孫邦禹

（創(chuàng)維集團(tuán)研究院，廣東 深圳 518108）

基于圖像場景和環(huán)境光的動態(tài)背光方法在液晶電視機(jī)上的應(yīng)用

孫邦禹

（創(chuàng)維集團(tuán)研究院，廣東 深圳 518108）

液晶電視本身并不能發(fā)光，需要依靠背光源才能顯示畫面。動態(tài)背光技術(shù)可以在一定程度上節(jié)約能耗以及保護(hù)視覺。本文設(shè)計(jì)了一種利用圖像場景以及環(huán)境光來動態(tài)控制背光亮度的方法，并在MSD3463芯片上應(yīng)用，取得良好效果。

動態(tài)背光；圖像場景；環(huán)境光；電視；節(jié)能

1 引言

電視的發(fā)展經(jīng)歷了從傳統(tǒng)的CRT電視到現(xiàn)在市場上主流的液晶電視。而液晶電視的功耗主要集中在背光上。一般的液晶電視，背光基本上是全開的，而且隨著液晶電視的尺寸越來越大，功耗也會越來越大。動態(tài)背光技術(shù)可以動態(tài)調(diào)節(jié)背光亮度，讓液晶電視的功耗降低20%～40%。這樣，可以滿足節(jié)能的要求。

另外，由于背光全開，長時(shí)間觀看電視，容易讓眼睛產(chǎn)生疲勞，采用動態(tài)背光技術(shù)，可以在一定程度上起到保護(hù)視覺的作用。

2 動態(tài)背光方法介紹

基于圖像場景的動態(tài)背光方法，一般分為全局的動態(tài)背光控制、一維分區(qū)的動態(tài)背光控制、二維分區(qū)的動態(tài)背光控制等，其方法是通過計(jì)算圖像的實(shí)時(shí)亮度，進(jìn)而動態(tài)控制背光大小。

基于外界環(huán)境光的動態(tài)背光方法，其原理是在電視主板上連接一個(gè)感光片，將外界環(huán)境光的亮度，計(jì)算成電壓值，傳輸給芯片，芯片通過得到的電壓值實(shí)時(shí)控制背光大小。外界環(huán)境光越亮，背光值也就越高。反之，外界環(huán)境光越暗，背光值也就越低。

但是在實(shí)際應(yīng)用過程中，上述兩種動態(tài)背光方法，由于控制背光調(diào)節(jié)的速度不適宜，經(jīng)常會出現(xiàn)圖像背光變化不自然，長時(shí)間觀看容易讓用戶產(chǎn)生視覺疲勞。并且，在動態(tài)背光功能起作用的情況下，用戶會感覺背光仍然偏高或者偏低。針對上述情況，經(jīng)過大量的模擬實(shí)驗(yàn)，以及不同人員反饋結(jié)果，本文選取了大多數(shù)人認(rèn)可的動態(tài)背光調(diào)節(jié)速度，并將動態(tài)背光控制過程中，最大背光值開放出來讓用戶調(diào)節(jié)，用戶可以選擇適宜自己的最大背光值。

3 基于圖像場景以及環(huán)境光的動態(tài)背光方法

3.1 基于圖像場景的動態(tài)背光方法

此種方法是通過計(jì)算APL（Average Picture Level，圖像的平均亮度），來動態(tài)控制PWM占空比，進(jìn)而控制背光亮度。

圖像的平均亮度通過計(jì)算圖像中所有像素的平均亮度來獲得：

其中f為圖像的平均亮度，fi為每個(gè)像素的亮度，N為圖像的總像素。

此時(shí)，背光在OSD（on-screen display）上的顯示范圍為[0, 100],PWM占空比對應(yīng)[20%,MAX],MAX為用戶自行設(shè)定的最大背光占空比。此時(shí)步進(jìn)為0.05s,即占空比每步進(jìn)1%，時(shí)間為0.05s。實(shí)時(shí)檢測圖像場景的亮度，進(jìn)而實(shí)時(shí)動態(tài)控制背光。

基于圖像場景的動態(tài)背光方法流程圖如下：

圖1 基于圖像場景的動態(tài)背光方法流程圖

以最大背光MAX為100%占空比為例，實(shí)際測試結(jié)果如下：

圖2 圖像場景亮度與PWM占空比映射圖

3.2 基于外界環(huán)境光的動態(tài)背光方法

基于外界環(huán)境觀的亮度來動態(tài)控制背光，是通過增加傳感器感知外界環(huán)境光，轉(zhuǎn)化成電壓，進(jìn)而根據(jù)電壓大小來動態(tài)控制背光。

如圖3，PIN7為感光片位置，通過0歐的電阻，直接串聯(lián)到MSD3463GU芯片PIN106上，讀取該腳的電壓，最小為0V，最大為3.3V，對應(yīng)PWM的占空比分別為20%和100%。在外界環(huán)境光變化的情況下，MSD3463GU芯片PIN106會檢測到不同的電壓值，對應(yīng)數(shù)據(jù)范圍為[0,255],從而線性映射在PWM占空比范圍[20%,100%],進(jìn)而動態(tài)控制背光亮度。

在基于外界環(huán)境光動態(tài)背光方法的過程中，由于正常情況下，環(huán)境光不會有非常劇烈的變化，步進(jìn)一般會比基于圖像的要小，這里設(shè)置PWM步進(jìn)1%，時(shí)間為0.2s。此時(shí)背光的最大亮度，也可以由用戶自行設(shè)定。

圖3 感光片與芯片硬件連接圖

3.3 基于圖像場景與外界環(huán)境光共同作用的動態(tài)背光方法

如上3.1,3.2所述基于圖像場景以及環(huán)境光的兩種動態(tài)背光方法，兩種動態(tài)背光方法都會設(shè)置開關(guān)，可以獨(dú)立使用，也可以聯(lián)合使用。當(dāng)兩種動態(tài)背光方法共同起作用時(shí)，計(jì)算出來的實(shí)時(shí)背光值如下：

其中，f1為基于圖像場景的動態(tài)背光方法得到的背光占空比，范圍取值[20%,MAX]；f2為基于外界環(huán)境光方法得到的背光占空比，范圍取值[50%,MAX]。

4 總結(jié)

本文介紹了基于圖像場景動態(tài)背光方法以及基于外界環(huán)境光的動態(tài)背光方法，經(jīng)過多次的模擬實(shí)驗(yàn)，選取了適用于絕大多數(shù)用戶的動態(tài)背光調(diào)節(jié)速度，同時(shí)，將最大背光的占空比開放給用戶自行設(shè)置，此類設(shè)計(jì)方法在MSD3463GU芯片上得以應(yīng)用，解決了用戶在實(shí)際過程中，動態(tài)背光不自然，以及動態(tài)背光亮度偏高或者偏低的問題?？蛻魧Υ祟愒O(shè)計(jì)方法效果反饋非常好。

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Dynamic Backlight Control Method of LED Television Based on Picture Level and Ambient Light

Sun Bangyu
（Skyworth Group R&DAcademy,Shenzhen 518108,Guangdong）

LED television can not give out light,but only display picture by backlight.Dynamic backlight method can save energy and protect our eyes to some extent.This paper designs a dynamic backlight control method of LED television based on picture level and ambient light,and applies this method to MSD3463 chip-set.From the information of our customers,the result is good.

dynamic backlight;picture level;ambient light;television;save energy

TN873.93

A

1008-6609(2016)07-0087-03

孫邦禹，男，湖北荊州人，碩士，工程師，研究方向：軟件開發(fā)。