(57)【要約】【課題】従来のサブフィールド分割による中間調表示方法では、動画像疑似輪郭の抑制が不十分であり、サブフィールド数が多く必要とされていた。【解決手段】重みの小さいサブフィールドは１，２，４．．．と重み付けし、重みの大きいサブフィールドはほぼ一定の差で増加する重みとし、重みの大きいサブフィールドはできるだけオンさせずに符号化し、やむを得ず重みの大きいサブフィールドをオンさせたときは隣接する次に大きい重みのサブフィールドの発光を抑制して符号化し、少ないサブフィールド数で動画疑似輪郭を少なくする。【選択図】図２
2006209147.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号の１フィールドを、所定の輝度重み付けを有する所定の複数Ｍ個のサブフィールドに分割し、前記各サブフィールドのオン制御またはオフ制御によって多階調表示を行う画像表示装置において、
複数Ｍ個のサブフィールドの輝度重みが昇順または降順となる順序にて配置し、
所定の輝度を表示する各サブフィールドのオン・オフ制御の組み合わせが複数ある場合には、当該複数の組み合わせのうち輝度重みの大きいサブフィールドがオフとなる組み合わせを用いて表示する多階調画像表示装置。
【請求項２】
所定の輝度を表示する各サブフィールドのオン・オフ制御の組み合わせが複数ある場合には、当該複数の組み合わせのうちオンとなるサブフィールドの数が最も多い組み合わせを用いて表示する請求項１記載の多階調画像表示装置。
【請求項３】
前記複数Ｍ個の各サブフィールドは、前記入力信号の信号レベルを昇順に変化させて表示した時、当該輝度の表示が可能なサブフィールドのオン・オフ制御の組み合わせのうち、オフ制御からオン制御に変化するサブフィールドのうち最も輝度重みの大きいサブフィールドに隣接したサブフィールドはオフ制御となる組み合わせを用いて表示する請求項１又は２の何れかに記載の多階調画像表示装置。
【請求項４】
前記複数Ｍ個のサブフィールドは、  
輝度重みが１以上２(N-1)以下で、２のべき乗で表される数値であるＮ個（Ｎは整数）のサブフィールドと、  
２(N-1)以上の輝度重みを有し、それぞれの輝度重みが一定の差で増加または減少する順序に並んだ複数のサブフィールドとを含む請求項１〜３の何れかに記載の多階調画像表示装置。
【請求項５】
所定の輝度を表示する各サブフィールドのオン・オフ制御の組み合わせが複数ある場合には、当該複数の組み合わせのうち輝度重みの大きいサブフィールドがオフとなる組み合わせを常に用いて表示する請求項１〜４の何れかに記載の多階調画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像の１フィールド分を、複数のサブフィールドの画像に分割して表示して多階調表示を行う表示装置において、動画像表示時に発生する中間調表示の階調乱れを改善して表示する多階調画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像の１フィールド分を、複数のサブフィールドの画像に分割して表示して多階調表示を行う表示装置、例えばプラズマディスプレイ装置を用いて階調表示を行う場合、動画像表示においていわゆる疑似輪郭状の階調乱れが発生することが知られている。
図７を用いてこの動画表示時の疑似輪郭の発生を説明する。図７は、レベル１５およびレベル１６の２つのレベルが隣接したパターンをもつ画像（図８にその例を示す）を表示した場合およびこの隣接パターンが平行移動したパターンを追従した時に観測される様子を示している。入力画像の１フィールドを複数のサブフィールドに分割して階調表示を行う表示装置では、静止画像を表示した場合、観測される画像の１フィールドの平均輝度は図７のＡ−Ａ’間の発光の積分で表わされ、正しく階調表示がなされる。一方動画像を表示した場合、視線の移動の方向により網膜上には図７のＢ−Ｂ’間またはＣ−Ｃ’間の発光の積分が観測される。Ｂ−Ｂ’間では各ビットを合成した値はほぼ０になり、またＣ−Ｃ’間の各ビットの合計はほぼ３１になる。このように、レベル１５およびレベル１６の２つのレベルが隣接した部分を観測した場合、レベル変化部分では図７に示すように観測される輝度レベルが画像の動きによって著しく乱れる。