(57)【要約】【課題】この発明は、映像信号中の微小な変化部分を拡大することができ、しかも映像信号中の大きな変化部分が拡大されすぎるのを抑制することができる映像信号処理回路を提供することを目的とする。【解決手段】差分データを注目画素の画素データに加算する手段、加算出力データと、注目画素の画素データに対応する入力映像信号レベルに対して予め設定された所定のデータ範囲とを比較し、加算出力データが所定のデータ範囲の上限を越えているときには、加算出力データを所定のデータ範囲の上限値に置き換え、加算出力データが所定のデータ範囲の下限未満であるときには、加算出力データを所定のデータ範囲の下限値に置き換える手段を備えている。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力映像信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器を備えた映像信号処理回路において、
注目画素の左右の両側部分の画素データの平均値である左右両側平均値を算出する第１手段、
注目画素の画素データと左右両側平均値との差分データを算出する第２手段、
第２手段によって算出された差分データが大きい場合に、上記差分データを減衰させる第３手段、
第３手段によって得られた差分データを、注目画素の画素データに加算する第４手段、ならびに
第４手段によって得られた加算出力データと、注目画素の画素データに対応する入力映像信号レベルに対して予め設定された所定のデータ範囲とを比較し、加算出力データが所定のデータ範囲の上限を越えているときには、加算出力データを所定のデータ範囲の上限値に置き換え、加算出力データが所定のデータ範囲の下限未満であるときには、加算出力データを所定のデータ範囲の下限値に置き換える第５手段、
を備えていることを特徴とする映像信号処理回路。
【請求項２】
第５手段における所定のデータ範囲は、注目画素の画素データに対応する入力映像信号レベルに対して１００％を越える所定の第１の比率を掛けた値を上限値とし、注目画素の画素データに対応する入力映像信号レベルに対して１００％未満の所定の第２の比率を掛けた値を下限値としたデータ範囲であることを特徴とする請求項１に記載の映像信号処理回路。
【請求項３】
第３手段は、黒側への差分データに対する減衰効果に比べて、白側への差分データに対する減衰効果が高くなるような入出力特性を有していることを特徴とする請求項１および２のいずれかに記載の映像信号処理回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、映像信号処理回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
映像信号処理回路にＡ／Ｄ変換器を用いたディスプレイ装置では、Ａ／Ｄ変換器の量子化ビット数に応じて、再現できる映像信号のとりうる範囲（ダイナミックレンジ）が決定される。
【０００３】
このダイナミックレンジを等価的に拡張する手段として、Ａ／Ｄ変換器への入力映像信号レベルがダイナミックレンジに対して小さい場合、可変ゲインアンプによって出力映像信号の振幅を変化させる技術がある。この例を図１に示す。
【０００４】
図１において、輝度信号Ｙは、可変ゲインアンプ１０１に入力される。可変ゲインアンプ１０１の出力は、Ａ／Ｄ変換器１０３に送られて、ｎビットのデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器１０３から出力されるデジタル信号は、解像度変換回路（スケーラー）１０４によって解像度変換が行われた後に、ＬＣＤ、ＰＤＰ、ＤＬＰ等の表示パネル１０５に送られる。
【０００５】
可変ゲインアンプ１０１のゲインは、最大値検出回路１０２から出力されるゲインコントロール信号によって制御される。最大値検出回路１０２は、映像信号の最も大きな部分の電圧をホールドし、Ａ／Ｄ変換のダイミックレンジの最大値に対応する所定の電圧と比較する。そして、その差分値に基づいて、ゲインコントロール信号を生成する。
【０００６】
図２は、最大値検出回路２の一例を示している。
【０００７】
