(57)【要約】【課題】線形ディスプレイにおいても、暗部の階調の劣化がない良好な映像表示を可能にする映像処理装置を提供する。【解決手段】Ｌビット（Ｌは１以上の整数）で量子化された入力映像信号の量子化サイズを、予め用意してある複数の量子化サイズ幅を持つゾーンのうちの、いずれか１つのゾーンにあてはまるかを判別するゾーン判別部と、ゾーン判別部により分割された各ゾーンの入力映像信号を、Ｌビットで量子化された振幅値より１ビット当たりの振幅値が小さくなるようＭビット（Ｍは整数であり、Ｍ＞Ｌである）で量子化するビット変更部と、Ｍビットで量子化された各ゾーンの入力映像信号を、各ゾーンの入力映像信号の振幅値に従って重み付けを行い、重み付けを付加する倍率変換部と、倍率変換部により重み付けが付加された入力映像信号を用いて、表示装置に表示する映像表示信号を生成するインタフェース部とを備えることによる。【選択図】　　　図１
2004120113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｌビットで量子化された入力映像信号の量子化サイズを、予め用意してある複数の量子化サイズ幅を持つゾーンのうちの、いずれか１つのゾーンにあてはまるかを判別するゾーン判別部と、
前記ゾーン判別部により分割された各ゾーンの入力映像信号を、Ｌビットで量子化された振幅値より１ビット当たりの振幅値が小さくなるようＭビットで量子化するビット変更部と、
前記ビット変更部により前記Ｍビットで量子化された前記各ゾーンの入力映像信号を、各ゾーンの入力映像信号の振幅値に従って重み付けを行い、前記重み付けを付加する倍率変換部と、
前記倍率変換部により前記重み付けが付加された入力映像信号を用いて、表示装置に表示する映像表示信号を生成するインタフェース部と
を備えることを特徴とする映像処理装置。
【請求項２】
前記Ｌビットで量子化された入力映像信号に対し逆ガンマ補正を施して前記ゾーン判別部に出力する逆ガンマ補正部をさらに備えること
を特徴とする請求項１に記載の映像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ　Ｄｉｓｐｌａｙ　Ｐａｎｅｌ；プラズマディスプレイパネル）、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ　Ｄｉｓｐｌａｙ；フィールドエミッションディスプレイ）、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｍｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒ　Ｄｅｖｉｃｅ；デジタル・マイクロミラー・デバイス）等の線形ディスプレイ装置に良好な映像表示を実現する映像処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、テレビジョン信号等の画像信号には、陰極線管（ＣＲＴ；Ｃａｔｈｏｄｅ　Ｒａｙ　Ｔｕｂｅ）への表示を前提として、ＣＲＴの表示特性を考慮したガンマ補正と呼ばれる非線形処理が予め施されている。従って、表示装置がＣＲＴである場合には、補正なしで正しい（リニアな）輝度階調を得ることができるが、ＰＤＰ、ＦＥＤ、ＤＭＤ等、ＣＲＴ以外の表示装置の場合には、リニアな輝度階調を得るために各表示装置に最適なガンマ補正を行う必要がある。例えば、ＰＤＰの場合には、概略入力信号に比例した発光特性を有するために、ガンマ補正回路を設けて逆ガンマ補正を行う必要があり、ＦＥＤ、ＤＭＤについても同様である。
【０００３】
ここで、図１１を参照して、ＰＤＰ５５に映像を表示する際の処理の流れについて説明する。まず、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換部５２が、入力端子５１から入力されたアナログ映像信号をデジタル信号に変換する。さらに、画素変換部５３が、入力映像信号がインターレースの場合にはプログレッシブに変換すると共に、水平及び垂直方向の画素数をＰＤＰ５５の表示画素数に変換する。そして、画素変換部５３による変換処理が終了すると、逆ガンマ補正部５４が、入力映像信号をＰＤＰ５５に表示するための逆ガンマ補正を行い、信号処理部５６において所定の信号処理を行った後、サブフィールド変換部５７が、入力映像信号を複数のサブフィールド構成に分割する。その後、駆動部５８が、映像信号に基づいてＰＤＰ５５を駆動するための信号を生成し、ＰＤＰ５５に映像が表示される。
【０００４】
