基于圖像場景和環境光的動態背光方法在液晶電視機上的應用

孫邦禹

（創維集團研究院，廣東 深圳 518108）

基于圖像場景和環境光的動態背光方法在液晶電視機上的應用

孫邦禹

（創維集團研究院，廣東 深圳 518108）

液晶電視本身并不能發光，需要依靠背光源才能顯示畫面。動態背光技術可以在一定程度上節約能耗以及保護視覺。本文設計了一種利用圖像場景以及環境光來動態控制背光亮度的方法，并在MSD3463芯片上應用，取得良好效果。

動態背光；圖像場景；環境光；電視；節能

1 引言

電視的發展經歷了從傳統的CRT電視到現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。動態背光技術可以動態調節背光亮度，讓液晶電視的功耗降低20%～40%。這樣，可以滿足節能的要求。

另外，由于背光全開，長時間觀看電視，容易讓眼睛產生疲勞，采用動態背光技術，可以在一定程度上起到保護視覺的作用。

2 動態背光方法介紹

基于圖像場景的動態背光方法，一般分為全局的動態背光控制、一維分區的動態背光控制、二維分區的動態背光控制等，其方法是通過計算圖像的實時亮度，進而動態控制背光大小。

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

但是在實際應用過程中，上述兩種動態背光方法，由于控制背光調節的速度不適宜，經常會出現圖像背光變化不自然，長時間觀看容易讓用戶產生視覺疲勞。并且，在動態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，經過大量的模擬實驗，以及不同人員反饋結果，本文選取了大多數人認可的動態背光調節速度，并將動態背光控制過程中，最大背光值開放出來讓用戶調節，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境光的動態背光方法

3.1 基于圖像場景的動態背光方法

此種方法是通過計算APL（Average Picture Level，圖像的平均亮度），來動態控制PWM占空比，進而控制背光亮度。

圖像的平均亮度通過計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為每個像素的亮度，N為圖像的總像素。

此時，背光在OSD（on-screen display）上的顯示范圍為[0, 100],PWM占空比對應[20%,MAX],MAX為用戶自行設定的最大背光占空比。此時步進為0.05s,即占空比每步進1%，時間為0.05s。實時檢測圖像場景的亮度，進而實時動態控制背光。

基于圖像場景的動態背光方法流程圖如下：

圖1 基于圖像場景的動態背光方法流程圖

以最大背光MAX為100%占空比為例，實際測試結果如下：

圖2 圖像場景亮度與PWM占空比映射圖

3.2 基于外界環境光的動態背光方法

基于外界環境觀的亮度來動態控制背光，是通過增加傳感器感知外界環境光，轉化成電壓，進而根據電壓大小來動態控制背光。

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

在基于外界環境光動態背光方法的過程中，由于正常情況下，環境光不會有非常劇烈的變化，步進一般會比基于圖像的要小，這里設置PWM步進1%，時間為0.2s。此時背光的最大亮度，也可以由用戶自行設定。

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境光共同作用的動態背光方法

如上3.1,3.2所述基于圖像場景以及環境光的兩種動態背光方法，兩種動態背光方法都會設置開關，可以獨立使用，也可以聯合使用。當兩種動態背光方法共同起作用時，計算出來的實時背光值如下：

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

4 總結

本文介紹了基于圖像場景動態背光方法以及基于外界環境光的動態背光方法，經過多次的模擬實驗，選取了適用于絕大多數用戶的動態背光調節速度，同時，將最大背光的占空比開放給用戶自行設置，此類設計方法在MSD3463GU芯片上得以應用，解決了用戶在實際過程中，動態背光不自然，以及動態背光亮度偏高或者偏低的問題。客戶對此類設計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。