基于S3C2440的LED背光源節(jié)電系統(tǒng)設計方案

　　引言

　　節(jié)能環(huán)保技術是當前世界所關注的焦點，在液晶顯示模組中，背光源的功耗最高可占總功耗的50%以上。尤其在10in 以下顯示產品如手機、PDA、MP3 等便攜式設備中，基本采用電池供電，功耗問題尤為突出。為有效降低液晶顯示器背光源的亮度，以達到節(jié)電目的，本文在ARM開發(fā)平臺上實現(xiàn)了一種基于直方圖變換的背光源調光方法，實驗證明，本文提出的方法在失真度為5%的情況下可實現(xiàn)背光節(jié)電約35%.

　　1 背光源調光方案

　　以TFT 液晶面板結構為例，包括背光、偏光片、液晶陣列、彩色濾光片等部分，人眼所感知的顯示圖像為上述各部分的綜合效果。假設背光亮度歸一化后設為b(為[0,1]區(qū)間實數(shù))，0 對應于背光關閉情況，1 對應于背光發(fā)光亮度最大情況。若光源為LED,則b 的調節(jié)可包括電流脈寬調制、電流幅度調節(jié)等方法。

　　假設以圖像為8bit 灰度圖進行討論，f(x,y)表示圖像中某點(x,y)的灰度值，x、y 為該點坐標。則該點位置的液晶透過率可表示為：

　　t (x,y)=f(x,y)/255 (1)

　　該圖像點可被觀測到的亮度L(x,y)為背光源發(fā)光和液晶透過率的綜合效果，可表示為背光亮度b和液晶透過率t (x,y)的近似線性組合：

　　L(x,y) =b·t (x,y) =b·f(x,y)/255 (2)

　　根據(jù)視覺光效一致性的要求，必須尋找一種方法使像素灰度值在增大(以補償背光b 變小)的時候盡量不飽和。為達到這個目的，本文首先將圖像灰度值范圍先限制在一定區(qū)間，然后再對直方圖進行拉伸，以實現(xiàn)像素灰度值的增大。圖像直方圖由門 限fgl 和fgh 進行裁剪，使圖像中的某些點被鉗位于fgl 和fgh,該圖像的灰度區(qū)間限制于[fgl,fgh],背光源調光問題轉化為這幅直方圖經過裁剪的圖像應當如何進行調整，使得它的背光能盡量降低亮度。

　　顯然對固定的失真度，fgl 和fgh 可以有多種取值，這里取值方式應滿足公式(3)：

　　min (fgh- fgl ) (3)

　　這樣處理的目的是將圖像灰度區(qū)間限制在一個最小范圍內。

　　公式(3)實現(xiàn)后，下一步對直方圖進行線性搬移，使灰度整體向暗區(qū)域移動fgl.這樣圖像灰度區(qū)域由[0,255]區(qū)間內的原分布，被壓縮在[0,fgh- fgl]區(qū)間。

　　假設背光變暗，此時應對圖像進行灰度拉伸，以彌補背光導致的亮度損失。若采取線性拉伸方法，顯然拉伸的最大倍數(shù)為255/(fgh- fgl)，此時像素灰度不會飽和，則背光亮度可由1 降低為(fgh- fgl)/255.根據(jù)公式(2)，經過處理后的圖像在背光調節(jié)前后視覺效果不變。

　　2 硬件和軟件實現(xiàn)方案

　　本實驗采用mini2440 開發(fā)板進行驗證，mini2440是一款低價實用的ARM9 開發(fā)板，處理器為三星S3C2440(ARM920T,最高主頻可達532MHz)。液晶屏支持黑白、4 級灰度、16 級灰度、256 色、4,096 色STN 液晶顯示，尺寸從3.5~12.1in,屏幕分辨率可以達到1,024×768 像素，實驗采用了3.5in LED 背光TFT液晶屏。

　　實驗中根據(jù)圖像算法計算圖像的灰度值，通過對顯示圖像的直方圖進行裁剪，使之限定在一定范圍內，其后進行直方圖拉伸，再由計算公式(fgh- fgl)/255 計算出背光源的顯示亮度，并控制背光源脈寬調制輸出脈沖的占空比，實現(xiàn)背光源LED 的亮度調節(jié)。硬件框圖如圖1 所示。