(57)【要約】【課題】ダイナミックレンジの狭い映像においても明暗のはっきりしたメリハリのある表示を可能とする。【解決手段】入力された１フレームの映像信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換部１と、それぞれが異なる輝度比を有して１フレームを構成する複数のサブフィールドを生成するサブフィールド構成部４と、デジタルデータに応じた輝度比のサブフィールドを選択し、選択したサブフィールドの輝度比に基づきＰＤＰ８の階調表示を行う駆動部７とを備えた表示装置において、階調変換を行う範囲を設定するヒストグラム作成部９および最大値検出・最小値設定部１０と、設定された範囲のデジタルデータに対して所定の変換式による階調変換を行う階調変換部を有する入力信号処理部２とを設けた。【選択図】        図１
2004212809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された１フレームの映像信号をデジタルデータに変換するとともに、それぞれが異なる輝度比を有して１フレームを構成する複数のサブフィールドの中から前記デジタルデータに応じた輝度比のサブフィールドを選択し、選択したサブフィールドの輝度比に基づき表示部の階調表示を行う表示装置において、
所定範囲の前記デジタルデータに対して所定の変換式による階調変換を行う階調変換手段と、
前記階調変換手段に前記階調変換を行う所定範囲を設定する範囲設定手段と
を有することを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記範囲設定手段は、
入力された映像信号の統計的性質に基づいて前記階調変換を行う範囲を設定することを特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項３】
前記階調変換手段により階調変換されたデジタルデータと前記階調変換前のデジタルデータとの大小を比較し値の大きいデジタルデータを選択的に出力する暗部補償手段を有することを特徴とする請求項１または２記載の表示装置。
【請求項４】
前記暗部補償手段の出力するデジタルデータを逆γ補正する逆γ補正手段と、
前記逆γ補正手段の出力する逆γ補正されたデジタルデータと前記階調変換前のデジタルデータとの大小を比較し値の小さいデジタルデータを選択的に出力する階調補償手段と
を有することを特徴とする請求項３記載の表示装置。
【請求項５】
前記サブフィールドの発光維持パルス数を可変する発光維持パルス制御手段を有する
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の表示装置。
【請求項６】
前記発光維持パルス制御手段は、
前記入力された映像信号の平均輝度レベルを算出し、この平均輝度レベルが所定のしきい値より低いときに、輝度比の小さいサブフィールドの発光維持パルス数を減少させ、かつ輝度比の大きいサブフィールドの発光維持パルス数を増加させることを特徴とする請求項５記載の表示装置。
【請求項７】
入力された１フレームの映像信号をデジタルデータに変換するとともに、それぞれが異なる輝度比を有して１フレームを構成する複数のサブフィールドの中から前記デジタルデータに応じた輝度比のサブフィールドを選択し、選択したサブフィールドの輝度比に基づき表示部の階調表示を行う表示装置の階調表示方法であって、
所定範囲の前記デジタルデータに対して所定の変換式による階調変換を行う階調変換段階と、
前記階調変化段階で用いる前記階調変換を行う所定範囲を設定する範囲設定段階と
を有することを特徴とする階調表示方法。
【請求項８】
前記範囲設定段階は、
入力された映像信号の統計的性質に基づいて前記階調変換を行う範囲を設定することを特徴とする請求項７記載の階調表示方法。
【請求項９】
前記階調変換段階により階調変換されたデジタルデータと前記階調変換前のデジタルデータとの大小を比較し値の大きいデジタルデータを選択的に出力する暗部補償段階を有する
ことを特徴とする請求項７または８記載の階調表示方法。
【請求項１０】
前記暗部補償段階で出力するデジタルデータを逆γ補正する逆γ補正段階と、
前記逆γ補正段階で逆γ補正されたデジタルデータと前記階調変換前のデジタルデータとの大小を比較し値の小さいデジタルデータを選択的に出力する階調補償段階と
を有することを特徴とする請求項９記載の階調表示方法。
【請求項１１】
前記サブフィールドの発光維持パルス数を可変する発光維持パルス制御段階を有する
ことを特徴とする請求項７から１０のいずれかに記載の階調表示方法。
【請求項１２】
前記発光維持パルス制御段階は、
前記入力された映像信号の平均輝度レベルを算出し、この平均輝度レベルが所定のしきい値より低いときに、輝度比の小さいサブフィールドの発光維持パルス数を減少させ、かつ輝度比の大きいサブフィールドの発光維持パルス数を増加させることを特徴とする請求項１１記載の階調表示方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマディスプレイパネル等の表示パネルの階調表示を行う表示装置および階調表示方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プラズマディスプレイパネル（以下、ＰＤＰ）等の画素が発光と非発光の２つの状態のみを有する表示パネルを用いた表示装置で階調表示を行う場合は、１／６０秒に相当する１フレーム表示期間を、走査期間と発光維持期間とを有し発光維持期間がそれぞれ重み付けされて設定され画素の階調表示用として用いられる複数のサブフィールドにより構成している。発光維持期間は画素の点灯期間であり、各発光維持期間の相対比が発光輝度に比例するように重み付けされている。