なお、図７では各サブフィールド毎に発光が所定の幅で連続して行われているように描かれているが、実際のプラズマディスプレイでは、各サブフィールドは各々の輝度重み付けに応じた回数のパルス発光の集合から成っているが、動画像表示時の階調乱れは本質的には同様である。このように、各サブフィールドの輝度の時間方向の積分で中間調を表現しようとしているため、動画像などで視線が移動した場合は、時間の経過とともに本来の画素位置とは異なる位置の画像のそれぞれのビットの重みを積分することになり、中間調表示が大きく乱れることになる。なおこの中間調の乱れは画像に偽の輪郭が現れるように認識されるため、以下動画疑似輪郭と表記する。
【０００３】
この動画疑似輪郭を軽減する試みとして、従来の画像表示装置においては、上位の複数ビットに対応するサブフィールドの輝度重みを分割し、さらに分散配置して構成することによって動画像表示における中間調表示乱れを軽減しようとする試みがなされている。図９はこの従来の方法による動画疑似輪郭の軽減方法におけるサブフィールド構成であり、１０サブフィールドを用いて８ビット階調すなわち２５６階調を表示しようとするものである。各サブフィールドの輝度重み付けは順に、４８、４８、１、２、４、８、１６、３２、４８、４８となっている。元の入力画像信号の上位２ビット６４、１２８がもつ輝度重みが４分割されてサブフィールドの両端に分散配置されており、最上位ビットの重みを小さくして、中間調乱れの発生をできるだけ抑えようとするとともに、サブフィールドの始めと終りに重みの大きいサブフィールドを分散して配置することで、動画像を表示した時に観測される画像にボケを発生させ、動画疑似輪郭を目立たなくしようとするものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図９に示すように、従来の画像表示装置においては、最も輝度重み付けの大きいサブフィールドが１フィールドの前半と後半とに分散して配置されている。図１０に入力画像信号レベルに対する各サブフィールドのオン・オフ制御の例を示す。例えば入力画像信号の信号レベルが１４３から１４４に増加するに従って、オンになる「輝度重み付け＝４８」のサブフィールドの数が２から３になる。このとき、入力画像信号のレベルがわずかに１だけ増加したにも関わらず、最も輝度重み付けの大きなサブフィールドが時間的に離れた位置でオンになる。このため、図７の場合と同様の現象、すなわち動画像を視線が追従して観測した場合は、図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、視線の方向によって異なる強い階調乱れが発生しており、動画像疑似輪郭の抑制が不十分であった。両端に離れて配置された「輝度重み＝４８」の４つのサブフィールドは、合計で１９２の輝度重みを形成しており、全輝度重みの大部分を占める。従って画像を表示して視線が追従した場合、観測される画像は、時間的に離れた画像成分の合成となり、結果として動画像部分は画像ボケが発生していた。このため、移動する細かな文字が二重になって判読できなくなるという画質低下をきたすという課題も併せて有していた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するために、本発明の多階調画像表示装置は、入力信号の１フィールドを、所定の輝度重み付けを有する所定の複数Ｍ個のサブフィールドに分割し、前記各サブフィールドのオン制御またはオフ制御によって多階調表示を行う画像表示装置において、前記複数Ｍ個のサブフィールドの輝度重みが単調増加または単調減少となる順序にて配置し、前記複数Ｍ個の各サブフィールドは、前記入力信号の信号レベルを昇順に変化させて表示した時、当該輝度の表示が可能なサブフィールドのオン・オフ制御の組み合わせのうち、輝度重みの大きいサブフィールドのオン制御をできるだけ抑制するように制御したことを特徴とする多階調画像表示装置である。
【０００６】