逆ガンマ補正部５４は、図１２（ａ）に示すＣＲＴの標準的なガンマ補正特性（例えば、ガンマ値：１／２．２）に対し、図１２（ｂ）に示す逆ガンマ補正特性（例えば、ガンマ値：２．２）に従った逆ガンマ補正を施すことにより、図１２（ｃ）に示すようなリニアな輝度階調でＰＤＰ５５に映像が表示される。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−３１１３９４号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開平１０−０１３８４８号公報
【０００７】
【特許文献３】
特開平１０−０１３８４９号公報
【０００８】
【特許文献４】
特開平１０−１５３９８３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
通常、ＣＲＴを用いた画像表示では、ＣＲＴに入力する画像信号の階調数は８ビット、２５６階調で実用上十分とされているが、ＣＲＴの逆ガンマ補正のために、２５６階調であっても実際の発光輝度の最小値と最大値の比は１：２５６より大きなものとなっている。
【００１０】
これに対し、ＰＤＰを用いた画像表示では、サブフィールドの発光回数により階調が制御され、発光輝度は発光回数に概ね比例するために、表示可能階調はリニアな２５６階調となり、発光輝度の最小値と最大値の比は１：２５６である。このため、ＰＤＰを用いた映像表示では、ＣＲＴを用いた場合と比較してコントラストが不足し、特に画像の暗い部分（低輝度領域）において階調が不足する。
【００１１】
このような問題に対して、入力映像信号のビット幅を例えば、８ビット幅から９ビット，１０ビットと増加させ、量子化誤差（１ステップの階調又は分解能を示す）を１／２，１／４にして精度を向上させることにより、コントラストと階調数の双方を増加させる方法も考えられるが、それに伴って回路規模が増大する。
【００１２】
また、ＰＤＰ等に用いられるサブフィールド駆動では、ビット数の増加はサブフィールド数の増加に繋がるが、１フィールド（１６．７ｍｓ）時間当たりのサブフィールド数の増加は限定されるため、平均輝度が低下する等の問題が生じる。
【００１３】
このように、ＰＤＰ、ＦＥＤ、ＤＭＤ等の線形ディスプレイ装置では、映像信号全域（白〜黒）に渡って、同一の信号処理を施し、同一の量子化誤差が生じた場合には、コントラストが不足し、暗部（黒側）の階調が劣化する。
【００１４】
本発明は、以上に述べた状況を鑑みて成されたものであり、ＣＲＴと比較して、ダイナミックレンジが低く、且つ、コントラスト比が低いＰＤＰ、ＦＥＤ、ＤＭＤ等の線形ディスプレイ装置においても、暗部の階調の劣化がない良好な映像表示を可能にする映像処理装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る映像処理装置は、Ｌビット（Ｌは１以上の整数）で量子化された入力映像信号の量子化サイズを、予め用意してある複数の量子化サイズ幅をもつゾーンにあてはまるかを判別するゾーン判別部と、ゾーン判別部により分割された各ゾーンの入力映像信号を、Ｌビットで量子化された振幅値より１ビット当たりの振幅値が小さくなるようＭビット（Ｍは整数であり、Ｍ＞Ｌである）で量子化するビット変更部と、ビット変更部によりＭビットで量子化された各ゾーンの入力映像信号を、各ゾーンの入力映像信号の振幅値に従って重み付けを行い、前記重み付けを付加する倍率変換部と、倍率変換部により重み付けが付加された入力映像信号を用いて、表示装置に表示する映像表示信号を生成するインタフェース部とを備えることを特徴とする。
【００１６】
このような構成によれば、ゾーン判別部がＬビットで量子化された入力映像信号の量子化サイズを、複数の量子化サイズ幅をもつゾーンのうちのいずれにあてはまるかを判別し、倍率変換部がビット変更部によりＭビットで量子化された各ゾーンの入力映像信号を振幅値に従ってゾーン毎に重み付けを付加することにより、ゾーン毎に量子化誤差を任意に変化させることが可能となる。従って、入力映像信号のビット幅を増加させなくても、例えば、画像の暗い部分の量子化誤差の精度を向上することができ、階調の劣化がない良好な映像表示を実現することができる。
【００１７】
なお、上記映像処理装置において、Ｌビットで量子化された入力映像信号に対し逆ガンマ補正を施して上記ゾーン判別部に出力する逆ガンマ補正部を備えても良い。また、逆ガンマ補正部に置換して、入力映像信号に対し表示装置の入出力特性に従って補正処理を行う入出力特性補正部を備えるようにしても良い。
【００１８】
