(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像信号の１フィールドを所定の輝度比に従って重み付けをしたｎ（ｎは２以上の正の整数）個のサブフィールドに置き換え、サブフィールド単位で表示セル毎に点灯又は非点灯に符号化するサブフィールド符号化回路を備え、多階調符号化した表示データに基づいて表示を行う多階調表示装置であって、
前記サブフィールド符号化回路は、
前記ｎ個のサブフィールドは、輝度比が２のべき乗でない重みの非べきサブフィールドを少なくとも１つ以上含み、
前記ｎ個のサブフィールドは、１フィールド内で重みの昇順又は降順に並べられ、階調０からｎ個のサブフィールドで表現できる最大階調までの点灯と非点灯を示すサブフィールド点灯パターンで、任意の２つの階調において大きい方の階調で点灯しているもっとも重みの大きなサブフィールドは、小さい方の階調で点灯しているもっとも重みの大きなサブフィールドよりも重みが大きいか又は等しく、
隣接する２つの階調ｘとｘ＋１で、最小の重みの前記非べきサブフィールドより重みの大きな注目サブフィールドａが非点灯から点灯に変化する場合、小さい方の階調ｘでは、前記注目サブフィールドａの小さい重み側に隣接する低隣接サブフィールドａ−１が点灯で、前記低隣接サブフィールドより重みの小さな非点灯のサブフィールドがあり、前記小さい方の階調ｘは前記低隣接サブフィールドａ−１と前記低隣接サブフィールドａ−１の小さな重み側に隣接する２低隣接サブフィールドａ−２の重みの合計で表す階調より大きく、大きい方の階調ｘ＋１では、前記２低隣接サブフィールドａ−２が点灯するサブフィールド符号化を行い、
一部の階調の点灯・非点灯パターンが異なる複数の前記サブフィールド符号化回路を備え、
さらに、複数の前記サブフィールド符号化回路からの表示データ内のいずれかを切り替えて出力する切り替え回路を有し、
複数の前記サブフィールド符号化回路からのいずれかの表示データが前記切り替え回路から出力されるかは、画素数の表示位置毎に予め設定されていることを特徴とする多階調表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の多階調表示装置であって、
前記切り替え回路は、前記画素あるいは複数の前記画素のグループ毎に順次切り替えて出力することを特徴とする多階調表示装置。
【請求項３】
請求項１に記載の多階調表示装置であって、
前記切り替え回路は、横表示ライン毎に順次切り替えて出力することを特徴とする多階調表示装置。
【請求項４】
請求項１に記載の多階調表示装置であって、
前記切り替え回路は、縦表示ライン毎に順次切り替えて出力することを特徴とする多階調表示装置。
【請求項５】
請求項１に記載の多階調表示装置であって、
前記切り替え回路は、表示画面の隣接する横方向及び縦方向の画素毎に千鳥状に切り替えて出力することを特徴とする多階調表示装置。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれか１項に記載の多階調表示装置であって、
前記切り替え回路は、選択をフィールド毎に変化させることを特徴とする多階調表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＰＤＰパネル、ＥＬパネル及び一部のＬＣＤパネルなどの点灯又は非点等状態のみ制御できる表示装置を使用して、１フィールドを所定の輝度の重み付けをした複数のサブフィールドで構成し、サブフィールド単位で表示セル毎に点灯状態又は非点灯状態にすることにより多階調表示を行う多階調表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＰＤＰパネル、ＥＬパネル及び一部のＬＣＤパネルなどのようなセル毎の表示強度を任意に変えることのできない表示素子を利用した表示装置では、１フィールドを所定の輝度の重み付けをした複数のサブフィールドで構成し、サブフィールド単位で表示セル毎に点灯状態又は非点灯状態にすることにより多階調表示を行う。
【０００３】