また、本発明の多階調画像表示装置は、入力信号の１フィールドを、所定の輝度重み付けを有する所定の複数Ｍ個のサブフィールドに分割し、前記各サブフィールドのオン制御またはオフ制御によって多階調表示を行う画像表示装置において、前記複数Ｍ個のサブフィールドの輝度重みが単調増加または単調減少となる順序にて配置し、前記複数Ｍ個の各サブフィールドは、前記入力信号の信号レベルを昇順に変化させて表示した時、当該輝度の表示が可能なサブフィールドのオン・オフ制御の組み合わせのうち、オフ制御からオン制御に変化するサブフィールドのうち最も輝度重みの大きいサブフィールドに隣接したサブフィールドはオフ制御となる組み合わせ優先して選択し、前記入力信号に対応する輝度表示が可能となるサブフィールドを制御して表示するよう制御したことを特徴とする多階調画像表示装置である。
【０００７】
また、本発明の多階調画像表示装置における複数のサブフィールドの輝度重みは、輝度重みが小さい整数Ｎ個のサブフィールドの輝度重みの比が１以上２(N-1)の以下である２のべき乗で表される数値であり、残りの複数サブフィールドの輝度重みは２(N-1)以上の輝度重みを有し、ほぼ一定の差で増加または減少する輝度重みをもった複数のサブフィールドを含むことを特徴とする多階調画像表示装置である。
【０００８】
本発明によれば、複数のサブフィールドの輝度重みが単調増加または単調減少となる順序にて配置し、前記複数の各サブフィールドは、前記入力信号の信号レベルを昇順に変化させて表示した時、当該輝度の表示が可能なサブフィールドのオン・オフ制御の組み合わせのうち、輝度重みの大きいサブフィールドのオン制御をできるだけ抑制するように制御したことを特徴としているので、発光の分布の大きな変化をできるだけ抑制することができ、結果として動画疑似輪郭の発生を少なくすることができる。また、輝度重みの大きいサブフィールドが分散しては配置されていないために、動画像を表示した場合に画像が大きくボケるということなく、鮮明な画像表示が可能であるという効果をも併せ持っている。また、本発明によれば、前記入力信号の信号レベルを昇順に変化させて表示した時、当該輝度の表示が可能なサブフィールドのオン・オフ制御の組み合わせのうち、オフ制御からオン制御に変化するサブフィールドのうち輝度重みの大きいサブフィールドに隣接したサブフィールドはオフ制御となる組み合わせ優先して選択しているため、発光の分布の大きな変化が避けられない場合には、発光の分布の変化によって発生する動画疑似輪郭を効果的にキャンセルすることと等価の効果が得られる。 
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように、本発明の多階調画像表示装置によれば、次のような効果を奏することができる。
本発明に基づく多階調画像表示装置は、所定の輝度を表示することが可能な各サブフィールドのオン・オフ制御の組み合わせのうち、輝度重みの大きいサブフィールドはできるだけオフとなる組み合わせを優先して発光させることを特徴としている。このため、入力信号の変化があった場合の各サブフィールドでの発光分布の大きな変化をできるだけ抑制することができ、結果として動画疑似輪郭の発生を少なくすることができる。
【００１０】
また本発明に基づく多階調画像表示装置は、入力信号のレベルを変化させた場合、これに対する所定の輝度の発光を得る目的で、現在オン制御されているサブフィールドの輝度重みより大きい輝度重みを有するサブフィールドを新たにオン制御する必要がある場合に、各サブフィールドの発光の分布が大きく変化することになるが、このように発光の分布の大きな変化が避けられない場合においても、新たにオン制御する必要があるサブフィールドに隣接したサブフィールドはできるだけオフとして制御するために、発光の分布の変化の方向を分散できるため、発生する動画疑似輪郭の大部分を等価的にキャンセルする効果が得られる。
【００１１】
また本発明に基づく多階調画像表示装置によれば、疑似輪郭の発生量の少ない低輝度部分とでは必要なサブフィールド数を最小とすることができる。一方、疑似輪郭の発生し易い中・高輝度部分では、ほぼ一定の差で増加または減少する輝度重みをもった複数のサブフィールドより構成することにより、動画疑似輪郭を等価的にキャンセルする効果を得ることができ、全体として少ないサブフィールド数で動画疑似輪郭の少ない動画表示の可能な多階調画像表示が可能となる。また本発明に基づく多階調画像表示装置によれば、輝度重みの大きいサブフィールドが集中して配置されており、従来例のように輝度重みの大きいサブフィールドを分散配置しておらず、動画像を表示した場合の画像ボケの発生を少なくすることができるという効果をも併せもっている。
