节能LPD激光投影电视系统及其控制方法.pdf

本发明公开了节能LPD激光投影电视系统及其控制方法，由电视主板接收各种视频信号，将各种视频信号转换成统一格式的视频信号输出给FPGA控制模块，FPGA控制模块检测每一帧图像数据中各像素点的亮度峰值，并基于峰值对亮度数据进行预加处理，提高DLP电路板的光输出，经投影镜头投射图像至投影屏幕上；同时根据预加处理的增量控制半导体激光器驱动模块降低LPD半导体激光器模组的输出功率，使DLP电路板输出的视频光中的各像素点保持原有的灰度值显示，实现了根据显示画面的亮度实时调节LPD半导体激光器模组的输出功率，从而节省电能。

权利要求书1.  一种节能LPD激光投影电视系统，其特征在于，包括：电视主板、FPGA控制模块、DLP电路板、投影镜头、半导体激光器驱动模块、LPD半导体激光器模组和投影屏幕；所述电视主板接收各种视频信号，将所述各种视频信号转换成统一格式的视频信号输出给FPGA控制模块，所述FPGA控制模块检测每一帧图像数据中各像素点的亮度峰值，并基于峰值对亮度数据进行预加处理，提高DLP电路板的光输出，经投影镜头投射图像至投影屏幕上；同时根据预加处理的增量控制半导体激光器驱动模块降低LPD半导体激光器模组的输出功率，使DLP电路板输出的视频光中的各像素点保持原有的灰度值显示。2.  根据权利要求1所述的节能LPD激光投影电视系统，其特征在于，所述FPGA控制模块包括：峰值检测单元，用于检测电视主板输出的视频图像中每一帧图像数据中各像素点的亮度峰值；预加重单元，用于对每个亮度数据增加一个增量，提高DLP电路板的光输出；功率控制单元，用于根据预加处理的增量降低半导体激光器驱动模块的输出功率，来降低LPD半导体激光器模组的光输出。3.  根据权利要求2所述的节能LPD激光投影电视系统，其特征在于，所述峰值检测单元，具体用于通过依次比较的方法对每一帧图像数据中各像素点的亮度进行排序，确定每一帧图像数据中像素点亮度值的前N个最大值，并取N个最大值的平均值作为这一帧图像数据的亮度值的峰值。4.  根据权利要求2或3所述的节能LPD激光投影电视系统，其特征在于，所述峰值检测单元检测各像素点的亮度峰值时，通过以下公式获得：Y＝0.299*R＋0.587*G＋0.114*B其中，R为红色信号数据、G为绿色信号数据、B为蓝色信号数据。5.  根据权利要求4所述的节能LPD激光投影电视系统，其特征在于，所述预加重单元，具体用于对每个亮度数据增加一个增量得出新值，并判断该新值是否大于255；如果大于，则取新值为255；否则，直接取该新值；之后根据LPD激光输出特性曲线和新值，反推R’、G’、B’的亮度值。6.  一种如权利要求1所述节能LPD激光投影电视系统的控制方法，其特征在于，包括：由电视主板接收各种视频信号，将所述各种视频信号转换成统一格式的视频信号输出给FPGA控制模块；所述FPGA控制模块检测每一帧图像数据中各像素点的亮度峰值，并基于峰值对亮度数据进行预加处理，提高DLP电路板的光输出；同时根据预加处理的增量控制半导体激光器驱动模块降低LPD半导体激光器模组的输出功率，使DLP电路板输出的视频光中的各像素点保持原有的灰度值显示；DLP电路板控制投影镜头投射图像至投影屏幕上。7.  根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述所述FPGA控制模块检测每一帧图像数据中各像素点的亮度峰值，并基于峰值对亮度数据进行预加处理，提高DLP电路板的光输出；同时根据预加处理的增量控制半导体激光器驱动模块降低LPD半导体激光器模组的输出功率，使DLP电路板输出的视频光中的各像素点保持原有的灰度值显示的步骤包括：由峰值检测单元检测电视主板输出的视频图像中每一帧图像数据中各像素点的亮度峰值；由预加重单元对每个亮度数据增加一个增量，提高DLP电路板的光输出；功率控制单元根据预加处理的增量降低半导体激光器驱动模块的输出功率，来降低LPD半导体激光器模组的光输出。