背光控制方法、装置及显示设备与流程

1.本发明涉及显示控制技术领域，具体涉及一种背光控制方法、装置及显示设备。


背景技术：

2.液晶显示设备属于非自主发光显示器件，其经由背光源向显示面板提供光源，并通过显示面板中的液晶粒子翻转角度进而实现画面显示。
3.现有技术中的液晶显示设备中的背光源的亮度是恒定不变的。当输入图像的灰阶值为零时，显示面板即使处于全关状态下仍会存在一定的透光率，进而会发生液晶漏光(light leakage)现象”，这会造成显示画面的暗部内容的亮度升高，导致显示效果不佳且功耗较大。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种背光控制方法、装置及显示设备以降低功耗且提高显示效果。
5.根据本公开第一方面，提供了一种背光控制装置，包括：
6.区块亮度模块，基于初始图像数据计算得到背光源中每个背光区块的初始亮度值；
7.滤波模块，与所述区块亮度模块连接，将每个所述背光区块的初始亮度值进行空间滤波处理及时间滤波处理以得到每个所述背光区块的调节亮度值；
8.控制模块，与所述滤波模块连接，根据所述背光区块的调节亮度值生成亮度控制信号以控制背光源驱动电路调节所述背光源的亮度，
9.其中，所述滤波模块对每个所述背光区块的所述初始亮度值进行空间滤波处理后得到的所述背光区块的中间亮度值大于或者等于所述背光区块的初始亮度值。
10.可选地，所述滤波模块包括：
11.空间滤波单元，将所述背光区块周边的背光区块的初始亮度值进行高斯滤波处理以得到所述背光区块的滤波亮度值，并将所述背光区块的初始亮度值和所述滤波亮度值中更大的值作为所述背光区块的所述中间亮度值。
12.可选地，所述滤波模块还包括：
13.时间滤波单元，基于所述背光区块在当前帧中的所述中间亮度值、所述背光区块在上一帧中的所述调节亮度值、以及平滑度参数得到所述背光区块的所述调节亮度值，
14.其中，所述平滑度参数与第一阈值、第二阈值以及相邻帧图像中各所述背光区块的所述中间亮度值的平均绝对差异值相关。
15.可选地，还包括：
16.像素亮度模块，与所述滤波模块连接，基于每个所述背光区块的所述调节亮度值计算得到每个所述背光区块中像素的调节亮度值；
17.补偿模块，与所述像素亮度模块连接，根据所述初始图像数据、所述像素的调节亮
度值、以及像素的初始亮度值得到补偿图像数据，所述补偿图像数据与像素的调节亮度值相匹配。
18.可选地，所述像素亮度模块包括：
19.拍照单元，获取背光源的光扩散数据；
20.采样单元，对所述光扩散数据进行下采样；
21.存储单元，与所述采样单元连接并存储下采样数据；以及
22.第一计算单元，分别与所述存储单元和所述滤波模块连接，先将存储的所述下采样数据进行上采样，并将所述上采样数据与所述背光源的各背光区块的所述调节亮度值进行卷积计算以得到各所述背光区块中像素的调节亮度值。
23.可选地，所述区块亮度模块包括：
24.块区域分析单元，将所述初始图像划分为多个与背光源的背光区块相对应的不重叠的块区域；
25.第二计算单元，计算每个块区域中各像素的灰阶值，并标记每个块区域中的最大灰阶值以及计算得到每个块区域中的平均灰阶值，其中各像素的灰阶值为自身子像素中最大的灰阶值；
26.第三计算单元，基于每个所述块区域的最大灰阶值、每个所述块区域的平均灰阶值以及平衡参数得到每个所述块区域的灰阶值，并基于每个所述块区域的灰阶值得到与每个所述块区域相对应的所述背光区块的初始亮度值。
27.根据本公开第二方面，提供了一种背光控制方法，包括：
28.基于初始图像数据计算得到背光源中每个背光区块的初始亮度值；
29.将每个所述背光区块的初始亮度值进行空间滤波处理及时间滤波处理以得到每个所述背光区块的调节亮度值；
30.根据所述背光区块的调节亮度值生成亮度控制信号以调节所述背光源的亮度，
31.其中，对每个所述背光区块的所述初始亮度值进行空间滤波处理后得到的所述背光区块的中间亮度值大于或者等于所述背光区块的初始亮度值。
32.可选地，将每个所述背光区块的初始亮度值进行空间滤波处理的步骤包括：
33.将所述背光区块周边的背光区块的初始亮度值进行高斯滤波处理以得到所述背光区块的滤波亮度值；
34.将所述背光区块的初始亮度值和所述滤波亮度值中更大的值作为所述背光区块的所述中间亮度值。