【００１２】
なお、本発明の効果は以上説明した実施の形態に示す特定の場合にのみ限定されるものではなく、サブフィールド数を増加させたり、サブフィールドの順序を逆転させる等、種々の変形を行っても同様の効果が期待できることは言うまでもない。特に、サブフィールドの個々の具体的な輝度重みは実施の形態に示したものに限定せず、各請求項の記載の範囲で増減することによっても同様の効果が得られることは言うまでもない。また、ディジタル映像信号とサブフィールド変換した信号の対応を決定する符号化方法も本明細書に図示したものに限定するものではなく、本発明の各請求項の記載の範囲での種々の変形も可能なことはもちろんである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の多階調画像表示装置は、入力信号の１フィールドを、所定の輝度重み付けを有する所定の複数Ｍ個のサブフィールドに分割し、前記各サブフィールドのオン制御またはオフ制御によって多階調表示を行う画像表示装置において、前記複数Ｍ個のサブフィールドの輝度重みが単調増加または単調減少となる順序にて配置し、前記複数Ｍ個の各サブフィールドは、前記入力信号の信号レベルを昇順に変化させて表示した時、当該輝度の表示が可能なサブフィールドのオン・オフ制御の組み合わせのうち、輝度重みの大きいサブフィールドのオン制御をできるだけ抑制するように制御したことを特徴とする多階調画像表示装置である。
【００１４】
このために、所定の輝度を表示することが可能な各サブフィールドのオン・オフ制御の組み合わせのうち、輝度重みの大きいサブフィールドはできるだけオフとなる組み合わせを優先して発光させることになる。このため、入力信号の変化があった場合の各サブフィールドでの発光分布の大きな変化をできるだけ抑制することができ、結果として動画疑似輪郭の発生を少なくすることができる。本発明の多階調画像表示装置は、入力信号の１フィールドを、所定の輝度重み付けを有する所定の複数Ｍ個のサブフィールドに分割し、前記各サブフィールドのオン制御またはオフ制御によって多階調表示を行う画像表示装置において、前記複数Ｍ個のサブフィールドの輝度重みが単調増加または単調減少となる順序にて配置し、前記複数Ｍ個の各サブフィールドは、前記入力信号の信号レベルを昇順に変化させて表示した時、当該輝度の表示が可能なサブフィールドのオン・オフ制御の組み合わせのうち、オフ制御からオン制御に変化するサブフィールドのうち最も輝度重みの大きいサブフィールドに隣接したサブフィールドはオフ制御となる組み合わせ優先して選択し、前記入力信号に対応する輝度表示が可能となるサブフィールドを制御して表示するよう制御したことを特徴とする多階調画像表示装置である。入力信号のレベルが変化して、これに対する所定の輝度の発光を得る目的で、現在オン制御されているサブフィールドの輝度重みより大きい輝度重みを有するサブフィールドを新たにオン制御する必要が発生した場合がある。このような場合には各サブフィールドの発光の分布が大きく変化することになるが、このように発光の分布の大きな変化が避けられない場合には、前記した制御によって、発光の分布の変化の方向を分散できるため、発生する動画疑似輪郭の大部分を等価的にキャンセルする効果が得られる。
【００１５】
本発明の多階調画像表示装置における複数のサブフィールドの輝度重みは、輝度重みが小さい整数Ｎ個のサブフィールドの輝度重みの比が１以上２(N-1)の以下である２のべき乗で表される数値であり、残りの複数サブフィールドの輝度重みは２(N-1)以上の輝度重みを有し、ほぼ一定の差で増加または減少する輝度重みをもった複数のサブフィールドを含むことを特徴とする多階調画像表示装置である。このために、動画疑似輪郭の発生程度の小さい低輝度では通常の２進法表現と同様の組み合わせで符号化することができ、最小のサブフィールド数で所定の輝度を表現することができる。一方、その他のサブフィールドの輝度重みは、ほぼ一定の差で増加または減少する輝度重みをもった複数のサブフィールドより構成されており、中輝度から高輝度部分では符号化を工夫して、等価的に動画疑似輪郭の大部分をキャンセルして表示することができ、全体としてサブフィールド数をあまり増大させずに、動画疑似輪郭の発生を抑えた多階調画像表示が可能となる。