また、上記映像処理装置において、ゾーン判別部は、Ｌビットで量子化された入力映像信号の量子化サイズを、複数の量子化サイズ幅に等分割された複数のゾーン、もしくは複数の量子化サイズ幅に等比級数分割された複数のゾーンのうちの、いずれか１つのゾーンにあてはまるかを判別する。等分割数Ｎ（Ｎ＞０）に等分割する場合、量子化誤差を最大１／Ｎ倍にすることができ、等比級数１／Ｎ０，１／Ｎ１，１／Ｎ２，…，１／Ｎｎで（ｎ＋１）個のゾーンに分割する場合、量子化誤差を最大１／Ｎｎ倍にすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図１０を参照しながら、本発明の実施の形態について詳しく説明する。尚、各図面を通じて同一もしくは同等の部位や構成要素には、同一もしくは同等の参照符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
【００２０】
［第１の実施形態］
［映像処理装置の構成］
図１に例示するように、映像処理装置は、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換部２、逆ガンマ補正部３、ビット変更部４、ゾーン判別部５、信号処理部６、倍率変換部７、インタフェース部８、ディスプレイ部９などを備える。
【００２１】
Ａ／Ｄ変換部２は、入力端子１から入力された入力映像信号をデジタル変換し、逆ガンマ補正部３は、デジタル信号化され、Ｌビットで量子化されたＬビット幅（Ｌは１以上の整数）の入力映像信号に対し逆ガンマ補正処理を施す。ゾーン判別部５は、逆ガンマ補正部３により逆ガンマ補正がなされた、Ｌビットで量子化された入力映像信号の量子化サイズを、予め用意してある複数の量子化サイズ幅を持つゾーンのうちのいずれか１つのゾーンにあてはまるかを判別する。ビット変更部４は、ゾーン判別部５により分割された各ゾーンの入力映像信号を、Ｌビットで量子化された振幅値より１ビット当たりの振幅値が小さくなるようＭビットで（Ｍは整数であり、Ｍ＞Ｌである）量子化する。信号処理部６は、Ｍビットで量子化された各ゾーンの入力映像信号に対し所定の信号処理を施す。倍率変換部７は、Ｍビットで量子化された各ゾーンの入力映像信号を、各ゾーンの入力映像信号の振幅値に従って重み付けを行い、重み付けを付加する。インタフェース部８は、倍率変換部７により重み付けが付加された入力映像信号を用いて、ディスプレイ部９に表示する映像表示信号を生成する。ディスプレイ部９は、例えば、ＰＤＰ、ＦＥＤ、ＤＭＤ等の線形ディスプレイである。
【００２２】
［映像処理装置の動作］
次に、図２に示すフローチャートを参照しながら、映像処理装置の処理動作について説明する。
【００２３】
図２のフローチャートに例示する処理は、入力端子１に映像信号が入力されるに応じて処理が開始される。
【００２４】
ステップＳ１の処理において、Ａ／Ｄ変換部２が、入力端子１から入力された入力映像信号をデジタル信号に変換し、デジタル変換後の入力映像信号を逆ガンマ補正部２に出力する。なお、ここでは、デジタル信号化された入力映像信号のビット幅Ｌを、１２ビットとして説明する。
【００２５】
ステップＳ２の処理において、逆ガンマ補正部３が、図３に例示するような１２ビットの逆ガンマ補正特性に従って、ディスプレイ部９に入力映像信号を表示するための逆ガンマ補正を行い、逆ガンマ補正後の入力映像信号をゾーン判別部５に出力する。
【００２６】
ステップＳ３の処理において、ゾーン判別部５が、図４に例示するように、逆ガンマ補正部２から入力された１２ビットで量子化された入力映像信号の量子化サイズを、３等分に分割してある各ゾーン、Ａゾーン（低輝度領域），Ｂゾーン（中輝度領域），Ｃゾーン（高輝度領域）のうちの、いずれか１つのゾーンにあてはまるかを判別し、判別した各ゾーンの入力映像信号Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃをビット変更部４に出力する。
【００２７】
（１）Ａゾーン：Ｌａ（レベル０〜レベル４０９１）
（２）Ｂゾーン：Ｌｂ（レベル０〜レベル２７２７）
（３）Ｃゾーン：Ｌｃ（レベル０〜レベル１３６４）
なお、入力映像信号の振幅レベルに従ってゾーン判別する場合、ゾーン判別部５は、ピクセル、ライン、及びフィールドに基づいて入力映像信号の各ゾーンを判別する。具体的には、ライン、フィールド毎に判別する場合、ゾーン判別部５は、Ａゾーン、Ｂゾーン、及びＣゾーンの順でゾーン判定を行い、対象のライン、フィールド内にＡゾーンの入力映像信号が存在すればＡゾーン、Ａゾーンの入力映像信号が存在せずにＢゾーンの入力映像信号が存在すればＢゾーン、Ａゾーン及びＢゾーンの入力映像信号が共に存在しない場合にはＣゾーンと判別する。
【００２８】
ステップＳ４の処理において、ビット変更部４は、ゾーン判別部５により分割された各ゾーンＡ，Ｂ，Ｃの入力映像信号Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃを、Ｌビット（１２ビット）で量子化された振幅値より１ビット当たりの振幅値が小さくなるようＭビット（８ビット）で量子化し、８ビットで量子化した入力映像信号Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃを信号処理部６に出力する。
