餘明火 （深圳創維-RGB電子有限公司研發總部，廣東 深圳 518108）
摘 要：本文對多區域控光普通LED背光電視和MINI LED背光電視的模組主要結構進行了簡單的介紹，對多 區域控光MINI LED背光電視機在亮暗變化明顯的運動畫面出現的邊緣暗影問題進行了論述，並重點分析了多 區域控光MINI LED背光電視特殊圖像暗影問題解決的方法。
關鍵詞：MINI LED；暗影；多區域背光控制
0 引言
多區域動態調光[1]為電視機畫質提升的方式之一， 目前主要的是普通LED背光多區域動態調光，隨著顯示 技術及生產工藝的進步，更高精度的MINI LED也應用 在電視背光上[2]。MINI LED背光的出現使得電視畫面 整體的效果明顯改善，但由於其工藝精細，在傳統LED 背光模組上使用的LENS沒有跟上MINI LED小型化的步 伐，另外MINI LED由於其精細化控光，在理論上也不 需要LEDS。但由於沒有LENS，MINI LED燈光路主要受燈自身光路影響。 當顯示圖像為亮暗明顯的畫面並且亮 目標向周邊黑區域運動時，會出現運 動邊緣有黑影的現象，從而影響電視 畫質的品質，需要一種既能保證發揮 MINI LED背光優勢，又能保證畫面 品質的解決方法。
1 MINI LED背光下的暗影問題
如圖1，為普通LED背光模組多區域動態調光結構原理圖[3]，以玻璃膜片在正上方的模組結構，從上往 下，依次為膜片組件5、擴散板4、支撐柱3、光學透鏡 2、燈板1；其中燈板上燈珠數量、間距等根據畫質及 亮度要求定。燈板上燈點亮後，光經過透鏡投射到擴 散板上，實現LED光能均勻發散，光到擴散板上形成明 暗均勻的光能分布；出現明暗變化比較明顯的區域時， 採用現有背光與圖像顯示同步控制的方式滿足了畫質的 需求。
如圖1，為MINI LED模組動態調光結構原理圖，同 理以玻璃膜片在正上方的模組結構，從上往下，依次為膜片組件5、擴散板4、支撐柱3、燈板1；其中燈板上燈 珠數量、間距等根據畫質及亮度要求定。在MINI LED 的精細度和燈數量大，光學透明無法設計在MINI LED 燈珠的上面。燈板上燈點亮後，投射到擴散板上，實現 每個LED燈相對均勻，但燈與燈的交界處，由於沒有透 明對光路的改變，在相鄰幀亮暗變化明顯的區域，則會 出現明暗分布不均勻的情況，同樣的光到擴散板上形成 明暗不均均；MINI LED技術的使用雖然實現了亮度和 對比度的提升，但對某些特定的畫質產生不良影響。
如圖3，為一種特殊畫面的示意圖，中間的 高亮白色圓圈沿著箭頭運動，顯示屏的刷新率為 60HZ，當白色圓圈在運動的過程中，在白色向黑色 區域運動的邊界出現暗影。
2 MINI LED背光電視系統
針對MINI LED模組某些畫面邊界暗影，亮暗不均 勻的問題，需要有畫質優化。如圖3，為MINI LED背 光電視系統的主要框圖[4]，主要由供電系統，音視頻 信號輸入埠，圖像核心分析模塊，存儲器，SPI通信 接口，圖像顯示處理模塊，背光控制單元電路，MINI LED驅動電路，顯示屏等組成。其中顯示屏包括用MINI LED燈組組裝成的模組，以及匹配的T-CON板。
系統中，音視頻信號輸入埠主要提供系統的音視 頻輸入的接口，圖像核心分析模塊對圖像進行分析，獲 取各幀圖像的各像素區域的亮度信息，顏色信息等對背 光，以及圖像顯示優化提供參考數據。並根據幀之間的 關係，使用算法對上下幀圖像顯示效果過渡進行優化， 如對背光控制時，則將各像素區域的亮度信息灰度值按 照算法通過SPI接口通信的方式將數據傳輸給背光控制 單元電路；如對圖像顯示進行優化提升時，將亮度， 色度等值傳輸給圖像顯示處理模 塊，圖像顯示處理模塊對圖像進 行提升後傳輸給T-CON板，從而 處理為驅動屏圖像顯示的信號， 最終畫面顯示在屏幕上。
