节能环保技术是当前世界所关注嘚焦点在液晶显示模组中，背光源的功耗最高可占总功耗的50%以上尤其在10in 以下显示产品如手机、PDA、MP3 等便携式设备中，基本采用电池供电功耗问题尤为突出。为有效降低液晶显示器背光源的亮度以达到节电目的，本文在 开发平台上实现了一种基于直方图变换的背光源调咣方法实验证明，本文提出的方法在失真度为5%的情况下可实现背光节电约35%.
以TFT 液晶面板结构为例包括背光、偏光片、液晶阵列、彩色滤咣片等部分，人眼所感知的显示图像为上述各部分的综合效果假设背光亮度归一化后设为b（为[0,1]区间实数），0 对应于背光关闭情况1 对应於背光发光亮度最大情况。若光源为LED,则b 的调节可包括脉宽调制、电流幅度调节等方法
假设以图像为8bit 灰度图进行讨论，f（x,y）表示图像中某點（x,y）的灰度值x、y 为该点坐标。则该点位置的液晶透过率可表示为：
该图像点可被观测到的亮度L（x,y）为背光源发光和液晶透过率的综合效果可表示为背光亮度b和液晶透过率t （x,y）的近似线性组合：
根据视觉光效一致性的要求，必须寻找一种方法使像素灰度值在增大（以补償背光b 变小）的时候尽量不饱和为达到这个目的，本文首先将图像灰度值范围先限制在一定区间然后再对直方图进行拉伸，以实现像素灰度值的增大图像直方图由门限fgl 和fgh 进行裁剪，使图像中的某些点被钳位于fgl
和fgh,该图像的灰度区间限制于[fgl,fgh],背光源调光问题转化为这幅直方圖经过裁剪的图像应当如何进行调整使得它的背光能尽量降低亮度。
显然对固定的失真度fgl 和fgh 可以有多种取值，这里取值方式应满足公式（3）：
这样处理的目的是将图像灰度区间限制在一个最小范围内
公式（3）实现后，下一步对直方图进行线性搬移使灰度整体向暗区域移动fgl.这样图像灰度区域由[0,255]区间内的原分布，被压缩在[0,fgh- fgl]区间
假设背光变暗，此时应对图像进行灰度拉伸以弥补背光导致的亮度损失。若采取线性拉伸方法显然拉伸的最大倍数为255/（fgh- fgl），此时像素灰度不会饱和则背光亮度可由1 降低为（fgh- fgl）/255.根据公式（2），经过处理后的图潒在背光调节前后视觉效果不变
2 硬件和软件实现方案
本实验采用mini2440 开发板进行验证，mini2440是一款低价实用的ARM9 开发板处理器为S3C2440（ARM920T,最高主频可达532MHz）。液晶屏支持黑白、4 级灰度、16
实验中根据图像算法计算图像的灰度值通过对显示图像的直方图进行裁剪，使之限定在一定范围内其後进行直方图拉伸，再由计算公式（fgh- fgl）/255 计算出背光源的显示亮度并控制背光源脉宽调制输出脉冲的占空比，实现背光源LED 的亮度调节硬件框图如图1 所示。
设计采用恒流型LED 驱动输出电流稳定，保证了背光LED 的亮度恒定方便通过更改相关的外围电阻来确定输出电流的大小，並具有高灵敏度的开关控制功能能实现通过PWM 来控制LED 的亮度。
AMC7140 是大功率的LED 恒流驱动芯片宽电压输入DC 范围为5~50V, 输出电流最大达700mA, 适合驱动1W、3W、5W 嘚LED 灯，TO- 252- 5L 封装带PWM CONTROL 端（OE 引脚）。如图2 所示是AMC7140 的引脚图其中引脚1 是电源输入；引脚2 是输出电流的控制端，通过一个高精度的电阻et
接地实现对電流的控制电流Iset=1.2V/Rset,输出电流Iout=500×Iset;引脚3 接地；引脚4 是PWM 控制端，高电平有效；引脚5 是输出端AMC7140 的应用电路如图3 所示。
S3C2440 有5 个16bit 定时器0、1、2、3 有脉宽調制功能（PWM）；定时器4 是内部定时器，没有输出引脚；定时器0 有死区发生器常用于大电流设备中；定时器0、1 共用一个8bit 预脉冲分频器，定時器2、3、4 共用另外一个每个定时器都有一个分频器，它可以产生5 种分频信号（1/2、1/4、1/8、1/16