【０００３】
図３の例は、１フレーム表示期間が８個のサブフィールドＳＦ１〜ＳＦ８により構成され、８個の階調ビットにより２５６階調表示を行う例である。すなわち、最上位の階調ビット（８ビット目）がサブフィールドＳＦ１に対応するとともに、以下順に、７ビット目の階調ビットがサブフィールドＳＦ２に、６ビット目の階調ビットがサブフィールドＳＦ３に、５ビット目の階調ビットがサブフィールドＳＦ４に、４ビット目の階調ビットがサブフィールドＳＦ５に、３ビット目の階調ビットがサブフィールドＳＦ６に、２ビット目の階調ビットがサブフィールドＳＦ７にそれぞれ対応し、最下位の階調ビット（１ビット目）がサブフィールドＳＦ８に対応する。
【０００４】
このように各サブフィールドＳＦ１〜ＳＦ８では、発光維持期間がそれぞれ階調数１２８（＝２７），６４（＝２６），３２（＝２５），１６（＝２４），８（＝２３），４（＝２２），２（＝２１），１（＝２０）として重み付けされている。この場合、発光維持期間が発光輝度の相対比を示すようにするため、重み付けされる階調数をそれぞれが発光維持期間にＰＤＰへ印加される発光維持パルスの数とする。
【０００５】
また、各サブフィールドＳＦ１〜ＳＦ８は発光維持期間のほかに走査期間を有している。サブフィールドＳＦ１の走査期間では、ＰＤＰを駆動する駆動部に最上位ビット（８ビット目）の表示データに対応するＰＤＰの各画素への表示データの書き込みを行う。ＰＤＰの全画面の表示データの書き込みが終了すると、発光維持期間ではＰＤＰの全画面に発光維持パルスを例えば１２８回印加して書き込みが行われた画素だけ発光表示させる。
【０００６】
次に、サブフィールドＳＦ２の走査期間では、７ビット目の表示データに対応する各画素への表示データの書き込みを行う。ＰＤＰの全画面の書き込みが終了すると、発光維持期間ではＰＤＰの全画面に発光維持パルスを例えば６４回印加して、書き込みが行われた画素だけ発光表示させる。以下、サブフィールドＳＦ３，ＳＦ４，ＳＦ５，ＳＦ６，ＳＦ７，ＳＦ８についても、走査期間ではそれぞれ対応するビットの表示データに応じた各画素への表示データの書き込みを行い、これが終了すると、次の発光維持期間では発光維持パルスをそれぞれ３２回，１６回，８回，４回，２回，１回印加して書き込みが行われた画素だけ発光表示させる。
【０００７】
このように、ＰＤＰ等の表示パネルでは画素が発光と非発光の２つの状態しか有しないことから、中間の階調を表現するため、前述したように、１フレーム表示期間を複数のサブフィールドに分割するとともに、各サブフィールドにおいて表示データの輝度レベル値に対応した重み付けを行いその重み付けに応じた発光回数で対応の画素を発光させるようにしている。
【０００８】
このため、このような表示パネルで階調表示を行うためには、アナログ映像信号を階調数に応じたビット数のデジタルデータに変換して与える必要がある。ところで、アナログ映像信号をデジタルデータに変換するために用いられるＡ／Ｄ変換器は、所定の入力範囲のアナログ信号を所定のビット数のデジタルデータに変換する。例えば、入力範囲が０〜１Ｖの８ビットＡ／Ｄ変換器は、０〜１Ｖのアナログ信号を０〜２５５のデジタルデータに変換して出力する。このため、アナログ映像信号が０〜１Ｖの範囲であれば２５６階調が得られるが、ダイナミックレンジの狭い映像のように、例えばアナログ映像信号が０．１〜０．６Ｖの範囲であった場合には１２８階調の表示となってしまい、十分な階調数が得られないという問題があった。
【０００９】
従来は、この問題に対する対策として、Ａ／Ｄ変換器に前置してレベル調整器を設け、入力されたアナログ映像信号の最大値がＡ／Ｄ変換器の最大入力値となるように調整していた（例えば、特許文献１参照。）。例えば、アナログ映像信号の最小値と最大値が０．１と０．６Ｖであった場合には、最大値が１．０Ｖとなるようにレベル調整器によってアナログ映像信号を増幅する。これにより、アナログ映像信号は最小値が０．１７Ｖ、最大値が１．０Ｖとなり、最小値と最大値の電圧差が０．５Ｖから０．８３Ｖに拡大される。この結果、最小値と最大値の階調差が１２８階調から２１１階調に増大する。このようにすることにより、ダイナミックレンジの狭い映像で十分な階調表現を可能にしていた。
なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１０−０９１１２１号公報（第２頁、図６−図１２）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の方法では、表示画像の低輝度部と高輝度部の輝度差が減少し、表示画像のコントラストが低下するという問題があった。これは、入力されたアナログ映像信号の最大値がＡ／Ｄ変換器の最大入力値となるように、入力されたアナログ映像信号全体がレベル調整器によってレベルアップされるため、低輝度部の輝度が上昇する一方、最大輝度は変わらないことによる。
本発明は、前述した問題を解決するためになされたものであり、ダイナミックレンジの狭い映像においても明暗のはっきりしたメリハリのある表示が可能な表示装置およびその階調表示方法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】