輝度信号Ｙの最大値は、ダイオード１１１によってコンデンサ１１２に保持される。コンデンサ１１１に保持された電圧は、電池１１４によって与えられるＡ／Ｄ変換のダイナミックレンジの最大値に対応する所定の電圧と、第１の差動増幅器１１３によって比較される。第１の差動増幅器１１３の出力は、第２の差動増幅器１１５に送られる。第２の差動増幅器１１５の出力がゲインコントロール信号となる。
【０００８】
コンデンサ１１１に保持された電圧がＡ／Ｄ変換のダイナミックレンジの最大値に対応する所定の電圧より大きい場合には、ゲインコントロール信号電圧が下がり、コンデンサ１１１に保持された電圧がＡ／Ｄ変換のダイナミックレンジの最大値に対応する所定の電圧より小さい場合には、ゲインコントロール信号電圧が上がる。可変ゲインアンプ１０１のゲインは、ゲインコントロール信号電圧に比例するように制御される。
【０００９】
したがって、Ａ／Ｄ変換器１０３のダイナミックレンジに相当する振幅をもった映像信号がＡ／Ｄ変換器１０３に供給されるようになる。
【００１０】
上記のような技術を用いた映像信号処理回路においては、入力映像信号が動画の映像信号である場合には、信号中の最も振幅の大きな部分が変化すると、それ以外の部分も連動して振幅が変化するため、随時、明るさが変化する。このため、入力映像信号中に振幅が変化しない部分があっても、信号中の最も振幅の大きな部分が変化すると、入力映像信号では変化しない部分においても表示画面上では明るさが変動してしまう。この結果、入力映像信号を忠実に再現できないという問題がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、映像信号中の微小な変化部分を拡大することができ、しかも映像信号中の大きな変化部分が拡大されすぎるのを抑制することができる映像信号処理回路を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、入力映像信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器を備えた映像信号処理回路において、注目画素の左右の両側部分の画素データの平均値である左右両側平均値を算出する第１手段、注目画素の画素データと左右両側平均値との差分データを算出する第２手段、第２手段によって算出された差分データが大きい場合に、上記差分データを減衰させる第３手段、第３手段によって得られた差分データを、注目画素の画素データに加算する第４手段、ならびに第４手段によって得られた加算出力データと、注目画素の画素データに対応する入力映像信号レベルに対して予め設定された所定のデータ範囲とを比較し、加算出力データが所定のデータ範囲の上限を越えているときには、加算出力データを所定のデータ範囲の上限値に置き換え、加算出力データが所定のデータ範囲の下限未満であるときには、加算出力データを所定のデータ範囲の下限値に置き換える第５手段を備えていることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の映像信号処理回路において、第５手段における所定のデータ範囲は、注目画素の画素データに対応する入力映像信号レベルに対して１００％を越える所定の第１の比率を掛けた値を上限値とし、注目画素の画素データに対応する入力映像信号レベルに対して１００％未満の所定の第２の比率を掛けた値を下限値としたデータ範囲であることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１乃至２に記載の映像信号処理回路において、第３手段は、黒側への差分データに対する減衰効果に比べて、白側への差分データに対する減衰効果が高くなるような入出力特性を有していることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図３〜図７を参照して、この発明を液晶表示装置の映像信号処理回路に提供した場合の実施の形態について説明する。
【００１６】
図３は、液晶表示装置に設けられた映像信号処理回路の構成を示している。
【００１７】
輝度信号Ｙは、アンプ１に入力される。アンプ１の出力は、Ａ／Ｄ変換器２に送られて、デジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器２から出力されるデジタル信号は、ダイナミックレンジ拡張回路３に送られる。ダイナミックレンジ拡張回路３は、映像の微小な変化を拡大することにより、視覚的なダイナミックレンジを拡張するものである。ダイナミックレンジ拡張回路３の構成および動作については後述する。