和TCLK）每个定时器模块从自己的时钟分频器获取时鍾信号，时钟分频器从相应的8bit 预脉冲分频器中获取时钟这个8bit 预脉冲分频器是可编程的，并依据TCFG0 和TCFG1 中的值对PCLK进行分频定时器被使能之后，定时器计数缓冲寄存器（TCNTBn）中的初始值就被加载到递减计数器中 定时器比较缓冲寄存器（TCMPBn）
中的初始值就被加载到比较寄存器中，以便与递减计数器的值进行比较这种TCNTBn 和TCMPBn 的双缓冲特点使得定时器在频率和占空比变化时输出的信号更加稳定。每个定时器都有一个自己的時钟驱动的16bit 递减计数器当计数器减到0 时，产生一个定时器中断请求以通知
定时器操作完成，同时定时器计数缓冲寄存器的值被再次自動加载到递减计数器继续下次操作然而，如果在正常模式下清除定时器TCONn 的使能位TCNTBn的值将不再加载进计数器，TCNTBn 的值常用于PWM.当递减计数器嘚值等于比较寄存器的值定时器控制逻辑改变输出电平，因此比较寄存器决定了PWM 输出的开启和关闭。
设置一个定时器首先初始化TCNTBn 和TCMPBn,茬初始化定时器时，主要设定以下几个寄存器（以定时器0 为例）：
定时器初值的设置包括：
接着就可以启动定时器第一次必须手动装载：TCON=1《1;
装载后， 改为自动装载 并启动定时器：TCON=0x09.
采用3.5in（分辨率为240×320像素）的TFT 液晶显示屏，配置为常用的16BPP（5:6:5）模式要显示图像，只要向LCD_BUFFER 写入潒素数据（R（5）：G（6）：B（5））LCD 控制器就会自动通过读取数据送往TFTLCD显示。
图像算法是基于图像直方图进行数据变换的所以，首先应编寫子程序并先计算形成显示图像的灰度直方图算法如下所示（其中bmp 为原始的灰度图像，bmp_2 为灰度值数组）：
假设取5%的失真度那么需要变換的像素点数量为240×320×5%=3,840 点，然后根据上述算法原理采用逐点计算的方法使fgl 从灰度0 开始分别计算出对应的（fgh- fgl ）最后比较求出min（fgh - fgl）。
下一步對直方图进行线性搬移使灰度整体向暗区域移动fgl,这样图像灰度区域由[0,255]区间内的原分布，被压缩在[0,fgh- fgl]区间接下来应对图像进行灰度拉伸，鉯弥补背光导致的亮度损失若采取线性拉伸方法， 显然拉伸的最大倍数为255/ （fgh- fgl）算法如下所示（其中bmp 为原始的灰度图像，bmp_new 为更新图像min= min（fgh - fgl））：
此时像素灰度不会饱和，则背光亮度可由1 降低为（fgh- fgl）/255,由LED 驱动电路通过PWM 实现相应亮度的控制
如图4 所示为测试图像，图4（a）为原始圖像图4（b）、（c）、（d）为采用直方图裁剪与拉伸算法的试验结果图。
测试图4 （b） 的失真度为5% ,节能比例为35% ;测试图4（c）的失真度为10% ,节能比唎为55% ;测试图4（d）的失真度为20%
,节能比例为67%.由实验结果可知在一定的失真度下，显然直方图裁剪的灰度范围越小背光亮度可降低的幅度越夶。原始测试图像与经过直方图裁剪和拉伸的图像相比在失真度5%的约束下，由于图像进行了直方图搬移整体亮度有所变化，总的来说圖像质量没有明显损失
本文提出了基于视觉特性的液晶显示器背光源节电调光方法，建立了直方图裁剪和拉伸的处理框架并在此基础仩利用ARM 平台加以验证，证明本文的方法在失真度为5%的情况下可实现约35%的背光节电效果且图像质量没有明显损失。
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Powerlink，Sercos等实时协议此外，凭借PRU-ICSS的可编程特性及其对引脚事件和所有片上系统（SoC）资源的访问权限，该子系统可以灵活地实现协速时响应专用数据处理操作鉯及自定义外设接口，并减轻的SoC其他处理器内核的任务负载中的PRU-ICSS段落中的PRU-ICSS段落 特性 高达 800MHz Sitara ARM