【００１６】
（実施の形態１）
以下に、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
図１において、１は入力信号、２は入力信号を８ビットのディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、３は８ビットのディジタル信号で表された画像信号を１２個のサブフィールドから構成された信号に並び替えるサブフィールド変換回路である。４はプラズマディスプレイである。プラズマディスプレイ４は、オンまたはオフの２値的な発光を行う表示装置であるが、それぞれ所定の発光回数を輝度重みとして有する１２個のサブフィールドの発光の合計で輝度が表現され、中間調表示が可能となるようにしている。
【００１７】
以上のように構成された多階調画像表示装置では、各サブフィールドの順序と各輝度重み付けは図２に示すような関係で示される。図２に示すように、本実施の形態の多階調画像表示装置では、入力信号の１フィールドを１２個のサブフィールドに分割し、各々のサブフィールドの輝度重みが８以下である４個のサブフィールド（輝度重みはそれぞれ１，２，４，８）と、サブフィールドの輝度重みがそれぞれ１２，１５，２４，２８，３２，３６，４０，４８なる各サブフィールドをこの順序に並べたものである。これらサブフィールドをそれぞれサブフィールド１〜サブフィールド１２とする。図１の３に示されるサブフィールド変換回路は、入力信号をＡ／Ｄ変換したディジタル映像信号とサブフィールド制御信号に変換するものであり、図３に示されるような制御を行っている。図３において、「●」と記したサブフィールドは「オン」となり、その他のサブフィールドはそのフィールド期間「オフ」とされることを意味している。なお、ディジタル映像信号の下位２ビットはそのままサブフィールド１およびサブフィールド２のオン・オフの制御に用いられるので記載を省略する。
【００１８】
以上のように構成された多階調画像表示装置においては、まず、８ビットディジタル映像信号の値が０から１５までの間については、通常の２進法と同様の符号化を行う。なお、８ビットディジタル映像信号の値が１２〜１５までの時は、サブフィールド３およびサブフィールド４がともにオンとして制御されているが、同一輝度の発光を得るにはサブフィールド３およびサブフィールド４がともにオフとし、代わりにサブフィールド５をオン制御することが考えられるが、輝度重み大きいサブフィールドのオン制御をできるだけ抑制することで、発光の分布の大きな変化を抑制して、動画疑似輪郭の発生が抑制される。
【００１９】
また、８ビットディジタル映像信号の値が４７から４８に増加させた場合、輝度重みの合計が４８となる組み合わせは、図３に示すサブフィールド３，サブフィールド４，サブフィールド５およびサブフィールド７のオン制御の組み合わせの他に、サブフィールド３，サブフィールド６，サブフィールド７の組み合わせも可能であるが、本実施例のように当該輝度の表示が可能なサブフィールドのオン・オフ制御の組み合わせのうち、オフ制御からオン制御に変化するサブフィールドのうち最も輝度重みの大きいサブフィールドに隣接したサブフィールドはオフ制御となる組み合わせ優先して選択することととすれば、サブフィールド３，サブフィールド４，サブフィールド５およびサブフィールド７のオン制御の組み合わせを採用することになる。
【００２０】
このように、入力信号のレベルが変化して、これに対する所定の輝度の発光を得る目的で、現在オン制御されているサブフィールドの輝度重みより大きい輝度重みを有するサブフィールドを新たにオン制御する必要が発生した場合、各サブフィールドの発光の分布が大きく変化することになるが、このように発光の分布の大きな変化が避けられない場合には、前記した制御によって、発光の分布の変化の方向を分散できるため、発生する動画疑似輪郭の大部分を等価的にキャンセルする効果が得られる。
【００２１】