【００１８】
ダイナミックレンジ拡張回路３から出力される信号は、解像度変換回路（スケーラー）４に送られて、解像度変換が行われる。解像度変換回路４から出力される信号は、ＬＣＤパネル５に送られる。
【００１９】
図４は、ダイナミックレンジ拡張回路３の構成を示している。
【００２０】
ダイナミックレンジ拡張回路３は、フィルタ（ＦＩＬＴＥＲ）３１、第１のリミッタ（ＬＩＭＩＴＥＲ）３２、加算器３３および第２のリミッタ（ＬＩＭＩＴＥＲ）３４から構成されている。
【００２１】
Ａ／Ｄ変換器２から出力されるデジタルデータがダイナミックレンジ拡張回路３に、Ｙｉｎ  として入力する。このデジタルデータＹｉｎ  は、フィルタ３１、加算器３３および第２のリミッタ３４に入力される。
【００２２】
フィルタ３１は、Ｙｉｎ  信号の高周波成分を取り出す。フィルタ３１は、隣接４タップ平均（ＡＶ４）と隣接２タップ平均（ＡＶ２）とでＢＰＦ特性を作っている。つまり、注目画素のＹ信号をＹ（ｎ）とし、注目画素の左隣の画素の信号をＹ（ｎ−１）とし、そのさらに左隣の信号をＹ（ｎ−２）とし、注目画素の右隣の画素の信号をＹ（ｎ＋１）とし、そのさらに右隣の信号をＹ（ｎ＋２）とし、注目画素のＹ信号に対するフィルタ３１の出力をＦｏｕｔとすると、Ｆｏｕｔは次式（１）で表される。
【００２３】
ＡＶ２  ＝｛Ｙ（ｎ−１）＋Ｙ（ｎ＋１）  ｝／２
ＡＶ４  ＝｛Ｙ（ｎ−２）＋Ｙ（ｎ−１）＋Ｙ（ｎ＋１）＋Ｙ（ｎ＋２）  ｝／４
Ｆｏｕｔ＝Ｙ（ｎ）−（ＡＶ４−ＡＶ２）
【００２４】
Ｆｏｕｔ  は、「Ｙ（ｎ）−（ＡＶ４）」で構成したハイパスフィルター特性から、「Ｙ（ｎ）−（ＡＶ２）」で構成したハイパスフィルター特性を減算することによって、ＢＰＦ  特性を得ている。これは、一般的には、映像信号には、ノイズが含まれており、これを強調しないようにするためである。特に、１タップ単位のドット状ノイズには効果がある。従って、ノイズが十分に小さい映像信号であれば、「Ｆｏｕｔ＝Ｙ（ｎ）−（ＡＶ４）」としてもよい。
【００２５】
フィルタ３１によって取り出された高周波成分は、第１のリミッタ３２に送られる。第１のリミッタ３２は、フィルタ３１によって取り出された高周波成分に対して振幅制限を行い、高周波成分のうち大きな振幅の成分を減衰させる。この処理により、映像信号中の細かい変化のみを抽出することができるようになる。
【００２６】
図５は、第１のリミッタ３２の入出力特性を示している。図５では、入力信号が１０ビット幅（０〜１０２３）であることを前提としている。
【００２７】
図５に示すように、この例では、第１のリミッタ３２の入力信号のプラス側（白側）とマイナス側（黒側）とにおいて、第１のリミッタ３２の特性の傾斜と変局点とが異なっている。この例では、第１のリミッタ３２の入力信号がマイナス側（黒側）である場合には、第１のリミッタ３２の入力信号がプラス側（白側）である場合に比べて、振幅制限の効果が少なくなるようにしている。これは、人間の視覚特性によって、白のピークは認識されやすく目立つが、黒のピークは認識されにくく目立ちにくいからである。
【００２８】
第１のリミッタ３２によって振幅制限が行われた高周波成分は加算器３３に送られる。加算器３３では、原信号（注目画素のデータ）に振幅制限が行われた高周波成分が加算される。
【００２９】
図６にＹｉｎ  で示すように、映像信号のステップ状の変化部分が入力されたとする。図６において、直線（ＡＶ４−ＡＶ２）  は、注目画素の隣接４タップ平均（ＡＶ４）と注目画素の隣接２タップ平均（ＡＶ２）との差（ＡＶ４−ＡＶ２）  を表している。また、図６において、折れ線｛Ｙｉｎ−（ＡＶ４−ＡＶ２）  ｝は、注目画素のデータＹｉｎ  と（ＡＶ４−ＡＶ２）  との差分値｛Ｙｉｎ−（ＡＶ４−ＡＶ２）  ｝を表している。
【００３０】
元の映像信号Ｙｉｎ  に、差分値｛Ｙｉｎ−（ＡＶ４−ＡＶ２）  ｝をそのまま加算すると、図６の右側にＹａで示すように、両エッジ部分に大きな偽輪郭が発生してしまう。
【００３１】