サブフィールド構成による多階調表示を行う場合、従来は、サブフィールド間の輝度（重み）比を、１：２：４：８という具合に２のべき乗で変化するように設定するのがもっとも一般的であった。輝度比をこのような関係に設定することにより、もっとも効率的に階調表示を行うことができる。
【０００４】
サブフィールド構成による多階調表示では、フィールド期間内で点灯時期が離散的になることに起因して、動画像の場合に偽輪郭が生じるという問題がある。このような問題を解決するため、従来から各種の解決方法が提案されてきた。例えば、上記の関係の輝度比を有する構成では、１フィールドの中央に重みの大きなサブフィールを配置するという方法が提案されている。しかし、この構成では比較的低輝度の画像において動偽輪郭が生じ、画質が十分でない。
【０００５】
そこで、特開平１０−１１６０５３号公報及び特開平１０−１５３９８２号公報は、２のべき乗でない重みのサブフィールドを１つ以上含むサブフィールド構成を提案している。
【０００６】
図１は、２のべき乗でない重みのサブフィールドを１つ以上含む従来のサブフィールド符号化パターンを示す図である。この図は、８個のサブフィールドＳＦ１〜ＳＦ８を有し、そのサステイン期間の長さ比、すなわち輝度（重み）比が、１：２：４：８：１２：１６：２０：２４になっている例を示しており、丸印が点灯を示し、印がない部分は非点灯を示す。このパターンで８７階調が表現できる。図示のように、サブフィールドは重みの小さい順に配置されており、ＳＦ４からは隣接するサブフィールドとの重みの差が４になっている。しかし、このサブフィールド符号化パターンでは、サブフィールドの桁上がりの階調２、４、８、１６、２８、４４及び６４では動偽輪郭を完全の防止することはできなかった。
【０００７】
図２は、動偽輪郭の発生を説明する図である。ここでは、フィールドは６個のサブフィールドＳＦ１〜ＳＦ６で構成され、その輝度（重み）比は１：２：４：８：１２：１６であり、横軸は画素でフィールドｆにて一番左の画素ｎは階調２４、その右隣の画素ｎ＋１は階調２５、画素ｎ＋２は階調２６、という具合に１画素毎に階調が１つずつ増加している。縦軸は時間で、フィールド毎に前記フィールドｆの画像が１画素右に移動している。フィールドｆ＋１の画素ｎ＋１は階調２４で、フィールドｆ＋２の画素ｎ＋２は階調２４である。この画像のサブフィールド点灯パターンにおいて、フィールドｆにて画素ｎ＋４で、ＳＦ６が非点灯から点灯に変化する、すなわちサブフィールドの桁上げが起きる。人は動いている物を追いかけて見るので、実際は矢印で示したように見え、視感階調は、階調２６の次に階調３１が入って、その後に階調２８以降が続き、表示階調はリニアに変化するように見えない。これが動偽輪郭の発生原理である。
【０００８】
動偽輪郭の発生を低減するため、特開平７−２７１３２５号公報は、表示効率は若干低下するが、１フィールド内に同じ輝度比のサブフィールドを設け、異なるサブフィールドの組み合わせで同一輝度を表現する複数のサブフィールド符号化パターンを用意し、各画素のサブフィールド構成を決定する場合に、縦横の表示ライン毎あるいは画素毎、更にはフィールド毎に異なるサブフィールド符号化パターンを使用して動偽輪郭の発生を低減する重ね合わせ法を開示している。図３と図４は、重ね合わせ法用のサブフィールド符号化パターンを示す図である。図示のように、パターンはＡとＢの２種類あり、画素毎、ライン毎にＡとＢの点灯パターンに切り替えて符号化する。
【０００９】
図３と図４のパターンＡとＢでは、階調１６から３９と階調４８から６３は同一階調で異なった点灯パターンである。そのため、全６３階調のうち異なる点灯パターンを有する４０階調で、市松模様（ハッチ状）のパターンノイズが生じるという問題がある。そこで、特開２０００−３７２９４８号公報は、動画像であること及び動偽輪郭が現れやすい階調であることを検出した場合にのみ、重ね合わせ法を使用し、それ以外の場合には１つのサブフィールド符号化パターンを使用する動画像特定階調重ね合わせ法を提案している。
【００１０】
重ね合わせ法については、その詳細が上記の文献に記載されているので、ここではこれ以上の説明を省略する。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１０−１１６０５３号公報