このような課題を解決するために本発明は、入力された１フレームの映像信号をデジタルデータに変換するとともに、それぞれが異なる輝度比を有して１フレームを構成する複数のサブフィールドの中からデジタルデータに応じた輝度比のサブフィールドを選択し、選択したサブフィールドの輝度比に基づき表示部の階調表示を行う表示装置において、所定範囲のデジタルデータに対して所定の変換式による階調変換を行う階調変換手段と、階調変換手段に階調変換を行う所定範囲を設定する範囲設定手段とを設けたことによって特徴づけられる。
【００１３】
この場合、範囲設定手段は入力された映像信号の統計的性質に基づいて階調変換を行う範囲を設定する。ここで、映像信号の統計的性質は、映像信号のヒストグラムを作成して求めることができる。すなわち、範囲設定手段は、表示しようとする画像について１フレームの映像信号をもとに階調レベルごと（例えば０〜２５５の２５６階調レベルごと）に画素数を計数し、ヒストグラムを作成する。さらに、作成したヒストグラムから階調変換を行う階調レベルの範囲を決定する。階調変換手段は、所定の変換式により、範囲設定手段により決定された範囲の階調レベルを０〜２５５の階調範囲に拡大する階調変換を行う。これにより、アナログ映像信号全体をレベルアップすることなくダイナミックレンジの狭い映像の階調差を拡大することができる。
【００１４】
この表示装置の一構成例は、階調変換手段により階調変換されたデジタルデータと階調変換前のデジタルデータとの大小を比較し値の大きいデジタルデータを選択的に出力する暗部補償手段を有する。これにより、低輝度部の輝度上昇を防止するとともに、範囲設定手段で決定された範囲の階調レベルよりも階調レベルの低い（０に近い）暗部階調部の欠落を補償することができる。この場合、暗部補償手段の出力するデジタルデータを逆γ補正する逆γ補正手段と、逆γ補正手段の出力する逆γ補正されたデジタルデータと階調変換前のデジタルデータとの大小を比較し値の小さいデジタルデータを選択的に出力する階調補償手段とを設けるようにしてもよい。これにより、低輝度部の輝度上昇防止と暗部階調部の欠落補償に加えて高輝度部の輝度飽和防止を行うことができる。
【００１５】
また、この表示装置の別の構成例は、サブフィールドの発光維持パルス数を可変する発光維持パルス制御手段を有する。この場合、発光維持パルス制御手段は入力された映像信号の平均輝度レベルを算出し、この平均輝度レベルが所定のしきい値より低いときに、輝度比の小さいサブフィールドの発光維持パルス数を減少させ、かつ輝度比の大きいサブフィールドの発光維持パルス数を増加させる。これにより、暗い表示画像において、一部分のみ明るい箇所がある場合でも暗部の階調表現が十分できるとともに、明るい箇所も強調される表示が可能となる。
【００１６】
また、本発明は、入力された１フレームの映像信号をデジタルデータに変換するとともに、それぞれが異なる輝度比を有して１フレームを構成する複数のサブフィールドの中から前記デジタルデータに応じた輝度比のサブフィールドを選択し、選択したサブフィールドの輝度比に基づき表示部の階調表示を行う表示装置の階調表示方法であって、所定範囲のデジタルデータに対して所定の変換式による階調変換を行う階調変換段階と、階調変化段階で用いる階調変換を行う所定範囲を設定する範囲設定段階とを有することによって特徴づけられる。
【００１７】
この場合、範囲設定段階は、入力された映像信号の統計的性質に基づいて階調変換を行う範囲を設定する。また、この階調表示方法の一構成例は、階調変換段階により階調変換されたデジタルデータと階調変換前のデジタルデータとの大小を比較し値の大きいデジタルデータを選択的に出力する暗部補償段階を有する。さらに、暗部補償段階で出力するデジタルデータを逆γ補正する逆γ補正段階と、逆γ補正段階で逆γ補正されたデジタルデータと階調変換前のデジタルデータとの大小を比較し値の小さいデジタルデータを選択的に出力する階調補償段階とを有するようにしてもよい。
【００１８】
また、さらにサブフィールドの発光維持パルス数を可変する発光維持パルス制御段階を有するようにしてもよい。この場合、発光維持パルス制御段階は、入力された映像信号の平均輝度レベルを算出し、この平均輝度レベルが所定のしきい値より低いときに、輝度比の小さいサブフィールドの発光維持パルス数を減少させ、かつ輝度比の大きいサブフィールドの発光維持パルス数を増加させる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に図を用いて本発明の実施の形態を説明する。
［第１の実施の形態］
本実施の形態にかかる表示装置は、各画素が発光と非発光の２つの状態のみを有するＰＤＰを用いた表示装置である。一般に、ＰＤＰの表示装置では、１フレーム表示期間（１画面の表示期間である１フィールド期間）を、発光維持期間がそれぞれ重み付けされた複数のサブフィールドに分割するとともに、入力されたアナログ映像信号をＡ／Ｄ変換してサブフィールド数に応じたビット数のデジタルデータとし、変換したビットデータに応じたサブフィールドによりＰＤＰの対応する画素を発光させて所定の階調の画像を得るようにしている。
【００２０】
図１と図２は、本実施の形態にかかる表示装置の第１の実施の形態を示すブロック図であり、図１は表示装置全体の構成を示し、図２は図１の入力信号処理部２の構成を示す。図１に示すように、この表示装置は、ＰＤＰ８、Ａ／Ｄ変換部１、入力信号処理部２、同期分離部３、サブフィールド構成部４、システムクロック発生部５、駆動部７、ヒストグラム作成部９および最大値検出・最小値設定部１０を有する。