【００２９】
（１）Ａゾーン：Ｌａ（レベル０〜４０９１）　→　Ｍａ（レベル０〜２５６）
（２）Ｂゾーン：Ｌａ（レベル０〜２７２７）　→　Ｍｂ（レベル０〜２５６）
（３）Ｃゾーン：Ｌａ（レベル０〜１３６４）　→　Ｍｃ（レベル０〜２５６）
ステップＳ５の処理において、信号処理部６が、各ゾーンの入力映像信号間で同じ信号処理回路を用いて、ビット変更部４から入力された各ゾーンの入力映像信号Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃを、同じビット処理（Ｍビット処理）で信号処理し、信号処理した各ゾーンの入力映像信号Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃを倍率変換部７に出力する。
【００３０】
ステップＳ６の処理において、倍率変換部７が、図５に示すように、信号処理部６から入力されたＡゾーンの入力映像信号Ｍａ，Ｂゾーンの入力映像信号Ｍｂ，Ｃゾーンの入力映像信号Ｍｃに、振幅レベルに従って重み付け係数を付加する。具体的には、倍率変換部７は以下に示すように、Ａゾーンの入力映像信号Ｍａを３倍に、Ｂゾーンの入力映像信号Ｍｂを２倍に、Ｃゾーンの入力映像信号Ｍｃを１倍に、それぞれ倍率変換し、倍率変換した各ゾーンの入力映像信号Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃをインタフェース部８に出力する。
【００３１】
（１）Ａゾーン：Ｍａ（レベル０〜２５６）×３
（２）Ｂゾーン：Ｍｂ（レベル０〜２５６）×２
（３）Ｃゾーン：Ｍｃ（レベル０〜２５６）×１
ここで、低輝度領域のＣゾーンに属する振幅レベルを有する入力映像信号の量子化誤差は、全振幅を８ビット（２５６レベル）で量子化した場合と比較して、１／３倍となる。従って、暗部（黒側）の分解能は３倍に精度が向上し、階調とコントラストの双方を３倍に改善することができる。
【００３２】
ステップＳ７の処理において、インタフェース部８が、倍率変換部７から入力された入力映像信号を、例えばディスプレイ部９がＰＤＰであれば８つのサブフィールドに時分割するなど、ディスプレイ部９の特性に応じた変換処理を施し、ディスプレイ部９に表示する。
【００３３】
なお、本実施形態においては、ゾーン判別部５は、Ａゾーン、Ｂゾーン、Ｃゾーンの３ゾーンに等分割し、入力映像信号を判別したが、ゾーン分割の方式は次のように一般化することが可能である。例えば、図６に示すように、入力映像信号をＡ，Ｂ，Ｃ，…，Ｚのゾーンに分割し、最小ゾーンＺの振幅比を１とし、各ゾーンＡ，Ｂ，Ｃ，…，Ｚの振幅比を、ａ，ｂ，ｃ，…，１としてゾーンを分割する。そして、倍率変換部７は、各ゾーンＡ，Ｂ，Ｃ，…，Ｚへの重み付け係数を、ａ，ｂ，ｃ，…，１と設定すれば良い。
【００３４】
［第２の実施形態］
第１の実施形態では、ゾーン判別部５がＬビット幅の入力映像信号を判別し、その振幅レベルに従って複数のゾーンに等分割する例を示した。第２の実施形態においては、振幅レベルに従って複数のゾーンに等比級数分割する例を示す。
【００３５】
図７に例示するように、ゾーン判別部５は、逆ガンマ補正部２から入力されたＬビットで量子化された入力映像信号の量子化サイズを、複数の量子化サイズ幅に等比級数分割された各ゾーン、Ａゾーン，Ｂゾーン，Ｃゾーン，Ｄゾーン，Ｅゾーンのうちのいずれか１つのゾーンにあてはまるかを判別し、各ゾーンの入力映像信号Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃをビット変更部４に出力する。具体的には、等比級数１／Ｎ０，１／Ｎ１，１／Ｎ２，…，１／Ｎｎで（ｎ＋１）個のゾーンに分割する（但し、Ｎ＜０である）。このように、振幅レベルに従って等分割数Ｎ（Ｎ＞０）でゾーン分割する場合、量子化誤差を最大１／Ｎ倍にすることができ、振幅値を等比級数１／Ｎ０，１／Ｎ１，１／Ｎ２，…，１／Ｎｎで（ｎ＋１）個のゾーンに分割する場合、量子化誤差を最大１／Ｎｎ倍にすることができる。
【００３６】
具体的には、図７に示すように、ゾーン判別部５は、Ｎ＝１／２として、等比級数１／２０，１／２１，１／２２，１／２３，１／２４で（４＋１）個のゾーンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅに分割する。そして、倍率変換部７は、各ゾーンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅへの重み付け係数を、１，１／２，１／４，１／８，１／１６と設定する。このようにゾーン分割することで、例えばＥゾーンに属する振幅レベルを有する入力映像信号の量子化誤差は、全振幅を８ビット（２５６レベル）で量子化した場合と比較して、１／Ｎ４倍となる。従って、暗部（黒側）の分解能はＮ４倍に精度が向上し、階調とコントラストの双方をＮ４倍に改善することができる。
