两台对比样机播放同一画面，受测者进行主观打分。评价方法――5分：两台样机画质没有区别；4分：画质没有明显区别；3分：画质有明显区别；2分：画质有较大区别；1分：两台样机画质差异很大。打分结果如表1所示。

从以上结果可以看出，在动态画面情况下，带有动态控制功能的液晶电视的画质与不带该功能的液晶电视的画质没有明显区别，同时也解决了带有该功能的液晶电视在特殊画面下出现背光闪烁的问题。在静态画面下，两台样机的画质也没有明显区别。

4 结 论

本文主要介绍了采用动态背光控制功能的侧光式液晶电视的设计和实现，带有动态背光控制功能的侧光式液晶电视可有效实现节约能耗的目的，具有很好的应用前景。

参考文献

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作者简介：李 冰（1989-），男，山东菏泽人，中国海洋大学硕士研究生，电子与通信工程专业，E-mail：。