【００２１】
ここで、この表示装置に入力されたアナログ映像信号は、Ａ／Ｄ変換部１と同期分離部３とにそれぞれ入力される。Ａ／Ｄ変換部１は、入力されたアナログ映像信号をサブフィールド数に応じたビット数にＡ／Ｄ変換しデジタル映像データａとして出力するものである。この場合、Ａ／Ｄ変換部１は、入力されたアナログ映像信号を画素ごとに８ビットのデジタルデータに変換し、入力信号処理部２とヒストグラム作成部９とにそれぞれ入力する。
【００２２】
ヒストグラム作成部９は、入力されたデジタルデータから階調値毎の画素数を計数し、１フレーム分のヒストグラムを作成する。さらに作成したヒストグラムを最大値検出・最小値設定部１０に入力する。最大値検出・最小値設定部１０は、ヒストグラムが入力されると、このヒストグラムのデータから情報量の少ない高階調部分を除外して最大値（ｍａｘ）の検出を行うとともに、この最大値に対応させて最小値（ｍｉｎ）を設定する。さらに、当該最大値と当該最小値とを入力信号処理部２に入力する。入力信号処理部２は、最大値検出・最小値設定部１０から入力される最大値と最小値とに応じて、Ａ／Ｄ変換部１から入力される１フレーム分のデジタルデータに後述する変換処理を行って表示データを生成し、駆動部７に入力する。
【００２３】
同期分離部３は、入力されたアナログ映像信号から垂直同期信号を分離し、分離した垂直同期信号をサブフィールド構成部４に入力する。サブフィールド構成部４は、同期分離部３から垂直同期信号が入力されるとともに、システムクロック発生部５の発生する内部クロック信号が入力される。このサブフィールド構成部４は、同期分離部３から入力された垂直同期信号を基準とし、システムクロック発生部５から入力された内部クロック信号により、各サブフィールドの輝度の相対値に応じた発光時間を決定し、第１サブフィールド（以下、ＳＦ１と記す。）から第ｎサブフィールド（以下、ＳＦｎと記す。）までのタイミングを設定する。さらに設定したＳＦ１〜ＳＦｎのタイミングに応じたタイミング制御信号を生成し、駆動部７に入力する。
【００２４】
駆動部７は、入力信号処理部２から入力された表示データと、サブフィールド構成部４から入力されたタイミング制御信号とに基づいてＰＤＰ８を駆動する。この場合、駆動部７は、ＳＦ１〜ＳＦｎの発光動作を繰り返し行う。本実施の形態では従来と同様に、図３に示すような、発光維持期間がそれぞれ階調数（発光輝度の相対比：発光維持パルス数に比例）１２８（＝２７），６４（＝２６），３２（＝２５），１６（＝２４），８（＝２３），４（＝２２），２（＝２１），１（＝２０）として重み付けされた８個のサブフィールドＳＦ１〜ＳＦ８を組み合わせてＰＤＰ８内の各画素の２５６（＝２８）階調表示を実現する。
【００２５】
次に、階調変換処理と各部の動作について詳細に説明する。
まず、Ａ／Ｄ変換部１について、図４を参照して説明する。図４は、Ａ／Ｄ変換部１の入出力特性および階調変換部１２の入出力特性をそれぞれ表す図である。同図において、ＢとＡを結ぶグラフａがＡ／Ｄ変換部１の出力を、Ｂ，Ｄ，Ｃ，Ａを結ぶグラフｂが後述する階調変換部１２の出力を、Ｂ，Ｃ，Ａを結ぶグラフｃが従来のレベル調整器によって増幅された映像信号のＡ／Ｄ変換出力（以下、レベル調整後のＡ／Ｄ変換出力という）の例を示す。Ａ／Ｄ変換部１は、最小レベル「０」から、このＡ／Ｄ変換部１で変換可能な最大レベル「２５５」までの範囲の入力映像信号に対して、図４のグラフａに示すように、入力した映像信号のレベルの大小に応じてその出力レベルがリニアに変化するようなＡ／Ｄ変換を行い、８ビットのデジタルデータとして入力信号処理部２とヒストグラム作成部９へ出力する。
【００２６】
ヒストグラム作成部９と最大値検出・最小値設定部１０とは、連動して範囲設定手段として作用し、入力信号処理部２に階調変換を行う範囲を設定する動作を行う。本実施の形態では、入力された映像信号の統計的性質に基づいて階調変換を行う範囲を設定する。図５は、階調変換前後のヒストグラムの一例を示す説明図である。図５において、点線で示したグラフはヒストグラム作成部９で作成する階調変換前のヒストグラムを示し、実線で示したグラフは階調変換後のヒストグラムを示す。図５の点線で示すように、映像信号のヒストグラムは、一般に階調レベルの低い画素（低輝度画素）と高い画素（高輝度画素）の数（情報量）が少ないという統計的性質がある。
【００２７】
このため、階調レベルの低い画素について、所定の画素数以下の画素数しかない階調レベルの画素をすべて最小階調レベルｆ０とするとともに、階調レベルの高い画素について、所定の画素数以下の画素数しかない階調レベルの画素をすべて最大階調レベルｆｔとし、図５の実線で示すように、所定の画素数を超える区間（図５のｍｉｎとｍａｘの間）の階調レベルをｆ０〜ｆｔへ拡大することにより、コントラストを低下させることなく画素数の多い階調レベル間の階調数を増やすことが可能となる。
【００２８】
このような処理を可能とするため、最大値検出・最小値設定部１０は、ヒストグラム作成部９からヒストグラムが入力されると、このヒストグラムのデータから情報量の少ない高階調部分を除外して最大値（ｍａｘ）の検出を行うとともに、この最大値に対応させて最小値（ｍｉｎ）を設定する。さらに、当該最大値と当該最小値とを入力信号処理部２に入力する。以下に、最大値検出・最小値設定部１０の動作の一例を説明する。
【００２９】
