浅谈一种MINI LED 背光电视画质优化方法
余明火 （深圳创维-RGB电子有限公司研发总部，广东 深圳 518108）
摘 要：本文对多区域控光普通LED背光电视和MINI LED背光电视的模组主要结构进行了简单的介绍，对多 区域控光MINI LED背光电视机在亮暗变化明显的运动画面出现的边缘暗影问题进行了论述，并重点分析了多 区域控光MINI LED背光电视特殊图像暗影问题解决的方法。
0 引言
多区域动态调光[1]为电视机画质提升的方式之一， 目前主要的是普通LED背光多区域动态调光，随着显示 技术及生产工艺的进步，更高精度的MINI LED也应用 在电视背光上[2]。MINI LED背光的出现使得电视画面 整体的效果明显改善，但由于其工艺精细，在传统LED 背光模组上使用的LENS没有跟上MINI LED小型化的步 伐，另外MINI LED由于其精细化控光，在理论上也不 需要LEDS。但由于没有LENS，MINI LED灯光路主要受灯自身光路影响。 当显示图像为亮暗明显的画面并且亮 目标向周边黑区域运动时，会出现运 动边缘有黑影的现象，从而影响电视 画质的品质，需要一种既能保证发挥 MINI LED背光优势，又能保证画面 品质的解决方法。
1 MINI LED背光下的暗影问题
如图1，为普通LED背光模组多区域动态调光结构原理图[3]，以玻璃膜片在正上方的模组结构，从上往 下，依次为膜片组件5、扩散板4、支撑柱3、光学透镜 2、灯板1；其中灯板上灯珠数量、间距等根据画质及 亮度要求定。灯板上灯点亮后，光经过透镜投射到扩 散板上，实现LED光能均匀发散，光到扩散板上形成明 暗均匀的光能分布；出现明暗变化比较明显的区域时， 采用现有背光与图像显示同步控制的方式满足了画质的 需求。
如图1，为MINI LED模组动态调光结构原理图，同 理以玻璃膜片在正上方的模组结构，从上往下，依次为膜片组件5、扩散板4、支撑柱3、灯板1；其中灯板上灯 珠数量、间距等根据画质及亮度要求定。在MINI LED 的精细度和灯数量大，光学透明无法设计在MINI LED 灯珠的上面。灯板上灯点亮后，投射到扩散板上，实现 每个LED灯相对均匀，但灯与灯的交界处，由于没有透 明对光路的改变，在相邻帧亮暗变化明显的区域，则会 出现明暗分布不均匀的情况，同样的光到扩散板上形成 明暗不均均；MINI LED技术的使用虽然实现了亮度和 对比度的提升，但对某些特定的画质产生不良影响。
如图3，为一种特殊画面的示意图，中间的 高亮白色圆圈沿着箭头运动，显示屏的刷新率为 60HZ，当白色圆圈在运动的过程中，在白色向黑色 区域运动的边界出现暗影。
2 MINI LED背光电视系统
针对MINI LED模组某些画面边界暗影，亮暗不均 匀的问题，需要有画质优化。如图3，为MINI LED背 光电视系统的主要框图[4]，主要由供电系统，音视频 信号输入端口，图像核心分析模块，存储器，SPI通信 接口，图像显示处理模块，背光控制单元电路，MINI LED驱动电路，显示屏等组成。其中显示屏包括用MINI LED灯组组装成的模组，以及匹配的T-CON板。
系统中，音视频信号输入端口主要提供系统的音视 频输入的接口，图像核心分析模块对图像进行分析，获 取各帧图像的各像素区域的亮度信息，颜色信息等对背 光，以及图像显示优化提供参考数据。并根据帧之间的 关系，使用算法对上下帧图像显示效果过渡进行优化， 如对背光控制时，则将各像素区域的亮度信息灰度值按 照算法通过SPI接口通信的方式将数据传输给背光控制 单元电路；如对图像显示进行优化提升时，将亮度， 色度等值传输给图像显示处理模 块，图像显示处理模块对图像进 行提升后传输给T-CON板，从而 处理为驱动屏图像显示的信号， 最终画面显示在屏幕上。