35.可选地，将每个所述背光区块的初始亮度值进行时间滤波处理的步骤包括：
36.基于所述背光区块在当前帧中的所述中间亮度值、所述背光区块在上一帧中的所述调节亮度值、以及平滑度参数得到所述背光区块的所述调节亮度值，
37.其中，所述平滑度参数与第一阈值、第二阈值以及相邻帧图像中各背光区块的中间亮度值的平均绝对差异值相关。
38.可选地，还包括：
39.基于每个所述背光区块的所述调节亮度值计算得到每个所述背光区块中像素的调节亮度值；
40.根据所述初始图像数据、所述像素的调节亮度值、以及像素的初始亮度值得到补
偿图像数据，所述补偿图像数据与像素的调节亮度值相匹配。
41.可选地，基于每个所述背光区块的所述调节亮度值计算得到每个所述背光区块中像素的调节亮度值的步骤包括：
42.获取背光源的光扩散数据；
43.对所述光扩散数据进行下采样；；
44.存储下采样数据；以及
45.将存储的所述下采样数据进行上采样，并将所述上采样数据与所述背光源的各背光区块的所述调节亮度值进行卷积计算以得到各所述背光区块中像素的调节亮度值。
46.根据本公开第三方面，提供了一种显示设备，包括：
47.显示面板；
48.背光源，向所述显示面板提供光源；
49.背光源驱动电路，驱动所述背光源，以及
50.如上所述的背光控制装置。
51.本发明提供的背光控制装置，根据输入的初始图像数据产生背光控制信号，并经由背光控制信号控制背光源驱动电路以降低背光源的亮度，提升了显示效果并且降低了功耗。并且本发明的背光控制方式中对背光区块的初始亮度值进行空间滤波处理后得到的背光区块的中间亮度值大于或者等于背光区块的初始亮度值，以在调节背光以降低功耗的基础上，可避免在空间滤波时因图像局部亮度不均匀造成的局部画面显示效果下降的现象发生。
52.应当说明的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
53.图1示出根据本发明第一实施例提供的背光控制装置的结构示意图；
54.图2示出根据本发明第二实施例提供的背光控制装置的结构示意图；
55.图3示出根据本发明提供的背光控制装置中像素亮度模块的结构示意图；
56.图4示出根据本发明提供的背光控制装置中区块亮度模块的结构示意图；
57.图5示出根据本发明提供的背光控制装置中滤波模块的空间滤波单元的波形示意图；
58.图6示出根据本发明提供的背光控制装置中像素灰阶补偿的原理性波形示意图；
59.图7示出根据本发明第三实施例提供的背光控制方法的流程示意图。
具体实施方式
60.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反的，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
61.液晶显示设备一般至少包括主控电路、显示驱动电路、背光源驱动电路、显示面板、背光源。其中，显示面板包括像素阵列、与像素阵列连接的数据线和扫描线。显示驱动电
路用于驱动数据线和扫描线以向像素写入初始图像数据。背光源用于向像素提供光源，背光源驱动电路用于驱动背光源以提供光源。其中，背光源例如可以集成在显示面板中。
62.本发明设置背光控制装置进而采用背光控制技术根据输入的初始图像数据产生背光控制信号，并经由背光控制信号控制背光源驱动电路以降低背光源的亮度，提升了显示效果并且降低了功耗。进一步地，本发明设置的背光控制装置还根据调节后的背光源的亮度来补偿初始图像数据图像以得到与调节后的背光源的亮度相匹配的补偿图像数据，进而使得灰阶补偿后显示画面的亮度保持不变，进并使得对比度得到提高。
63.以下以控制直下式背光源的背光亮度为例进行说明。