まず、最大値検出・最小値設定部１０は、入力されたヒストグラムについて、あらかじめ定められた所定の階調レベルから階調レベルの低い方向に向かって、階調レベルごとの画素数を調べていき、画素数が所定値を超えたときの階調レベルを最大値（ｍａｘ）に設定する。次に、最大階調レベルｆｔと最大値とした階調レベルとの差に相当する階調数を求め、最小階調レベルｆ０からこの階調数だけ高い階調レベルを最小値（ｍｉｎ）に設定する。
【００３０】
最大値の検出方法は前述した方法に限られるものではなく、例えば、あらかじめ定められた所定の階調レベルを最大階調レベルｆｔとし、同様の方法で最大値を最大階調レベルｆｔから調べるようにしてもよい。また、最小値の設定もこれに限られるものではなく、例えば、あらかじめ定められた所定の階調レベルから階調レベルの高い方向に向かって階調レベルごとの画素数を調べていき、画素数が所定値を超えたときの階調レベルを最小値に設定したり、同様の方法で最小値を最小階調レベルｆ０から調べるようにしてもよい。また、最小値を先に検出し、最小値と最小階調レベルｆ０との差から最大値を設定するようにしてもよい。
【００３１】
入力信号処理部２は、図２で示したように、フレームメモリ１１と階調変換部１２と逆γ補正部１４とを有する。フレームメモリ１１は、入力信号処理部２のデジタルデータ入力部を構成し、Ａ／Ｄ変換部１から出力されたデジタルデータが入力される。このフレームメモリ１１は、入力されたデジタルデータを１フレーム分デジタル記録する記憶装置である。
【００３２】
階調変換部１２は、入力信号処理部２の最大値・最小値入力部を構成し、最大値検出・最小値設定部１０から出力された最大値と最小値の各データが入力される。また、階調変換部１２は、フレームメモリ１１に接続され、フレームメモリ１１に記録されたデジタルデータの読み出しが可能に構成されている。この階調変換部１２は、フレームメモリ１１に記録されたデジタルデータを読み出し、最大値検出・最小値設定部１０から入力された最大値と最小値とに応じて、例えば以下に示す式（１）のような変換式により階調変換を行う。
【００３３】
Ｄｏｕｔ＝２５５×（Ｄｉｎ−ＭＩＮ）／（ＭＡＸ−ＭＩＮ）…（１）
ただし、ＭＩＮ＜Ｄｉｎ＜ＭＡＸとし、
Ｄｉｎ≦ＭＩＮのときＤｏｕｔ＝０、
Ｄｉｎ≧ＭＡＸのときＤｏｕｔ＝２５５とする。
【００３４】
ここで、Ｄｉｎは階調変換部１２に入力されるデジタルデータ、ＭＡＸとＭＩＮはそれぞれ最大値検出・最小値設定部１０から入力された最大値（ｍａｘ）と最小値（ｍｉｎ）、Ｄｏｕｔは階調変換部１２から出力される階調変換されたデジタルデータである。
【００３５】
このような変換処理を行うことにより、階調変換部１２は、図４のグラフｂに示すように、入力データ（すなわち、Ａ／Ｄ変換部１の出力データ）のレベルが０からｍｉｎまでの間は出力レベルが最小レベル「０」となり、入力データのレベルがｍｉｎからｍａｘまでの間は出力レベルが最小レベル「０」から最大レベル「２５５」までリニアに変化し、入力データのレベルがｍａｘから２５５までの間は出力レベルが最大レベル「２５５」となるような階調変換データを出力する。階調変換部１２は、前述のようにして階調変換したデジタルデータ（Ｄｏｕｔ）を逆γ補正部１４に入力する。
【００３６】
逆γ補正部１４は、入力信号処理部２のデジタルデータ出力部を構成し、階調変換部１２から入力された階調変換されたデジタルデータを逆γ補正し、駆動部７へ入力する。この場合、逆γ補正部４は、ＣＲＴの発光特性と互換性を保つための逆γ補正データが格納されたＲＯＭテーブルを有し、入力された８ビットのデジタルデータに基づいてＲＯＭテーブルから逆γ補正データを読み出して出力する。なお、同期分離部３、サブフィールド構成部４、システムクロック発生部５、駆動部７およびＰＤＰ８は、従来と同様であるから説明を省略する。
【００３７】
ここで、映像信号のレベルアップにより階調数を拡大する従来の方法による出力結果と本実施の形態による出力結果について図４を参照して説明する。前述したように、図４において、グラフｂは本実施の形態の階調変換部１２の出力の例を示し、グラフｃは従来のレベル調整後のＡ／Ｄ変換出力の例を示す。ここで、グラフｃはＡ／Ｄ変換器に前置したレベル調整器により映像信号が増幅された後、Ａ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換されたときのレベル調整前の入力レベルとＡ／Ｄ変換器の出力レベルとの関係を示すグラフである。
【００３８】
この場合、表示装置へ入力された映像信号は、入力レベルが０からｍａｘまでの間は出力レベルが最小レベル「０」から最大レベル「２５５」までリニアに変化し、入力レベルがｍａｘから２５５までの間は出力レベルが最大レベル「２５５」となる。図４に示したように、従来の方法によれば出力レベルが入力レベルより大きくなるのに対し、本実施の形態によれば低輝度部では出力レベルが入力レベルを上回ることがない。
【００３９】
次に、図６を参照して本実施の形態における入力信号と表示画素の輝度レベルの関係について説明する。図６は、第１の実施の形態にかかる表示装置の低輝度部における映像信号の入力レベルと表示画素の輝度レベルの関係を示すグラフである。図６において、グラフａは入力信号を逆γ補正して表示させたものであり、原信号の輝度レベルを示す。グラフｂは本実施の形態での輝度レベルを示し、グラフｃは従来の方法による輝度レベルを示す。図６に示すように、従来の方法では、低輝度部の輝度レベルが原信号の輝度レベルより高くなるため、階調間の輝度差が小さくなり表示画面のコントラストが低下する。これに対し、本実施の形態では低輝度部（低階調部）において輝度レベルが原信号の輝度レベルより低くなるため、階調間の輝度差が大きくなり表示画面のコントラストが向上する。