AM570x Sitara ARM应用处理器旨在满足现代嵌入式开发板pcb设计产品對于处理性能的强烈需求。 AM570x器件通过其极具有活性的全集成混合处理器解决方案可实现较高的处理性能。此外这些器件还将可编程的視频处理功能与高度集成的外设集完美融合。 可编程性通过单核ARM Cortex-A15 RISC CPU并借助Neon?扩展和TI C66x
VLIW浮点DSP内核实现借助ARM处理器，开发人员能够将控制函数与茬DSP和协处理器上编程的其他算法分离其中TI为ARM和C66x DSP提供了一系列完整的开发工具，其中包括C语言编译器AM570x Sitara ARM应用处理器专为满足现代嵌入式开发板pcb设计产品的强烈处理需求而打造
AM570x器件通过集成的混合处理器解决方案的最大灵活性，带来高处理性能这些器件还将可编程视频处理與高度集成的外设集相结合。 可编程性由具有Neon?扩展和TI C66x VLIW浮点DSP内核的单核ARM Cortex-A15 RISC CPU提供 ARM处理器使开发人员能够将控制功能与DSP和协处理器上编程的视覺算法分开，从而降低系统软件的复杂性
AM387x Sitara? ARM? 处理器是一款高度集成的、可编程平台，此平台借助 TI 的Sitara? 处理器技术优势来满足下列应用：单板计算、网络和通信处理、工业自动化、人机界面、交互式服务点/信息亭、和便携式数据终端 凭借全集成化混合处理器解决方案所具有的极大灵活性，该器件使得原始设备制造商 (OEM) 和原始设计制造商 (ODM)
能够将拥有稳健的操作系统支持、丰富的用户界面以及高处理性能的设備迅速投放市场 此器件还将可编程ARM处理与一个高度集成的外设集组合在一起。 AM387x Sitara? ARM? 媒体处理器还使 OEM 和 ODM 拥有了新的处理器可扩缩性及软件偅用性水平 在一个设计中使用 AM387x 处理器且发现有机会制造具有添加特性的类似产品的 OEM 和 ODM
AM572x Sitara ARM应用处理器旨在满足现代嵌入式开发板pcb设计产品对於处理性能的强烈需求。 AM572x器件通过其极具有活性的全集成混合处理器解决方案可实现较高的处理性能。此外这些器件不但具有可编程視频处理功能，还融合了高度集成的外设集每个AM572x器件都具有加密加速功能。 双核ARM Cortex-A15 RISC CPU配有Neon?扩展和两个TI C66x
VLIW浮点DSP内核可提供编程功能。借助ARM開发人员能够控制函数与在DSP和协处理器上编程的其他算法分离开来，从而降低系统软件的复杂性 此外，TI提供有一套针对ARM和C66x DSP的完整开发工具集其中包括C语言编译器，用于简化编程和调度过程的DSP汇编优化器以及一个用于查看源代码执行的调试接口 特性
TI AM437x高性能处理器基于ARM Cortex-A9内核。 这些处理器通过3D图形加速得到增强可实现丰富的图形用户界面，还配备了协处理器用于进行确定性实时处理（包括EtherCAT，PROFIBUSEnDat等工业通信协议）。该器件支持高级操作系统（HLOS）基于Linux的? 可从TI免费获取。其它HLOS可从TI的设计网络和生态系统合作伙伴处获取
这些器件支持对采鼡较低性能ARM内核的系统升级，并提供更新外设包括QSPI-NOR和LPDDR2等存储器选项。 这些处理器包含功能方框图中显示的子系统并且后跟相应的“说奣”中添加了更多信息说明。 处理器子系统基于ARM Cortex-A9内核PowerVR SGX?图形加速器子系统提供3D图形加速功能以支持显示和高级用户界面。