64.图1示出根据本发明第一实施例提供的背光控制装置的结构示意图。参见图1，背光控制装置100包括区块亮度模块110、滤波模块120、以及控制模块140。区块亮度模块110基于初始图像数据data计算得到背光源中每个背光区块的初始亮度值bl(i，j)。滤波模块120与区块亮度模块110连接以接收每个背光区块的初始亮度值bl(i，j)。用于将每个背光区块的初始亮度值bl(i，j)进行空间滤波处理及时间滤波处理以得到每个背光区块的调节亮度值ltf(i，j)。控制模块140与滤波模块120连接，用于根据每个背光区块的调节亮度值ltf(i，j)生成亮度控制信号ctrl以控制背光驱动电路，进而实现调节背光源的亮度。进一步地，滤波模块120对每个背光区块的初始亮度值bl(i，j)进行空间滤波处理后得到的背光区块的中间亮度值lsf(i，j)大于或者等于背光区块的初始亮度值bl(i，j)。在调节背光以降低功耗的基础上，可以避免在空间滤波时因图像局部亮度不均匀造成的局部画面显示效果下降的现象发生。其中，背光源中包括m*n个不重叠的背光区块。进一步地，例如将背光源均匀划分为m*n个背光区块。其中，0≤i《m，0≤j《n。
65.进一步地，滤波模块120包括空间滤波单元121和时间滤波单元122。空间滤波单元121用于将背光区块周边的背光区块的初始亮度值bl(i，j)分别进行高斯滤波处理以得到背光区块的滤波亮度值，以及将背光区块的初始亮度值bl(i，j)和滤波亮度值中更大的值作为背光区块的中间亮度值lsf(i，j)。更近一步地，空间滤波单元121例如选自非线性低通滤波器，其经由该非线性低通滤波器处理得到的背光区块的中间亮度值其中，为背光区块的滤波背光值，sf(.)是f*f的高斯滤波器。具体地，该背光区块的滤波亮度值指该背光区块周边的背光区块分别进行高斯滤波处理之后的和值。本实施例中设置f＝7，该背光区块周边的背光区块包含了以该背光区块为中心的7*7的背光区块群。需要说明，当位于边缘区域的背光区块无法获得以该背光区块为中心的7*7的背光区块群时，该背光区块群中缺失的背光区块由与之呈镜像位置关系的其他背光区块替代。该背光区块的中间亮度值lsf(i，j)选自自身的初始亮度值bl(i，j)和自身的滤波亮度值中更大的一个。其中图5示出根据本发明提供的背光控制装置中滤波模块的空间滤波单元的波形示意图。参见图5，a为空间滤波前部分背光区块的初始亮度值的分布情况，该局部画面中在周围背光为0的区域存在一明亮的背光区块。b为空间滤波后上述部分背光区块的中间亮度值的分布情况，相较之前并未降低任一背光区块的亮度值，且通过本技术的空间滤波处理可以减少不均匀的伪影现象(halo)。
66.进一步地，时间滤波单元122基于背光区块在当前帧中的中间亮度值lsf(i，j)、背
光区块在上一帧中的调节亮度值、以及平滑度参数r得到背光区块的调节亮度值ltf(i，j)。其中，平滑度参数r与第一阈值th1、第二阈值th2以及相邻帧图像中各背光区块的中间亮度值的平均绝对差异值msd相关。更近一步地，时间滤波单元122例如选自基于场景自适应的iir滤波器，其经由该iir滤波器处理得到的背光区块的调节亮度值ltf
(k)
(i,j)＝r
·
lsf
(k)
(i,j) (1-r)
·
ltf
(k-1)
(i,j)。其中，ltf
(k)
(i,j)表示背光区块在当前帧的中间亮度值，ltf
(k-1)
(i,j)表示背光区块在上一帧中的调节亮度值。平滑度参数r越小其iir滤波器越平滑，闪烁伪影越不容易被察觉。但是，平滑度参数r太小会导致图像信号变化时背光源的背光亮度变化滞后，尤其在场景突然变化的情况下背光源的背光亮度变化滞后更严重。进一步地，在本实施例中，r＝clip(r
·
msd,th1,th2),r《1,第一阈值th1《1,第二阈值th2《1。相邻帧图像中各背光区块的中间亮度值的平均绝对差异值其中，lsf
(k-1)
(i,j)表示背光区块在上一帧中的中间亮度值。rmsd表示平滑度参数r与相邻帧图像中各背光区块的中间亮度值的平均绝对差异值msd是线性关系，且将相邻帧图像中各背光区块的中间亮度值的平均绝对差异值msd映射到平滑度参数r的范围[0,1]中。通过本技术的时间滤波处理可以在场景发生显著变化时，控制背光源的背光亮度迅速变化，反之，控制背光源的背光亮度平滑渐变，避免背光闪烁伪影。
[0067]
图2示出根据本发明第二实施例提供的背光控制装置的结构示意图。
[0068]
参见图2，背光控制装置200在背光控制装置100的基础上增设了像素亮度模块130、以及补偿模块250。因此背光控制装置200中与背光控制装置100相同的模块的相关内容在此不再赘述。
[0069]
像素亮度模块130与滤波模块120连接，基于每个背光区块的调节亮度值ltf(i，j)计算得到每个背光区块中像素的调节亮度值blpixel。