【００４０】
以上説明したように、本実施の形態の表示装置は、映像信号のヒストグラムに基づいて階調数を拡大する階調範囲を決定するので、各映像に適応した階調表示を行うことができる。また、映像信号のヒストグラムに基づいて決定した階調範囲の最大値と最小値に基づく演算式により階調変換を行うので、低輝度の輝度が上昇して最大輝度との輝度差が小さくなることがない。このため、表示画面のコントラスト低下を生じさせることなく階調数を拡大することができるので、ダイナミックレンジの狭い映像においても明暗のはっきりしたメリハリのある表示が可能となる。
【００４１】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態にかかる表示装置は、入力信号処理部以外は第１の実施の形態と同じものである。本実施の形態の入力信号処理部が第１の実施の形態と異なる点は、階調変換部と逆γ補正部との間に暗部補償部を設けたことである。図７は、第２の実施の形態における入力信号処理部２の構成を示すブロック図である。図７において、この入力信号処理部２は、フレームメモリ１１と階調変換部１２と暗部補償部１３と逆γ補正部１４を有する。ここで、フレームメモリ１１と階調変換部１２と逆γ補正部１４は、第１の実施の形態と同じものであるから説明を省略する。暗部補償部１３にはフレームメモリ１１が接続されており、フレームメモリ１１に記録されたデジタルデータａの読み出しが可能に構成されている。また、暗部補償部１３には階調変換部１２が接続されており、第１の実施の形態と同様に階調変換されたデジタルデータｂが入力されるように構成されている。
【００４２】
暗部補償部１３は、階調変換部１２から入力される階調変換されたデジタルデータｂとフレームメモリ１１から入力される階調変換前のデジタルデータａとを比較し、レベルの高い方のデジタルデータを暗部補償部出力データｄとして逆γ補正部１４へ入力する。図８は、図７の暗部補償部１３の入出力特性を表す図である。図８において、Ｂ，Ｅ，Ａを結ぶグラフａが階調変換前のデジタルデータａを、Ｂ，Ｄ，Ｅ，Ｃ，Ａを結ぶグラフｂが階調変換されたデジタルデータｂを、Ｂ，Ｃ，Ａを結ぶグラフｃが従来のレベル調整後のＡ／Ｄ変換出力の例を、Ｂ，Ｅ，Ｃ，Ａを結ぶグラフｄが暗部補償部１３の出力するデジタルデータｄを示す。
【００４３】
図８に示すように、暗部補償部１３はグラフａとグラフｂの交点Ｅより入力レベルの小さい低輝度部において、階調補償されたデジタルデータに代えて階調変換前のデジタルデータを出力するので、第１の実施の形態では階調値が「０」に変換されてしまい階調が失われていたｍｉｎ以下のデジタルデータの階調（暗部階調）を補償することができる。次に、図９を参照して本実施の形態における入力信号と表示画素の輝度レベルの関係について説明する。図９は、第２の実施の形態にかかる表示装置の低輝度部における映像信号の入力レベルと表示画素の輝度レベルの関係を示すグラフである。
【００４４】
図９において、グラフａは入力信号を逆γ補正して表示させたものであり、原信号の輝度レベルを示す。グラフｂは第１の実施の形態での輝度レベルを、グラフｃは従来の方法による輝度レベルを、グラフｄは本実施の形態での輝度レベルを示す。図９に示すように、本実施の形態によれば、グラフａとグラフｂの交点Ｆを境に入力レベルが小さくなる領域が原信号の輝度レベルで表示され、入力レベルが大きくなる領域が階調変換されたデジタルデータの輝度レベルで表示される。このように、本実施の形態によれば、暗部補償部１３が階調変換によりレベルダウンされた低階調部分（低輝度部）のデータに対する改善を行うので、低階調部分で起こる暗部階調の欠落を補償することができる。
【００４５】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態にかかる表示装置は、入力信号処理部以外は第２の実施の形態と同じものである。本実施の形態の入力信号処理部が第２の実施の形態と異なる点は、フレームメモリの出力と逆γ補正部の出力とを入力とし、これらの出力のいずれかを選択して入力信号処理部の出力とする階調補償部を設けたことである。
【００４６】
図１０は、第３の実施の形態における入力信号処理部の構成を示すブロック図である。図１０において、この入力信号処理部２は、フレームメモリ１１と階調変換部１２と暗部補償部１３と逆γ補正部１４と階調補償部１５とを有する。ここで、フレームメモリ１１と階調変換部１２と暗部補償部１３と逆γ補正部１４とは、第２の実施の形態と同じものであるから説明を省略する。
【００４７】
階調補償部１５にはフレームメモリ１１が接続されており、フレームメモリ１１に記録されたデジタルデータａの読み出しが可能に構成されている。また、階調補償部１５には逆γ補正部１４が接続されており、階調変換部１２と暗部補償部１３とを経て逆γ補正されたデジタルデータｅが入力されるように構成されている。この階調補償部１５は、入力信号処理部２のデジタルデータ出力部を構成し、逆γ補正部１４から入力される階調変換、暗部補償および逆γ補正を経たデジタルデータｅと、フレームメモリ１１から読み出した階調変換前のデジタルデータａとを比較し、レベルの低い方のデジタルデータｆを駆動部７に出力する。
【００４８】