【特許文献２】
特開平１０−１５３９８２号公報
【特許文献３】
特開平７−２７１３２５号公報
【特許文献４】
特開２０００−３７２９４８号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
特開２０００−３７２９４８号公報の開示している動画像特定階調重ね合わせ法によれば、市松パターン状のノイズは低減できるが、そのためには勾配検出回路、動き検出回路などを設ける必要があり、構成が複雑になるという問題がある。
【００１３】
本発明は、簡単な構成で、動偽輪郭を低減してより良好な画質が得られる多階調表示装置の実現を目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を実現するため、本発明の多階調表示装置は、サブフィールド符号化における点灯パターンを工夫する。具体的には、サブフィールド構成において、輝度比が２のべき乗でない重みの非べきサブフィールドを少なくとも１つ以上設け、サブフィールドを１フィールド内で重みの昇順又は降順に並べ、各階調で点灯する最大重みのサブフィールドの配列位置が、階調が変化する場合に配列順が逆転することはなく、最小の重みの非べきサブフィールドより重みの大きな注目サブフィールドａが非点灯から点灯に変化する場合、すなわち桁上がりがある場合、桁上がりの前後の小さい方の階調ｘでは、注目サブフィールドａの小さい重み側に隣接する低隣接サブフィールドａ−１が点灯で、それより重みの小さなサブフィールドにおいてかならず非点灯のサブフィールドがあり、小さい方の階調ｘは低隣接サブフィールドａ−１とその小さい重み側に隣接する２低隣接サブフィールドａ−２の重みの合計で表す階調より大きく、大きい方の階調ｘ＋１では、２低隣接サブフィールドａ−２が点灯であることを特徴とする。
【００１５】
更に、大きい方の階調ｘ＋１では、低隣接サブフィールドａ−１が非点灯になる。
【００１６】
本発明のサブフィールド点灯パターンは、重ね合わせ法でも有効であり、重ね合わせ法の場合には、一部の階調の点灯・非点灯パターンが異なる複数のサブフィールド符号化パターンを用意し、いずれかのパターンで符号化した表示データのうちどれを使用するかを切り替える選択回路を設ける。
【００１７】
従来の重ね合わせ法と同様に、選択回路はは、表示画素あるいは複数の表示画素のグループ毎に、横又は縦の表示ライン毎に、表示画面の隣接する横方向及び縦方向の画素毎に千鳥状に、使用するパターンを切り替え、更にその切り替えをフィールド毎に変化させてもよい。
【００１８】
動偽輪郭の発生原理は既に説明したが、動偽輪郭の発生について更に考察した結果、以下のようなことが判明した。
【００１９】
（１）点灯するサブフィールドが連続する場合、動偽輪郭は発生しない。
【００２０】
１フィールドにおいて点灯するサブフィールドが常に連続する表示方法が提案されている。この表示方法では、表示できる階調数が大幅に少なくなるが、動偽輪郭は発生しない。これは、点灯するＳＦが重みの小さいＳＦから重みの大きなＳＦまで連続しており、間に非点灯のＳＦが存在しないためである。
【００２１】
更に、重みが小さなＳＦが非点灯のパターンを持つ階調で動画像を表示した場合、動偽輪郭は発生しにくい。
【００２２】
これらのことから、点灯パターンで重みの大きなサブフィールドの非点灯が動偽輪郭発生の大きな原因である。
【００２３】
（２）桁上がりのある画像が動くと動偽輪郭が発生する。
【００２４】
図１の符号化パターンにおいて、サブフィールドの桁が上がる階調ｏより小さい階調ｐは、比較的重みが小さいサブフィールドで非点灯であるが、上記の（１）の理由により動偽輪郭が発生しにくい。階調ｐ＋１がサブフィールドの桁が上がる階調ｏより小さく、階調ｐの画素に隣接している動画像の場合、動偽輪郭は発生しにくい。
【００２５】