MINI LED模组某些画面边界 的亮暗不均匀的问题主要思路如 下[5]：图像核心分析模块对图像进行分析，如动态画面中，两帧图像显示有出现类似亮暗 变化明显的场景时，则先侦测图像出现位置，然后根据 位置，以及两者亮暗变化的的程度，在图像显示刷新率 不变的情况下，提高背光控制的刷新率为图像显示的2 倍，同时在下帧图像进行预点亮，由于人眼感官变化频 率的限制，人眼无法感知此种变化，从而使得图像过渡 更均匀。
例如：显示屏的刷新率为60 Hz,则背光控制MINI LED灯珠的频率至少120 Hz，比如在8进制下，能表示 的亮度灰度最大为256。本发明中，同一区域两帧之间 变化值大于L时，则认为亮暗变化明显，如L=200，为方便理解，结合图四，如当前图像为黑场中有个运动 的亮场区域，白色区域为1、2、3、4，刚好，占4个 MINI LED背光控制区域，白色区域下帧将会运动到3、 4、5、6区域，占3、4、5、6四个MINI LED背光控制 区域，根据上面描述，假设周边黑色区域Lmin=0，亮 场区域灰度值为Lmax=250，则Lmax-Lmin=250>L。 在现有情况下，由于灯珠无透明对光路的改变，3和 5、4和6之间会出现边缘暗影。本发明情况下，先根 据MINI LED灯珠所控区域的数量，将每个控光区域 以及像素建立起对应关系，按照正面显示方向看，横 纵坐标表示（M,N），假设1080P的电视，分辨率为 1 920×1 080，能达到像素控光级别，则左上角坐标为 （1,1），依次为（1,2），（1,3）.....（2,1）,（2,2）, （2,3）......,(1920,1080)。
在两帧区域灰度差阈值大于200的情况下，显示1， 2，3，4两场区域图像时，背光控制1，2，3，4区域最 亮，在即将显示亮场移动到3,4,5,6区域时，快速的先将 5,6暗场区域按照（Lmax+Lmin）/2的灰度值进行预点 亮，当需显示3,4,5,6区域时，再按照正常值进行点亮 MINI LED灯珠。
以上为其中的一种算法，基于上述内容也可以使用 另一种方式：当TCON显示图示中，1、2、3、4两场区 域图像时，背光控制1、2、3、4区域最亮，在即将显示 亮场移动到3、4、5、6区域时，快速的先将3、4区域背 光关闭，然后再打开3、4区域，同时关闭1、2。由于是 快速对过渡区域进行插黑，使得最终人眼感知到运动过 渡均匀的亮暗运动画面，明显提升效果。
3 小结
当模组为MINI LED背光灯珠时，由于受光路的影 响，存在特定画面的画面暗影问题，针对此问题可根据
运动画面中，运动轨迹所经过路线，出现前后帧明暗变 化明显时，对边缘区域下一暗场以更高的刷新率进行预 点亮，或将亮画面边缘插黑，以解决MINI LED背光模 组电视由于运动画面的图像过去暗影问题，提升了画面 显示的效果。
参考文献：
[1] 纪声楠. 液晶电视动态调光算法及技术应用探讨[J]. 电子测试, 2018(4).
[2] 吴诗聪. Mini-LED:助力下一轮LCD技术发展[J], 光电子技术, 2018,38(03):3-6.
[3] 韩鹏飞. 中小尺寸OLED显示及模组驱动技术研究[D].青岛： 中国海洋大学,2015.
[4] 王芳芳.数字电视技术运行原理及应用探究[J].卫星电视与宽带 多媒体,2019(02):32-35.
[5] 洪文生,余明火. 一种MINI LED 背光电视画面调节方法和装置:中国,201910719839.3[P].2019-8-6.
本文来源于科技期刊《电子产品世界》2020年第03期第59页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。
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