図１１は、第３の実施の形態にかかる表示装置における映像信号の入力レベルと表示画素の輝度レベルの関係を示すグラフである。図１１において、Ｂ，Ｇ，Ａを結ぶ一点鎖線で示したグラフａが入力信号を表示させたものであり、原信号の輝度レベルを示す。Ｂ，Ｇ，Ｃ，Ａを結ぶ破線で示したグラフｅは第２の実施の形態での輝度レベルを、Ｂ，Ｇ，Ａを結ぶ実線で示したグラフｆは本実施の形態での輝度レベルを示す。図１１に示すように、本実施の形態によれば、グラフａとグラフｅの交点Ｇを境に入力レベルが小さくなる領域が階調変換、暗部補償および逆γ補正されたデジタルデータの輝度レベルで表示され、入力レベルが大きくなる領域が原信号の輝度レベルで表示される。
【００４９】
このように、本実施の形態によれば、階調補償部１５がグラフａとグラフｅの交点Ｇより入力レベルの大きい高輝度部において、階調補償され逆γ補正されたデジタルデータｅに代えて階調変換前のデジタルデータａを出力するので、第２の実施の形態では階調値が「２５５」に変換されてしまい階調が失われていたｍａｘ以上のデジタルデータの階調（高輝度階調）を補償することができる。これにより、階調変換により飽和された高階調部分（高輝度部）で起こる高輝度階調の欠落を補償することができる。なお、本実施の形態では、図７に示した入力信号処理部に階調補償部１５を加えた構成について説明したが、図２に示した入力信号処理部に階調補償部１５を加えた構成としてもよい。この場合、第１の実施の形態にかかる表示装置において、高階調部分で起こる高輝度階調の欠落を補償することが可能となる。
【００５０】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。図１２は、本実施の形態にかかる表示装置を示すブロック図である。図１２において、この表示装置は、ＰＤＰ８、Ａ／Ｄ変換部１、入力信号処理部２、同期分離部３、サブフィールド構成部４、システムクロック発生部５、発光維持パルス制御部６、駆動部７、ヒストグラム作成部９および最大値検出・最小値設定部１０を有する。ここで、ＰＤＰ８、Ａ／Ｄ変換部１、入力信号処理部２、同期分離部３、システムクロック発生部５および最大値検出・最小値設定部１０は、第３の実施の形態と同じであるから説明を省略する。
【００５１】
サブフィールド構成部４は、タイミング信号を駆動部７と発光維持パルス制御部６とにそれぞれ入力するように構成した以外は第３の実施の形態と同じである。駆動部７は、入力信号処理部２から入力された表示データと、サブフィールド構成部４から入力されたタイミング制御信号と、発光維持パルス制御部６から入力された各ＳＦの発光維持パルス数とに基づいてＰＤＰ８を駆動するように構成した以外は第３の実施の形態と同じである。ヒストグラム作成部９は、作成したヒストグラムを最大値検出・最小値設定部１０と発光維持パルス制御部６とにそれぞれ入力するように構成した以外は第３の実施の形態と同じである。
【００５２】
発光維持パルス制御部６は、ヒストグラム作成部９から入力されたヒストグラムに基づいて表示画面の平均輝度レベル（ＡＰＬ）を算出する。また、サブフィールドＳＦ１〜ＳＦｎごとに平均輝度レベルに応じた発光維持パルス数が格納されたＲＯＭテーブルを有する。この発光維持パルス制御部６は、サブフィールド構成部４から入力されたタイミング制御信号に基づいて、算出した平均輝度レベルに応じた各サブフィールドの発光維持パルス数をＲＯＭテーブルから読み出し、駆動部７に入力する。
【００５３】
この場合、ＲＯＭテーブルには８個のサブフィールドＳＦ１〜ＳＦ８に対応する発光維持パルス数として、平均輝度レベルが所定値より高い場合用として従来と同じ値、すなわち１２８（＝２７），６４（＝２６），３２（＝２５），１６（＝２４），８（＝２３），４（＝２２），２（＝２１），１（＝２０）が格納されている。また、平均輝度レベルが所定値より低い場合用として、従来値より重み付けの小さなサブフィールドの発光維持パルス数を減少させ、かつ重み付けの大きなサブフィールドの発光維持パルス数を増加させたデータが格納されている。
【００５４】
ここでは、重み付けの小さなＳＦ６，ＳＦ７，ＳＦ８の発光維持パルス数を例えばそれぞれ１ずつ減少させ、重み付けの大きなＳＦ１，ＳＦ２，ＳＦ３の発光維持パルス数を例えばそれぞれ１ずつ増加させる。なお、発光維持パルス制御部６による発光維持パルス数の設定は、ＲＯＭテーブルのデータに限られるものではない。例えば、平均輝度レベルに応じた発光維持パルス数を算出する演算式を用いるようにしてもよい。また、平均輝度レベルに応じて発光維持パルス数を階段状に変化させてもよいし、連続的に変化させてもよい。
【００５５】
図１３は、発光維持パルス数の制御による低輝度部分の輝度変化を示す図である。同図において、グラフｇは平均輝度レベルの低い映像を発光維持パルス数制御を行わずに表示させたときの輝度レベルを、グラフｈは同じ映像を発光維持パルス数制御を行って表示させたとき輝度レベルを示す。図１３に示すように、発光維持パルス制御部６が平均輝度レベルに応じた発光維持パルス数の制御を行うことにより、低輝度部において入力レベルの差に対する輝度の差を大きくすることができる。
【００５６】
ＰＤＰの表示では、暗い画面の中でのピーク輝度を上げるために平均輝度レベルの低い映像を表示する場合、各サブフィールドにおける発光維持パルス数を多く設定し、最大発光維持パルス数を増加させる傾向にある。このため、平均輝度レベルの低い映像を表示する場合、表示される最小発光輝度（重み付けの最も小さいサブフィールドのみが点灯した場合の輝度）が上がり、低階調部分（暗い部分）での輝度も上がってしまう。
【００５７】