また、図２に示したように、輝度重みの小さいサブフィールドの輝度重みは、それぞれ１，２，４，８となっており、動画疑似輪郭の発生程度の小さい低輝度では通常の２進法表現と同様の組み合わせで符号化することができ、サブフィールド数を増やさずに所定の輝度を表現することができる。一方、その他のサブフィールドの輝度重みは、ほぼ一定の差で増加または減少する輝度重みをもった複数のサブフィールドより構成されており、中輝度から高輝度部分では前記したように、最も輝度重みの大きいサブフィールドに隣接したサブフィールドはオフ制御となる組み合わせ優先して選択するという符号化により、等価的に動画疑似輪郭の大部分をキャンセルして表示することができ、全体としてサブフィールド数をあまり増大させずに、動画疑似輪郭の発生を抑えた多階調画像表示が可能となる。図４〜図６を用いて、本発明の実施の形態の効果を説明する。図４はランプ波形と呼ばれる画像を示すものであり、水平方向は画面位置、垂直方向は相対的な信号レベルを示す。図５は図４に示されるようなランプ波形を、本発明の実施の形態によって表示した場合に観測される波形をシミュレーションにて再現したものであり、元の波形からの揺らぎが動画疑似輪郭の発生を示す。図６に従来の８サブフィールドを用いた表示方法にしたがって同じ画像を表示した場合の波形のシミュレーション結果を示す。図５および図６の比較から明らかなように、本発明の実施の形態によれば、揺らぎのピーク値が著しく減少しており、動画疑似輪郭として認識される階調表示乱れが大幅に改善される。
【００２２】
なお、本実施の形態１では、１２サブフィールドで、それぞれの輝度重みを、１：２：４：８：１２：１６：：２４：２８：３２：３６：４０：４８の構成にしたが、１２サブフィールドで、１：２：４：８：１２：２０：２４：２８：３２：３６：４０：４８という輝度重みの構成比にしてもよい。
あるいは、サブフィールドを１１個にして、それぞれの輝度重みを１：２：４：８：１６：２４：３２：３６：４０：４４：４８にしてもよい。
【００２３】
あるいは、サブフィールドを１０個にして、それぞれの輝度重みを、１：２：４：８：１６：２４：３２：４８：５６：６４にしてもよい。
あるいは、サブフィールドを９個にして、それぞれの輝度重みを１：２：４：８：１６：３２：４８：６４：８０にしてもよい。
また、これら輝度重みの構成順序は降順であっても昇順であってもかまわない。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、画像の１フィールド分を、複数のサブフィールドの画像に分割して表示して多階調表示を行う表示装置において、動画像表示時に発生する中間調表示の階調乱れを改善して表示する多階調画像表示装置に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態１における多階調画像表示装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態１におけるサブフィールド番号と各サブフィールドの輝度重み付けを示す図
【図３】本発明の実施の形態１におけるサブフィールドのオン・オフ制御の方法を示す図
【図４】ランプ波形の例を示す図
【図５】本発明の実施の形態１における動画疑似輪郭の発生の様子を示す図
【図６】従来の８サブフィールドを用いた方法による動画疑似輪郭の発生の様子を示す図
【図７】動画疑似輪郭の発生原因を説明する図
【図８】隣接した２つのレベルを有する画像例を示す図
【図９】１０サブフィールドを用いた従来例における動画疑似輪郭の発生を説明する図
【図１０】１０サブフィールドを用いた従来例におけるサブフィールドのオン・オフ制御の方法を示す図
【符号の説明】
【００２６】
１  入力画像信号
２  Ａ／Ｄ変換器
３  サブフィールド変換回路
４  プラズマディスプレイ
【図１】
2006209147.tif 000003
【図２】
2006209147.tif 000004
【図３】
2006209147.tif 000005
【図４】
2006209147.tif 000006
【図５】
2006209147.tif 000007
【図６】
2006209147.tif 000008
【図７】
2006209147.tif 000009
【図８】
2006209147.tif 000010
【図９】
2006209147.tif 000011
【図１０】
2006209147.tif 000012