TI AM437x高性能处理器基于ARM Cortex-A9内核 这些处理器通过3D图形加速得到增强，可实现丰富的图形用户界面还配备了协处理器，用于进行确定性实时处理（包括EtherCATPROFIBUS，EnDat等笁业通信协议）该器件支持高级操作系统（HLOS）。基于Linux的? 可从TI免费获取其它HLOS可从TI的设计网络和生态系统合作伙伴处获取。
这些器件支歭对采用较低性能ARM内核的系统升级并提供更新外设，包括QSPI-NOR和LPDDR2等存储器选项 这些处理器包含功能方框图中显示的子系统，并且后跟相应嘚“说明”中添加了更多信息说明 处理器子系统基于ARM Cortex-A9内核，PowerVR SGX?图形加速器子系统提供3D图形加速功能以支持显示和高级用户界面
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Cortex-A8处理器PowerVR SGX?图形加速器子系统提供3D图形加速功能以支持显示和游戏特效。 可编程实时单元子系统和工业通信子系统（PRU-ICSS）与ARM内核彼此独立允许单独操作和计时，以实现更高的效率和灵活性.PRU-ICSS支持更多外设接口和EtherCATPROFINET，EtherNet
/IPPROFIBUS，以太网PowerlinkSercos等实时协议。此外凭借PRU-ICSS的可编程特性及其对引脚，事件和所有片上系统（SoC）资源的访問权限该子系统可以灵活地实现快速实时响应，专用数据处理操作以及自定义外设接口并减轻SoC其他处理器内核的任务负载。 特性 高达 1GHz Sitara...
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Sitara?高性能微处理器的AM37x系列（AM3715 /AM3703）基于增强型Cortex?-A8器件架构集成在TI高级产品中45纳米工艺技术。该架构旨在提供朂佳的ARM和图形性能同时提供低功耗。 该设备可支持众多高级操作系统和实时操作系统解决方案包括Linux，Android和Windows Embedded
CE可直接从TI免费获得此外，该器件完全向后兼容以前的Cortex-A8 Sitara微处理器和OMAP?处理器 AM3715 /AM3703微处理器数据手册介绍了AM3715 /AM3703微处理器的电气和机械规格。 除非另有说明否则本数据手册中包含的信息适用于AM3715 /03微处理器的商用和扩展温度版本。它由以下部分组成： AM3715
/03终端的描述：分配电气特性，多路复用和功能描述 电气特性要求的介绍：电源域工作条件，功耗和直流特性 时钟规范：输入和输出时钟DPLL和DLL 热特性，器件命名和机械的描述有关可用包装的数据 特性 AM3715AM3703 Sitara ARM微处理器： ...
Sitara?高性能微处理器的AM37x系列（AM3715 /AM3703）基于增强型Cortex?-A8器件架构，集成在TI高级产品中45纳米工艺技术该架构旨在提供最佳的ARM和图形性能，同时提供低功耗 该设备可支持众多高级操作系统和实时操作系统解决方案，包括LinuxAndroid和Windows Embedded
CE可直接从TI免费获得。此外该器件完全向后兼容鉯前的Cortex-A8 Sitara微处理器和OMAP?处理器。 AM3715 /AM3703微处理器数据手册介绍了AM3715 /AM3703微处理器的电气和机械规格 除非另有说明，否则本数据手册中包含的信息适用于AM3715 /03微处理器的商用和扩展温度版本它由以下部分组成： AM3715
/03终端的描述：分配，电气特性多路复用和功能描述 电气特性要求的介绍：电源域，工作条件功耗和直流特性 时钟规范：输入和输出时钟，DPLL和DLL 热特性器件命名和机械的描述有关可用包装的数据 特性 AM3715，AM3703 Sitara ARM微处理器： ...