この実施の形態によれば、平均輝度レベルの低い映像を表示する場合、発光維持パルス制御部６が重み付けの小さなサブフィールドの発光維持パルス数を減少させるので、最小発光輝度を低下させることができる。また、平均輝度レベルの低い映像を表示する場合、発光維持パルス制御部６が重み付けの大きなサブフィールドの発光維持パルス数を増加させるので、小さなサブフィールドの発光維持パルス数の減少に伴う最大発光輝度の低下を補償することができる。
【００５８】
これにより、低輝度部での階調表現を細やかに行うとともに、高輝度部分を強調することができるので、暗い部分の中に一部分だけ明るい箇所があるような場合でも、暗い部分が十分な階調で表示されるとともに、明るい部分も強調されるような表示を行うことが可能となる。なお、これらの実施の形態では、各画素が発光と非発光の２つの状態のみを有するＰＤＰを用いた表示装置を例に説明したが、表示装置に用いる表示パネルはＰＤＰに限られるものではない。すなわち、各画素が２つの状態のみを有する表示パネルであれば、どのような表示パネルであっても適用可能である。また、入力された映像信号のヒストグラムを作成して階調変換を行う範囲を設定するようにしたが、映像信号の統計的性質に基づく階調変換範囲設定に用いる手段はヒストグラムに限られるものではない。例えば、階調レベル毎に画素の個数を求め、最小階調レベルの画素から階調数が増加する方向に画素数を加算してゆき、画素数の累積値があらかじめ定めた第１設定値を超えたときの階調レベルを最小値（ｍｉｎ）とし、あらかじめ定めた第２設定値を超えたときの階調レベルを最大値（ｍａｘ）とするようにしてもよい。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、階調変換の際にダイナミックレンジの狭い映像信号に対しても、アナログ映像信号全体をレベルアップすることなく階調差を拡大することができる。このため、表示画像の低輝度部と高輝度部の輝度差が減少することがないので、表示画像のコントラストが低下せず、ダイナミックレンジの狭い映像においても明暗のはっきりしたメリハリのある表示が可能となる効果が得られる。
【００６０】
また、入力された映像信号の統計的性質に基づいて階調変換を行う範囲を設定するので、入力される映像信号によって階調変換を行う範囲が動的に可変できるため、最適な階調変換範囲の選択が人手を介さず自動化できる。
また、階調変換されたデジタルデータと階調変換前のデジタルデータとの大小を比較し値の大きいデジタルデータを選択的に出力するので、低輝度部の輝度上昇を防止するとともに、設定された階調変換を行う範囲の階調レベルよりも階調レベルの低い（０に近い）暗部階調部の欠落を補償する効果が得られる。
また、逆γ補正されたデジタルデータと階調変換前のデジタルデータとの大小を比較し値の小さいデジタルデータを選択的に出力するので、低輝度部の輝度上昇防止と暗部階調部の欠落補償に加えて高輝度部の輝度飽和を防止する効果が得られる。
【００６１】
また、サブフィールドの発光維持パルス数を可変するので、発光維持パルス数を増減させることにより輝度調整が可能となる効果が得られる。また、発光維持パルス制御として、入力された映像信号の平均輝度レベルを算出し、この平均輝度レベルが所定のしきい値より低いときに、輝度比の小さいサブフィールドの発光維持パルス数を減少させ、かつ輝度比の大きいサブフィールドの発光維持パルス数を増加させるので、暗い表示画像において、一部分のみ明るい箇所がある場合でも暗部の階調表現が十分できるとともに、明るい箇所も強調される表示が可能となる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態にかかる表示装置の第１の実施の形態の全体構成を示すブロック図である。
【図２】図１の入力信号処理部の構成を示すブロック図である。
【図３】サブフィールドの構成図である。
【図４】図２のＡ／Ｄ変換部の入出力特性および階調変換部の入出力特性をそれぞれ表す図である。
【図５】階調変換前後のヒストグラムの一例を示す説明図である。
【図６】第１の実施の形態にかかる表示装置の低輝度部における映像信号の入力レベルと表示画素の輝度レベルの関係を示すグラフである。
【図７】第２の実施の形態における入力信号処理部の構成を示すブロック図である。
【図８】図７の暗部補償部の入出力特性を表す図である。
【図９】第２の実施の形態にかかる表示装置の低輝度部における映像信号の入力レベルと表示画素の輝度レベルの関係を示すグラフである。
【図１０】第３の実施の形態における入力信号処理部の構成を示すブロック図である。
【図１１】第３の実施の形態にかかる表示装置における映像信号の入力レベルと表示画素の輝度レベルの関係を示すグラフである。
【図１２】第４の実施の形態にかかる表示装置を示すブロック図である。
【図１３】発光維持パルス数の制御による低輝度部分の輝度変化を示す図である。
【符号の説明】
１…Ａ／Ｄ変換部、２…入力信号処理部、３…同期分離部、４…サブフィールド構成部、５…システムクロック発生部、６…発光維持パルス制御部、７…駆動部、８…プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、９…ヒストグラム作成部、１０…最大値検出・最小値設定部、１１…フレームメモリ、１２…階調変換部、１３…暗部補償部、１４…逆γ補正部、１５…階調補償部。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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