8.  根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述由峰值检测单元检测电视主板输出的视频图像中每一帧图像数据中各像素点的亮度峰值的步骤具体包括：通过依次比较的方法对每一帧图像数据中各像素点的亮度进行排序，确定每一帧图像数据中像素点亮度值的前N个最大值，并取N个最大值的平均值作为这一帧图像数据的亮度值的峰值。9.  根据权利要求7或8所述的控制方法，其特征在于，所述峰值检测单元检测各像素点的亮度峰值时，通过以下公式获得：Y＝0.299*R＋0.587*G＋0.114*B其中，R为红色光强度、G为绿色光强度、B为蓝色光强度。10.  根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述由预加重单元对每个亮度数据增加一个增量，提高DLP电路板的光输出的步骤，具体包括：对每个亮度数据增加一个增量得出新值，并判断该新值是否大于255；如果大于，则取新值为255；否则，直接取该新值；根据LPD激光输出特性曲线和新值，反推R’、G’、B’的亮度值。

说明书节能LPD激光投影电视系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及激光电视技术领域，特别涉及节能LPD激光投影电视系统及其控制方法。
背景技术
随着液晶显示技术朝着大型化方向发展，随之带来的问题是成本高、整机重量的增加、能耗提高等，特别是重量对于搬运和安装造成了困难，一般来说电梯的尺寸决定了家用电视的最大尺寸，一般家用电梯竖起来最大可以运输88寸液晶电视机，更大的尺寸液晶电视在运输安装方面面临挑战。在此情况下，激光投影电视应运而生，能够克服这些缺点，轻易做到100寸，而且重量、能耗和成本均在合理的范围内。
请参阅图1，传统的激光投影电视包括由电视主板1、DLP电路板2、投影镜头3、激光器驱动电路4、激光器模组5、投影屏幕6和开关电源7。电视信号、网络视频数据、USB、HDMI、VGA等视频信号输入至电视主板1上，经电视主板1处理后形成统一格式的视频输出信号，统一格式的视频信号输入到DLP（数字光处理）电路板，将视频电信号转变为视频光输出，经投影镜头3将图像投射到屏幕上，激光器驱动电路4和激光器模组5则用于提供电视所需光源。在传统激光投影电视中，大都采用半导体激光器作为光源，激光器模组仅在人为调节时改变输出功率，不会受图像内容控制而自动调节，在显示低暗画面和高亮画面时，激光器模组的输出功率均相同，不够节能环保。
因而现有技术还有待改进和提高。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供节能LPD激光投影电视系统及其控制方法，能根据显示内容实时调节LPD半导体激光器模组的输出功率，从而节省电能。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种节能LPD激光投影电视系统，其包括：电视主板、FPGA控制模块、DLP电路板、投影镜头、半导体激光器驱动模块、LPD半导体激光器模组和投影屏幕；
所述电视主板接收各种视频信号，将所述各种视频信号转换成统一格式的视频信号输出给FPGA控制模块，所述FPGA控制模块检测每一帧图像数据中各像素点的亮度峰值，并基于峰值对亮度数据进行预加处理，提高DLP电路板的光输出，经投影镜头投射图像至投影屏幕上；同时根据预加处理的增量控制半导体激光器驱动模块降低LPD半导体激光器模组的输出功率，使DLP电路板输出的视频光中的各像素点保持原有的灰度值显示。