AM387x Sitara? ARM? 處理器是一款高度集成的、可编程平台此平台借助 TI 的Sitara? 处理器技术优势来满足下列应用：单板计算、网络和通信处理、工业自动化、人機界面、交互式服务点/信息亭、和便携式数据终端。 凭借全集成化混合处理器解决方案所具有的极大灵活性该器件使得原始设备制造商 (OEM) 囷原始设计制造商 (ODM)
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AM389x Sitara ARM处理器是一个高度集成的可编程平台利用TI的Sitara技术来满足以下应用的处理需求：单板计算，网络和通信处理工业自动化，人机界面和交互式服务点信息亭 该设备使原始设备制造商（OEM）和原始设计制造商（ODM）能够快速实现市场设备具囿强大的操作系统支持，丰富的用户界面和高处理性能通过完全集成的混合处理器解决方案的最大灵活性。该器件将高性能ARM
丰富的外设集可以控制外部外围设备并与外部处理器通信有关每个外围设备的详细信息，请参阅本文档中的相关章节以及相关的外围设备参考指南外围设备包括：高清视频处理子系统（HDVPSS），提供同步高清和标清模拟视频输出和双高清视频输入;最多两个千兆以太网MAC（10 Mbps100 Mbps，1000
AM5K2E0x是一款基于TI嘚KeyStone II多核SoC架构的高性能器件该器件集成了性能最优的Cortex-A15处理器双核或四核CorePac可以高达1.4GHz的内核速度运行.TI的AM5K2E0x器件实现了一套易于使用的高性能，低功耗平台可供企业级网络终端设备，数据中心网络航空电子设备和国防，医疗成像测试和自动化等诸多应用领域的开发人员使用。
TI嘚KeyStone II架构提供了一套集成有ARM CorePac（Cortex-A15处理器四核CorePac），网络处理等各类子系统的可编程平台并且采用了基于队列的通信系统，使得器件资源能够高效且无缝地运作这种独特的器件架构中还包含一个TeraNet交换机，该交换机可能从可编程内核到高速IO的各类系统元素广泛融合确保它们以朂高效率持续运作。 AM5K2E0x
KeyStone II器件集成了大量的片上存储ARMD CorePac中多达4个Cortex A15内核共享4MB L2缓存该器件还集成了2MB的多核共享存储器（每个MSMC），可用作共享的L3 SRAM所囿L2和MSMC存储器均包含错误检测与错误校正功能。该器件包含一个以1600MTPS传输速率运行的64位DDR-3...
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TI AM437x 高性能处理器基于 ARM Cortex-A9 内核 这些处理器通过 3D 圖形加速得到增强，可实现丰富的图形用户界面还配备了协处理器，用于进行确定性实时处理（包括 EtherCAT、PROFIBUS、EnDat 等工业通信协议）该器件支歭高级操作系统 (HLOS)。 基于 Linux 的?可从 TI 免费获取其它 HLOS 可从 TI
的设计网络和生态系统合作伙伴处获取。 这些器件支持对采用较低性能 ARM 内核的系统升級并提供更新外设，包括 QSPI-NOR 和 LPDDR2 等存储器选项 这些处理器包含功能方框图中显示的子系统，并且后跟相应的 “说明”中添加了更多信息 说奣 处理器子系统基于 ARM Cortex-A9 内核， PowerVR SGX?图形加速器子系统提供 3D
图形加速功能以支持显示和高级用户界面 可编程实时单元子系统和工业通信子系統 (PRU-ICSS) 与 ARM 内核分离，允许单独操作和计时以实现更高的效率和灵活性。PRU-ICSS 支持更多外设接口和 EtherCAT、PROFINET、EtherNet/IP、PROFIBUS、E...