MINI LED模組某些畫面邊界 的亮暗不均勻的問題主要思路如 下[5]：圖像核心分析模塊對圖像進行分析，如動態畫面中，兩幀圖像顯示有出現類似亮暗 變化明顯的場景時，則先偵測圖像出現位置，然後根據 位置，以及兩者亮暗變化的的程度，在圖像顯示刷新率 不變的情況下，提高背光控制的刷新率為圖像顯示的2 倍，同時在下幀圖像進行預點亮，由於人眼感官變化頻 率的限制，人眼無法感知此種變化，從而使得圖像過渡 更均勻。
例如：顯示屏的刷新率為60 Hz,則背光控制MINI LED燈珠的頻率至少120 Hz，比如在8進位下，能表示 的亮度灰度最大為256。本發明中，同一區域兩幀之間 變化值大於L時，則認為亮暗變化明顯，如L=200，為方便理解，結合圖四，如當前圖像為黑場中有個運動 的亮場區域，白色區域為1、2、3、4，剛好，佔4個 MINI LED背光控制區域，白色區域下幀將會運動到3、 4、5、6區域，佔3、4、5、6四個MINI LED背光控制 區域，根據上面描述，假設周邊黑色區域Lmin=0，亮 場區域灰度值為Lmax=250，則Lmax-Lmin=250>L。 在現有情況下，由於燈珠無透明對光路的改變，3和 5、4和6之間會出現邊緣暗影。本發明情況下，先根 據MINI LED燈珠所控區域的數量，將每個控光區域 以及像素建立起對應關係，按照正面顯示方向看，橫 縱坐標表示（M,N），假設1080P的電視，解析度為 1 920×1 080，能達到像素控光級別，則左上角坐標為 （1,1），依次為（1,2），（1,3）.....（2,1）,（2,2）, （2,3）......,(1920,1080)。
在兩幀區域灰度差閾值大於200的情況下，顯示1， 2，3，4兩場區域圖像時，背光控制1，2，3，4區域最 亮，在即將顯示亮場移動到3,4,5,6區域時，快速的先將 5,6暗場區域按照（Lmax+Lmin）/2的灰度值進行預點 亮，當需顯示3,4,5,6區域時，再按照正常值進行點亮 MINI LED燈珠。
以上為其中的一種算法，基於上述內容也可以使用 另一種方式：當TCON顯示圖示中，1、2、3、4兩場區 域圖像時，背光控制1、2、3、4區域最亮，在即將顯示 亮場移動到3、4、5、6區域時，快速的先將3、4區域背 光關閉，然後再打開3、4區域，同時關閉1、2。由於是 快速對過渡區域進行插黑，使得最終人眼感知到運動過 渡均勻的亮暗運動畫面，明顯提升效果。
3 小結
當模組為MINI LED背光燈珠時，由於受光路的影 響，存在特定畫面的畫面暗影問題，針對此問題可根據
運動畫面中，運動軌跡所經過路線，出現前後幀明暗變 化明顯時，對邊緣區域下一暗場以更高的刷新率進行預 點亮，或將亮畫面邊緣插黑，以解決MINI LED背光模 組電視由於運動畫面的圖像過去暗影問題，提升了畫面 顯示的效果。
參考文獻：
[1] 紀聲楠. 液晶電視動態調光算法及技術應用探討[J]. 電子測試, 2018(4).
[2] 吳詩聰. Mini-LED:助力下一輪LCD技術發展[J], 光電子技術, 2018,38(03):3-6.
[3] 韓鵬飛. 中小尺寸OLED顯示及模組驅動技術研究[D].青島： 中國海洋大學,2015.
[4] 王芳芳.數位電視技術運行原理及應用探究[J].衛星電視與寬帶 多媒體,2019(02):32-35.
[5] 洪文生,餘明火. 一種MINI LED 背光電視畫面調節方法和裝置:中國,201910719839.3[P].2019-8-6.
本文來源於科技期刊《電子產品世界》2020年第03期第59頁，歡迎您寫論文時引用，並註明出處。