所述的节能LPD激光投影电视系统中，所述FPGA控制模块包括：
峰值检测单元，用于检测电视主板输出的视频图像中每一帧图像数据中各像素点的亮度峰值；
预加重单元，用于对每个亮度数据增加一个增量，提高DLP电路板的光输出；
功率控制单元，用于根据预加处理的增量降低半导体激光器驱动模块的输出功率，来降低LPD半导体激光器模组的光输出。
所述的节能LPD激光投影电视系统中，所述峰值检测单元，具体用于通过依次比较的方法对每一帧图像数据中各像素点的亮度进行排序，确定每一帧图像数据中像素点亮度值的前N个最大值，并取N个最大值的平均值作为这一帧图像数据的亮度值的峰值。
所述的节能LPD激光投影电视系统中，所述峰值检测单元检测各像素点的亮度峰值时，通过以下公式获得：
Y＝0.299*R＋0.587*G＋0.114*B
其中，R为红色信号数据、G为绿色信号数据、B为蓝色信号数据。
所述的节能LPD激光投影电视系统中，所述预加重单元，具体用于对每个亮度数据增加一个增量得出新值，并判断该新值是否大于255；如果大于，则取新值为255；否则，直接取该新值；之后根据LPD激光输出特性曲线和新值，反推R’、G’、B’的亮度值。
一种节能LPD激光投影电视系统的控制方法，其包括：
由电视主板接收各种视频信号，将所述各种视频信号转换成统一格式的视频信号输出给FPGA控制模块；
所述FPGA控制模块检测每一帧图像数据中各像素点的亮度峰值，并基于峰值对亮度数据进行预加处理，提高DLP电路板的光输出；同时根据预加处理的增量控制半导体激光器驱动模块降低LPD半导体激光器模组的输出功率，使DLP电路板输出的视频光中的各像素点保持原有的灰度值显示；
DLP电路板控制投影镜头投射图像至投影屏幕上。
所述的控制方法中，所述FPGA控制模块检测每一帧图像数据中各像素点的亮度峰值，并基于峰值对亮度数据进行预加处理，提高DLP电路板的光输出；同时根据预加处理的增量控制半导体激光器驱动模块降低LPD半导体激光器模组的输出功率，使DLP电路板输出的视频光中的各像素点保持原有的灰度值显示的步骤包括：
由峰值检测单元检测电视主板输出的视频图像中每一帧图像数据中各像素点的亮度峰值；
由预加重单元对每个亮度数据增加一个增量，提高DLP电路板的光输出；
功率控制单元根据预加处理的增量降低半导体激光器驱动模块的输出功率，来降低LPD半导体激光器模组的光输出。
所述的控制方法中，所述由峰值检测单元检测电视主板输出的视频图像中每一帧图像数据中各像素点的亮度峰值的步骤具体包括：
通过依次比较的方法对每一帧图像数据中各像素点的亮度进行排序，确定每一帧图像数据中像素点亮度值的前N个最大值，并取N个最大值的平均值作为这一帧图像数据的亮度值的峰值。
所述的控制方法中，所述峰值检测单元检测各像素点的亮度峰值时，通过以下公式获得：
Y＝0.299*R＋0.587*G＋0.114*B
其中，R为红色信号数据、G为绿色信号数据、B为蓝色信号数据。
所述的控制方法中，所述由预加重单元对每个亮度数据增加一个增量，提高DLP电路板的光输出的步骤，具体包括：
对每个亮度数据增加一个增量得出新值，并判断该新值是否大于255；如果大于，则取新值为255；否则，直接取该新值；
根据LPD激光输出特性曲线和新值，反推R’、G’、B’的亮度值。
相较于现有技术，本发明提供的节能LPD激光投影电视系统及其控制方法，由电视主板接收各种视频信号，将各种视频信号转换成统一格式的视频信号输出给FPGA控制模块，FPGA控制模块检测每一帧图像数据中各像素点的亮度峰值，并基于峰值对亮度数据进行预加处理，提高DLP电路板的光输出，经投影镜头投射图像至投影屏幕上；同时根据预加处理的增量控制半导体激光器驱动模块降低LPD半导体激光器模组的输出功率，使DLP电路板输出的视频光中的各像素点保持原有的灰度值显示，实现了根据显示画面的亮度实时调节LPD半导体激光器模组的输出功率，从而节省电能。