そこで、偽輪郭の振幅を減衰させるために、上記第１のリミッタ３２によって、差分値｛Ｙｉｎ−（ＡＶ４−ＡＶ２）  ｝の振幅を制限しているのである。たとえば、差分値｛Ｙｉｎ−（ＡＶ４−ＡＶ２）  ｝のプラス側（白側）の振幅が制限されたとすると、図６にＹｂで示すように、プラス側（白側）の偽輪郭の振幅が低減せしめられる。
【００３２】
加算器３３の出力（加算出力データ）は、第２のリミッタ３４に送られる。ところで、表示機器のガンマ特性、明るさ、さらに原信号の低域周波数をも含めた原信号の振幅と加算出力データとの振幅比により、第１のリミッタ３２によって振幅制限が行われた高周波成分を、映像信号の輝度の高い部分に加算した場合には視覚的に補正量が小さく見え、逆に映像信号の輝度の低い部分に加算した場合には視覚的に補正量が目立って見える。
【００３３】
そこで、第２のリミッタ３４では、原信号（注目画素のデータ）Ｙ（ｎ）の輝度レベルに対して、加算出力データが注目画素データＹ（ｎ）に対して白側の補正が行われているものである場合には、Ｙ（ｎ）の＋３％が上限となるように加算出力データの振幅を制限し、加算出力データが注目画素データＹ（ｎ）に対して黒側の補正が行われているものである場合には、Ｙ（ｎ）の−６％が下限となるように加算出力データの振幅を制限する。第２のリミッタ３４の特性を図７に示す。
【００３４】
第２のリミッタ３４の処理を具体的に説明する。
【００３５】
まず、加算出力データと注目画素データＹ（ｎ）とを比較する。加算出力データが注目画素データＹ（ｎ）以上である場合には、つまり、白側の補正が行われている場合には、加算出力データが注目画素データＹ（ｎ）の１０３％を越えているか否かを判別する。加算出力データが注目画素データＹ（ｎ）の１０３％を越えている場合には、加算出力データを注目画素データＹ（ｎ）の１０３％に補正する。加算出力データが注目画素データＹ（ｎ）の１０３％以下である場合には、加算出力データをそのまま出力する。
【００３６】
加算出力データが注目画素データＹ（ｎ）未満である場合には、つまり、黒側の補正が行われている場合には、加算出力データが注目画素データＹ（ｎ）の９４％未満であるか否かを判別する。加算出力データが注目画素データＹ（ｎ）の９４％未満である場合には、加算出力データを注目画素データＹ（ｎ）の９４％に補正する。加算出力データが注目画素データＹ（ｎ）の９４％以上である場合には、加算出力データをそのまま出力する。
【００３７】
上記実施の形態によれば、不自然なピークや輪郭を目立たないようにしながら、映像信号中の微小な変化を大きくすることができ、従来では見えにくい信号の変化が大きくなり、視覚的なダイナミックレンジを拡張することができる。
【００３８】
【発明の効果】
この発明によれば、映像信号中の微小な変化部分を拡大することができ、しかも映像信号中の大きな変化部分が拡大されすぎるのを抑制することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａ／Ｄ変換器への入力映像信号レベルがダイナミックレンジに対して小さい場合、可変ゲインアンプによって出力映像信号の振幅を変化させる技術を利用したて従来の信号処理回路の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の最大値検出回路の構成例を示す電気回路図である。
【図３】液晶表示装置に設けられた映像信号処理回路の構成を示すブロック図である。
【図４】ダイナミックレンジ拡張回路３の構成を示すブロック図である。
【図５】第１のリミッタ３２の入出力特性を示すグラフである。
【図６】第１のリミッタ３２の作用を説明するための模式図である。
【図７】第２のリミッタ３４の特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１  アンプ
２  Ａ／Ｄ変換器
３  ダイナミックレンジ拡張回路
４  解像度変換回路
５  ＬＣＤパネル
３１  フィルタ
３２  第１のリミッタ
３３  加算器
３４  第２のリミッタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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