また、サブフィールドの桁が上がる階調ｏより大きい階調ｑ（例えばｑ＝６５）は比較的重みが大きいサブフィールド（ＳＦ７）と比較的重みが小さいサブフィールド（ＳＦ２）が非点灯であり、階調ｑ＋１がサブフィールドの桁が上がる階調ｏより大きく、階調ｑの画素に隣接している動画像の場合も、動偽輪郭は発生しにくい。
【００２６】
しかし、階調ｐと階調ｑが隣接している動画像の場合、動偽輪郭が発生する。
つまり、階調ｑ、ｑ＋１は動偽輪郭が発生しやすいパターンである。
【００２７】
従って、動偽輪郭が発生しやすいパターンは比較的重みが大きいサブフィールドが非点灯の場合で、動偽輪郭が発生しにくいパターンの階調と、動偽輪郭が発生しやすいパターンの階調が隣接している動画像の場合、動偽輪郭が発生する。
【００２８】
つまり、隣接画素が動偽輪郭が発生しにくいパターンの階調と動偽輪郭の発生しやすいパターンの階調の動画像の場合、動偽輪郭が発生する。しかし、隣接画素が動偽輪郭が共に発生しにくいパターンの階調と、共に動偽輪郭の発生しやすいパターンの場合、動偽輪郭が発生しにくい。
【００２９】
以上から、符号化パターンをすべて動偽輪郭が発生しにくいパターンにするか、すべて動偽輪郭が発生しやすいパターンにすると桁上がりがあっても動偽輪郭は発生しにくくなる。しかし、桁が上がる階調ｏより小さい階調のように比較的重みが大きいサブフィールドが点灯しているパターンで点灯表は作れない。
【００３０】
本発明のサブフィールド符号化パターンは、上記の動偽輪郭が発生しにくい条件を満たす。また、本発明はサブフィールド符号化パターンを変更するだけで実現できるので、コストも増加しない。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図５は、本発明の第１実施例の多階調表示装置の全体構成を示す図である。図１において、参照番号１はアナログ画像信号が入力される入力端子、２は水平同期信号（Ｈｓｙｎｃ）、垂直同期信号（Ｖｓｙｎｃ）などの同期信号とドットクロックが入力される入力端子、３は入力端子１に入力されたアナログ画像信号を所定のビット数のデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路、４はＡ／Ｄ変換回路の出力信号の最大階調数をサブフィールド符号化回路で表現できる最大階調数にするゲイン制御回路、５はゲイン制御回路から出力された所定の階調数の画像信号を画素毎にサブフィールド毎の情報に変換するサブフィールド符号化回路、６はサブフィールド符号化回路５から出力される画素単位のサブフィールド情報を２フィールド分記憶するフィールドメモリ、７は表示部９を駆動する駆動回路、８は入力端子２から入力された同期信号から、Ａ／Ｄ変換器３と、ゲイン制御回路４と、サブフィールド符号化回路５と、フィールドメモリ６と、駆動回路７の動作を制御する制御回路、９はプラズマディスプレイパネルなどの表示部である。フィールドメモリ６は、１フィールド分の画素単位のサブフィールド情報を記憶したら、次のフィールドの時にサブフィールド単位で情報を出力する。
【００３２】
図６は、第１実施例の表示装置のサブフィールド符号化回路が使用するサブフィールド符号化パターンを示す図である。丸印が点灯を、無印が非点灯を表す。図示のように、１フィールドは８個のサブフィールドＳＦ１〜ＳＦ８で構成され、ＳＦ１〜ＳＦ８の輝度（重み）比は、１：２：４：８：１２：１６：２０：２４になっており、８７階調が表現できる。第１実施例のサブフィールド構成は、図１の従来例と同じであるが、ここで２のべき乗でない重みのＳＦ５（重み１２）、ＳＦ７（重み２０）及びＳＦ８（重み２４）が含まれていることが重要であり、本発明はこのような２のべき乗でない重みのＳＦを有するサブフィールド構成の適用される。
【００３３】
最大点灯サブフィールドの桁上げの階調は、２、４、８、１６、２４、３６、５６である。図１の従来のパターンと比較すると、本実施例ではＳＦ６、ＳＦ７及びＳＦ８の桁上げが階調２４、３６及び５６であるのに対して、図１の従来パターンでは階調２８、４４及び６４である。例えば、ＳＦ８の桁上げを比較すると、本実施例では、階調５６の点灯パターンはＳＦ４とＳＦ７が非点灯であり、１つ低い階調５５の点灯パターンはＳＦ４が非点灯になっているので、共に動偽輪郭が出現する要因ではあるが、動偽輪郭は出にくい。また、階調５５と５６では重みが比較的大きいサブフィールドの中ではＳＦ７のみが変化している。このようにサブフィールドの点灯パターンの変化をできるだけ小さくすることで動偽輪郭を抑えることができる。