附图说明
图1为现有技术提供的激光投影电视的结构框图。
图2为本发明实施例提供的节能LPD激光投影电视系统的结构框图。
图3为本发明实施例提供的节能LPD激光投影电视系统中使用的预加重计算示意图。
图4为本发明实施例提供的节能LPD激光投影电视系统中功率控制单元的功率控制曲线示意图。
图5为本发明实施例提供的节能LPD激光投影电视系统的控制方法的流程图。
具体实施方式
本发明提供一种节能LPD激光投影电视系统及其控制方法，LPD（Laser Phosphor Display，激光荧光体显示技术）激光电视，相比三色激光投影电视成本低，是目前主流的激光电视，它应用于家用电视和商用电视领域，可作为家庭影院、商用广告机等。
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图2，本发明实施例提供的节能LPD激光投影电视系统，包括：电视主板10、FPGA控制模块20、DLP电路板30、投影镜头40、半导体激光器驱动模块50、LPD半导体激光器模组60和投影屏幕70。所述电视主板10通过FPGA控制模块20连接DLP电路板30和半导体激光器驱动模块50，所述半导体激光器驱动模块50通过LPD半导体激光器模组60连接DLP电路板30，所述DLP电路板30连接投影镜头40，所述投影镜头40位于投影屏幕70的一侧，直接将图像投射到投影屏幕70上显示。
其中，所述电视主板10、FPGA控制模块20、DLP电路板30、半导体激光器驱动模块50和LPD半导体激光器模组60均设置在单独的电视板上，以便于维护和检修。本实施例中，所述电视主板10、DLP电路板30、投影镜头40、半导体激光器驱动模块50、LPD半导体激光器模组60和投影屏幕70均为现有技术，此处不作详述。
所述FPGA控制模块20采用FPGA芯片，是可编程逻辑器件，它可根据功能要求，经过“编写代码、编译代码”后得“烧录文件”，再通过下载电缆将烧录文件写入FPGA后，成为一颗具有特定功能的IC，并且可重复使用。FPGA下载不同的文件，就能实现不同的功能，因此它是一颗功能可自定义的IC。
在工作时，所述电视主板10接收各种视频信号，将所述各种视频信号转换成统一格式的视频信号输出给FPGA控制模块20，其中，各种视频信号包括：电视信号、网络视频数据、USB、HDMI、VGA等视频信号。
所述FPGA控制模块检测每一帧图像数据中各像素点的亮度峰值，并基于峰值对亮度数据进行预加处理，提高DLP电路板的光输出，经投影镜头投射图像至投影屏幕上；同时根据预加处理的增量控制半导体激光器驱动模块降低LPD半导体激光器模组的输出功率（即降低LPD半导体激光器模组60的光输出），使DLP电路板输出的视频光中的各像素点保持原有的灰度值显示。
请继续参阅图2，本发明的节能LPD激光投影电视系统还包括开关电源80，用于为电视主板10、FPGA控制模块20、DLP电路板30、投影镜头40、半导体激光器驱动模块50和LPD半导体激光器模组60提供其工作所需电压，确保各部分能稳定的工作。
所述FPGA控制模块20包括：峰值检测单元201、预加重单元202和功率控制单元203，所述峰值检测单元201的输入端连接电视主板10，峰值检测单元201的第一输出端通过预加重单元202连接DLP电路板30、第二输出端通过功率控制单元203连接半导体激光器驱动模块50。
其中，所述峰值检测单元201，用于检测电视主板输出的视频图像中每一帧图像数据中各像素点的亮度峰值。所述预加重单元202，用于对每个亮度数据增加一个增量，提高DLP电路板30的光输出。所述功率控制单元203，用于根据预加处理的增量降低半导体激光器驱动模块50的输出功率，来降低LPD半导体激光器模组60的光输出。