[0070]
补偿模块250与像素亮度模块130连接，用于根据初始图像数据data、像素的调节亮度值blpixel、以及像素的初始亮度值blpixel得到补偿图像数据data，其中补偿图像数据data与像素的调节亮度值blpixel相匹配，其中，像素的初始亮度值blpixel例如为背光亮度最大值。
[0071]
进一步地，图3示出根据本发明提供的背光控制装置中像素亮度模块的结构示意图。参见图3，像素亮度模块130包括拍照单元134、采样单元131、存储单元132、以及第一计算单元133。拍照单元134获取背光源的光扩散数据。采样单元131与拍照单元134连接，用于对背光源的光扩散数据进行下采样。存储单元132与采样单元131连接以并存储下采样数据。第一计算单元133分别与存储单元132和滤波模块120连接，将存储的下采样数据进行上采样，并将上采样数据与背光源的各背光区块的调节亮度值ltf(i，j)进行卷积计算以得到各背光区块中像素的调节亮度值blpixel。需要说明的是，在得到背光区块的调节亮度值ltf(i，j)后，就得到了理想的背光调光状态图。但由于背光源发出的光到显示面板会产生光扩散，因此需要模拟理想光状态图中背光源中各背光区块在液晶显示面板上产生的真实背光分布，进而确定每个像素的调节亮度值blpixel。由于单个背光区块产生的光扩散函数与显示面板的分辨率相同，那么单个背光区块产生的光扩散函数与对应背光区块的调节亮度值ltf(i，j)相乘就需要执行与显示面板中像素数相等的乘法，然后再将与背光区块数目
相等的高分辨率图像进行叠加。上述计算方式对像素亮度模块的运算复杂度和存储器要求都是很高的。本技术提供的像素亮度模块130在此基础上进行了改进。进一步地，分析单个背光区块产生的真实背光分布，其光扩散数据只是分布在有限的区域内。因此本实施例选取单个背光区块邻域u*v大小(以背光区块大小为单位)的区域z1，区域z1的像素分辨率大小为u*zonenumw*v*zonenumh，其中zonenumw*zonenumh为背光区块的分辨率。进而通过采样单元131对区域z1进行下采样得到区域z2，并将区域z2的光扩散数据存储至存储单元132中。然后第三计算单元133在实时计算显示面板每个像素的调节亮度值blpixel时，先对区域z2进行上采样得到区域z3。再根据区域z3的光扩散数据来计算每个像素的调节亮度值blpixel。采用上述方式可以使得运算的复杂度和存储器大小均降低到了可实现的程度，且所得到的每个像素的调节亮度值blpixel是比较精确的。
[0072]
进一步地，在经由像素亮度模块130得到显示面板上各个像素的调节亮度值blpixel后，为了保持每个像素在局部调光动态背光处理前后的显示亮度不变，还通过补偿模块250对各个像素进行灰阶补偿处理。具体地，图6示出根据本发明提供的背光控制装置中像素灰阶补偿的原理性波形示意图。参见图6，假设背光源亮度的调节背光降低到全开背光时的60％，为了使背光源降低后像素的显示亮度不变，初始图像数据中的像素灰阶需要由初始图像数据的灰阶值gl补偿到补偿图像数据的灰阶值gl
′
。其中，本实施例中以图像以8bits为例进行说明，由局部调光动态背光处理前后像素显示亮度不变，可以建立如下定量关系：进而得到补偿灰阶的补偿系数即gl
′
＝gl
·
ζ，其中补偿模块中采用线性补偿方式得到补偿图像数据data。对于rgb图像，灰阶补偿时将像素rgb三分量的灰阶值同时乘以补偿系数ζ即可，这是由于rgb三分量乘以一个系数ζ后，色度、饱和度保持不变，只有明度(亮度)改变了ζ倍。
[0073]
图4示出根据本发明提供的背光控制装置中区块亮度模块的结构示意图。
[0074]
参见图4，示出了第一实施例和/或第二实施例中的区块亮度模式的一种实施方式。区块亮度模块110包括块区域分析单元111、第二计算单元112、以及第三计算单元113。块区域分析单元111将初始图像数据data划分为多个与背光源的背光区块相对应的不重叠的块区域。第二计算单元112用于计算每个块区域中各像素的灰阶值，并标记每个块区域中的最大灰阶值gl
max
(i，j)以及计算得到每个块区域中的平均灰阶值gl
avg
(i，j)，其中各像素的灰阶值例如为自身子像素中最大的灰阶值。第三计算单元113基于每个块区域的最大灰阶值gl