【００３７】
なお、図７に例示したように、Ｎ＝１／２として、等比級数１／２０，１／２１，１／２２，１／２３，１／２４で５個のゾーンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅに分割する場合、逆ガンマ補正部３から出力される入力映像信号が１２ビット幅とすると、図８に示すように、１２ビットのうちＭＳＢ（Ｍｏｓｔ　Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　Ｂｉｔ；最上位ビット）から順に１ビットずつシフトしながら各８ビットを選択したものがそれぞれ、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの各ゾーンに対応する。ビット変更部４は、このように簡単なビット操作で、１２ビットで量子化された各ゾーンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの入力映像信号を、８ビットで量子化することができる。
【００３８】
以上の説明から明らかなように、ゾーン判別部５が入力映像信号を判別し、その振幅値に従ってゾーン分割し、倍率変換部７がゾーン毎に振幅値に従って重み付け係数を付加することで、ゾーン毎に量子化誤差を任意に変化させることが可能となる。従って、入力映像信号のビット幅を増加させなくても、例えば、画像の暗い部分の量子化誤差の精度を向上することができ、階調の劣化がない良好な映像表示を実現することができる。
【００３９】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他の色々な形で実施することができる。
【００４０】
例えば、図１０に示すように、逆ガンマ補正部３を入出力特性補正部１３と置換することもできる。入出力特性補正部１３は、図９に例示するような各ディスプレイ特有の入出力特性に応じた補正を施す。このような構成によれば、ＰＤＰ等の表示装置に限らず、他の形式の表示装置に適用できる。
【００４１】
また、上記実施の形態では、１２ビットで量子化された入力映像信号を８ビットで量子化する例を示したが、１４ビット幅で量子化された入力映像信号を１０ビットで量子化するなど、適宜変更することができる。
【００４２】
このように、前述の実施例はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、デジタル信号処理回路の回路規模を増加させることなく、暗部の階調の劣化がない良好な映像表示を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による映像処理装置の概略構成を例示するブロック図である。
【図２】図１に示す映像処理装置の処理動作を例示するフローチャートである。
【図３】図１に示す映像処理装置における逆ガンマ補正部の逆ガンマ補正特性の一例を示す図である。
【図４】第１の実施形態によるゾーン分割例を説明するための図である。
【図５】図１に示す映像処理装置における倍率変換部による倍率変換処理例を説明するための図である。
【図６】第１の実施形態による別のゾーン分割例及び倍率変換処理例を説明するための図である。
【図７】第２の実施形態によるゾーン分割例及び倍率変換処理例を説明するための図である。
【図８】図７に示すゾーン分割例に対する倍率変換処理例を説明するための図である。
【図９】ディスプレイの入出力特性の一例を示す図である。
【図１０】その他の実施の形態による映像処理装置の概略構成を例示するブロック図である。
【図１１】典型的な映像処理装置の概略構成を例示するブロック図である。
【図１２】ガンマ補正出力特性、逆ガンマ補正出力特性、逆ガンマ補正後の映像信号出力の一例を示す図である。
【符号の説明】
１…入力端子
２…Ａ／Ｄ変換部
３…逆ガンマ補正部
４…ビット変更部
５…ゾーン判別部
６…信号処理部
７…倍率変換部
８…インタフェース部
９…ディスプレイ部
１３…入出力特性補正部
５１…入力端子
５２…変換部
５３…画素変換部
５４…逆ガンマ補正部
５５…ＰＤＰ
５６…信号処理部
５７…サブフィールド変換部
５８…駆動部
【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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