本实施例中，预加重单元202可以使用一定的算法，基于峰值检测单元201检测的亮度峰值对亮度数据进行“预加”处理，即给亮度数据加上一个“增量”，此时整体亮度数据增加了，如要使图像不失真，后续电路必须要扣除这个增量。本发明通过减小半导体激光器的功率，降低光输出亮度来实现这个“扣除”，从而通过一加一减的方式，即保证图像不失真，又达到节能效果。功率控制单元203根据预定的算法来调节半导体激光器（即LPD半导体激光器模组60）的输出功率。本发明就是根据这个预增量，来控制（即减小）半导体激光器的输出功率，这是一个对应关系，“预增量”与激光器功率“减少量”的关系，通过预增使图像亮度增加，降低激光器功率使图像亮度减小，最终在图像亮度上要相互抵消，这个对应关系通过不同激光器的规格和实际工作环境来获取。
具体而言，所述峰值检测单元201具体用于通过依次比较的方法对每一帧图像数据中各像素点的亮度进行排序，确定每一帧图像数据中像素点亮度值的前N个最大值，并取N个最大值的平均值作为这一帧图像数据的亮度值的峰值。其中，N的取值为：50-500。
在峰值检测单元检测各像素点的亮度峰值时，通过以下公式获得：
Y＝0.299*R＋0.587*G＋0.114*B
其中，R为红色信号数据、G为绿色信号数据、B为蓝色信号数据。
所述预加重单元202具体用于对每个亮度数据增加一个增量得出新值，并判断该新值是否大于255；如果大于，则取新值为255；否则，直接取该新值；之后根据LPD激光输出特性曲线和新值，反推R’、G’、B’的亮度值。
以下对本发明的节能LPD激光投影电视系统中使用的预加重计算进行详细说明：
请一并参阅图3，电视主板10用于将接收的视频信号，如电视信号、网络视频数据、USB、HDMI、VGA等视频信号，并对视频信号进行处理输出统一格式视频电信号到峰值检测单元201中。
之后由峰值检测单元201首先利用公式Y＝0.299*R＋0.587*G＋0.114*B计算出各像素点的亮度值，然后每一帧通过依次比较的方法进行排序，确定这一帧内亮度值前N个最大值，这N个最大值的平均值就是这一帧的亮度值的峰值Ym。本实施例取N个值是为了消除信号噪点，也是为了符合人眼的观看习惯，即人眼观看的是一个面积区域即像素群，而不是单个的像素点。具体实施时，如果N值取得太小，会抬高峰值，降低节能效果，但如果N值取得太大，画面质量会受影响，因此实际应用中，兼顾画质与节能效率，N值一般在50至500之间。
峰值检测单元201计算出来的峰值是预加重单元202和功率控制单元203的重要判据，以8位256灰阶显示为例，256灰阶显示最大灰度值是255，预加重单元202逐点地对亮度值Y加上（255－Ym）得新值Y’，即Y’=Y+(255-Ym)，如果Y’大于255，则按255取值，以免溢出造成亮度值反转（即亮点变暗点），之后根据LPD激光输出特性曲线和新值，反推R’、G’、B’的亮度值。
LPD半导体激光器是一种激光激发荧光粉显示技术，通过蓝色激光激发红色、绿色荧光粉产生红光和绿光。LPD半导体激光器的输出特性，主要通过输出特性曲线来描述。这条曲线描述了激光器在各种输出功率下，发出的红、绿、蓝光强的比例关系，其为现有技术，此处不作详述。本发明依据R’G’B’这一比例关系，结合公式：
Y’＝0.299*R’＋0.587*G’＋0.114*B’
从Y’值可以反推出3个新值R’G’B’，这些新值就是预加重单元输出的视频数据。
本发明给出的亮度公式Y’，它是RGB<>YUV变换的公式之一，Y是亮度信号，U、V是两个色差信号。具体公式如下：
RGB至YUV变换
Y=0.299R+0.587G+0.144B
U=-0.1678R-0.3313G+0.5B
V=0.5R-0.4187G-0.0813B
YUV至RGB变换
R=Y+1.1402V
G=Y-0.34414U-0.71414V