max
(i，j)、每个块区域的平均灰阶值gl
avg
(i，j)以及平衡参数k得到每个块区域的灰阶值gl(i，j)，并基于每个块区域的灰阶值gl(i，j)得到与每个块区域相对应的背光区块的初始亮度值bl(i，j)。更近一步地，块区域分析单元111划分得到的多个块区域例如为均匀划分得到。第三计算模块113得到的每个块区域的灰阶值gl(i，j)＝k
·
gl
max
(i，j) (1-k)
·
gl
avg
(i，j)。其中，平衡参数k是0到1之间的值，平衡参数k一般接近1，以防止高光像素在灰阶补偿后存在过多溢出的现象。在本实施例中平衡参数k例如为0.9。在其他实施例中，第二计算模块112例如将自身子像素的平均灰阶值作为各像素的灰阶值。
[0075]
图7示出根据本发明第三实施例提供的背光控制方法的流程示意图。
[0076]
参见图7，背光控制方法包括以下步骤：
[0077]
步骤s110：基于初始图像数据计算得到背光源中每个背光区块的初始亮度值。进一步地，包括：将初始图像划分为多个与背光源的背光区块相对应的不重叠的块区域；计算每个块区域中各像素的灰阶值，并标记每个块区域中的最大灰阶值以及计算得到每个块区域中的平均灰阶值，其中各像素的灰阶值为自身子像素中最大的灰阶值；以及基于每个所述块区域的最大灰阶值、每个所述块区域的平均灰阶值以及平衡参数得到每个所述块区域的灰阶值，并基于每个所述块区域的灰阶值得到与每个所述块区域相对应的所述背光区块的初始亮度值
[0078]
步骤s120：将每个背光区块的初始亮度值进行空间滤波处理及时间滤波处理以得到每个背光区块的调节亮度值。其中，对每个所述背光区块的所述初始亮度值进行空间滤波处理后得到的所述背光区块的中间亮度值大于或者等于所述背光区块的初始亮度值。进一步地，将每个所述背光区块的初始亮度值进行空间滤波处理的步骤包括：将所述背光区块周边的背光区块的初始亮度值进行高斯滤波处理以得到所述背光区块的滤波亮度值；以及将所述背光区块的初始亮度值和所述滤波亮度值中更大的值作为所述背光区块的所述中间亮度值。将每个所述背光区块的初始亮度值进行时间滤波处理的步骤包括：基于所述背光区块在当前帧中的所述中间亮度值、所述背光区块在上一帧中的所述调节亮度值、以及平滑度参数得到所述背光区块的所述调节亮度值，其中，所述平滑度参数与第一阈值、第二阈值以及相邻帧图像中各背光区块的中间亮度值的平均绝对差异值相关。
[0079]
步骤s130：根据每个背光区块的调节亮度值生成亮度控制信号以调节背光源的亮度。
[0080]
更进一步地，例如还包括：
[0081]
步骤s140：基于每个背光区块的所述调节亮度值计算得到每个背光区块中像素的调节亮度值。进一步地，包括：获取背光源的光扩散数据；对光扩散数据进行下采样；存储下采样数据；以及将存储的所述下采样数据进行上采样，并将所述上采样数据与所述背光源的各背光区块的所述调节亮度值进行卷积计算以得到各所述背光区块中像素的调节亮度值。
[0082]
步骤s150：根据初始图像数据、像素的调节亮度值、以及像素的初始亮度值得到补偿图像数据。其中，所述补偿图像数据与像素的调节亮度值相匹配。
[0083]
本发明还提供一种显示设备，至少包括显示面板、向显示面板提供光源的背光源、用于驱动背光源的背光源驱动电路、以及背光控制装置。其中背光控制装置的具体实施可以参照上述说明，此处不再赘述。其中，该显示设备的显示面板为液晶模组，背光源例如为直下式模组。进一步地，背光源例如集成在显示面板中。
[0084]
需要说明的是，本文中的数值均仅用于示例性的说明，在本发明的其它实施例中，也可以采样其它的数值来实现本方案，具体应根据实际情况进行合理设置，本发明对此不作限定。
[0085]
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
[0086]
还应理解，本文采用的术语和表述方式只是用于描述，本说明书的一个或多个实施例并不应局限于这些术语和表述。使用这些术语和表述并不意味着排除任何示意和描述(或其中部分)的等效特征，应认识到可能存在的各种修改也应包含在权利要求范围内。其他修改、变化和替换也可能存在。相应的，权利要求应视为覆盖所有这些等效物。