B=Y+1.1772U
之后根据RGB计算出Y、U、V，修改亮度Y后为Y’，保持UV不变（即保持图像的颜色属性不变），根据Y’、U、V，反推得R’G’B’。
在预加重计算之后，根据亮度峰值Ym来调节LPD半导体激光器的输出功率，如图4给出了几条功率控制曲线，曲线c2是一条直线，均匀调节激光器输出功率，c1为曲线，低峰值调节敏感，c3也为曲线，高峰值调节敏感。
所述DLP电路板30使用了美国TI公司的技术，它是一个“电－光转换装置”，输入的是视频数据信号，控制DLP电路板30上的DMD（数字微镜器件）中大量的微镜旋转，从而产生视频光学图像。本发明通过预加重单元202增加RGB数据，通过DLP电路板30中的数字微镜芯片（DMD）提高各像素点所对应的微镜的光输出亮度；另一方面，通过适当降低LPD半导体激光器模组的输出功率，即降低激光器的光输出（即降低输出光亮度），通过一加一减相互抵消，结果各像素点保持原有的灰度值显示。例如，在夜晚场景下，大量图像数据偏低，峰值也偏低，预加重的强度，即（255－峰值）偏高，大大提高了DMD的光输出，为了抵消，可大大降低激光器的输出功率，这是最节能的情况。
不过Y’>255的那些像素点，灰度有少许失真，N值越小，失真的点数也越少（画质较好），但节能效率也越低；反之，N值越大，失真的点数也越多（画质较差），但节能效率也越高。
本发明还相应提供一种节能LPD激光投影电视系统的控制方法，请参阅图5，其包括：
S10、由电视主板接收各种视频信号，将所述各种视频信号转换成统一格式的视频信号输出给FPGA控制模块；
S20、所述FPGA控制模块检测每一帧图像数据中各像素点的亮度峰值，并基于峰值对亮度数据进行预加处理，提高DLP电路板的光输出；同时根据预加处理的增量控制半导体激光器驱动模块降低LPD半导体激光器模组的输出功率，使DLP电路板输出的视频光中的各像素点保持原有的灰度值显示；
S30、DLP电路板控制投影镜头投射图像至投影屏幕上。
其中，所述S20包括：S21、由峰值检测单元检测电视主板输出的视频图像中每一帧图像数据中各像素点的亮度峰值；S22、由预加重单元对每个亮度数据增加一个增量，提高DLP电路板的光输出；S23、功率控制单元根据预加处理的增量降低半导体激光器驱动模块的输出功率，来降低LPD半导体激光器模组的光输出。具体请参阅上述系统对应的实施例。
进一步的，所述S21包括：通过依次比较的方法对每一帧图像数据中各像素点的亮度进行排序，确定每一帧图像数据中像素点亮度值的前N个最大值，并取N个最大值的平均值作为这一帧图像数据的亮度值的峰。N的取值为：50-500。
所述峰值检测单元检测各像素点的亮度峰值时，通过以下公式获得：
Y＝0.299*R＋0.587*G＋0.114*B
其中，R为红色信号数据、G为绿色信号数据、B为蓝色信号数据。
所述S22包括：
对每个亮度数据增加一个增量得出新值，并判断该新值是否大于255；如果大于，则取新值为255；否则，直接取该新值；
根据LPD激光输出特性曲线和新值，反推R’、G’、B’的亮度值。
综上所述，本发明由电视主板接收视频控制信号，将视频控制信号转换成统一格式的视频信号输出给FPGA控制模块，FPGA控制模块检测每一帧图像数据中各像素点的亮度峰值，并基于峰值对亮度数据进行预加处理，提高DLP电路板的光输出，经投影镜头投射图像至投影屏幕上；同时根据预加处理的增量控制半导体激光器驱动模块降低LPD半导体激光器模组的输出功率，使DLP电路板输出的视频光中的各像素点保持原有的灰度值显示，实现了根据显示画面的亮度实时调节LPD半导体激光器模组的输出功率，从而节省电能。而且节能LPD激光投影电视系统的成本低，有利于激光电视的普及。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。