【００３４】
また、桁上げの階調の点灯パタンから点灯の重心を求め、重心の移動をもっとも小さくすることで動偽輪郭の発生を抑えることができる。
【００３５】
図７は、第１実施例のサブフィールド符号化パターンの他の例を示す図である。動偽輪郭は、点灯する最大重みのサブフィールドの桁上がりばかりでなく、その１つ小さい重みのサブフィールドの桁上げ、中間サブフィールドの桁上げでも比較的生じやすい。図７のサブフィールド符号化パターンは、図６のパターンとサブフィールド構成は同じであり、点灯する最大重みのサブフィールドの桁上がりの階調も同じである。しかし、点灯する最大重みのサブフィールドから１つ小さい重みのサブフィールドの桁上げは、図６では階調６、１２、２０、３２、４８、６８であるのに対して、図７では６、１２、２０、３２、４４、６４で、それより小さい重みのサブフィールドの桁上げも同様に比較的重みが大きいサブフィールドでの変化を小さくしており、更に動偽輪郭を抑えることができる。
【００３６】
図８は、本発明の第２実施例の多階調表示装置の全体構成を示す図である。第２実施例の多階調表示装置は、本発明を前述の重ね合わせ法を使用する装置に適用した実施例である。図５の第１実施例の装置と異なる点についてのみ説明する。
【００３７】
図８において、入力端子１１、１２、Ａ／Ｄ変換回路１３、ゲイン制御回路１４、フィールドメモリ１６、駆動回路１７、制御回路１８及び表示部１９は、それぞれ図５の第１実施例の要素に対応する。図示のように、サブフィールド符号化回路５の変わりに、２個の第１及び第２サブフィールド符号化手段１５Ａ、１５Ｂと、その２つの出力のいずれかを選択してフィールドメモリ１６に出力するように切り替える切り替え回路２０が設けられている点が第１実施例と異なる。
【００３８】
ゲイン制御回路１４の出力は、２個の第１及び第２サブフィールド符号化手段１５Ａ、１５Ｂに入力される。第１サブフィールド符号化手段１５Ａは、図９に示すようなサブフィールド符号化パターンＡを使用して符号化を行い、第２サブフィールド符号化手段１５Ｂは、図１０に示すようなサブフィールド符号化パターンＢを使用して符号化を行う。切り替え回路２０は、制御回路１８からの制御信号に従って、２個の第１及び第２サブフィールド符号化手段１５Ａ、１５Ｂの２つの出力のいずれかを選択して出力する。この切り替えは、図１１の（Ａ）に示すように、表示画面において、横方向のライン毎にサブフィールド符号化パターンＡによる符号化とサブフィールド符号化パターンＢによる符号化を行うように切り替える。これにより、フィールドにおける点灯サブフィールドの位置が上下のラインで平均化されて動偽輪郭が低減される。
【００３９】
なお、２つの異なる符号化パターンを使用する画素をどのように配置するかについては、各種の変形例が可能である。例えば、図１１の（Ｂ）に示すように、図１１の（Ａ）に示す配置を、フィールド毎に交互に変化させてもよい。更に、図１２の（Ａ）に示すように、表示画面において縦ライン毎にサブフィールド符号化パターンＡによる符号化とサブフィールド符号化パターンＢによる符号化を交互に行うことも可能である。また、図１２の（Ｂ）に示すように、そのライン位置をフィールド毎に変化させてもよい。
【００４０】
更に、図１３の（Ａ）に示すように、表示画面において隣接する画素毎にサブフィールド符号化パターンＡによる符号化とサブフィールド符号化パターンＢによる符号化を交互に行う、すなわち千鳥状に符号化を異ならせることも可能である。また、図１３の（Ｂ）に示すように、そのライン位置をフィールド毎に変化させてもよい。
【００４１】
ここで、図９と図１０の第２実施例のサブフィールド符号化パターンＡとＢについて説明する。パターンＡではＳＦ７の桁上がり階調は３６で、パターンＢでは階調は４０であり、パターンＡではＳＦ８の桁上がり階調は５６で、パターンＢでは階調は６０であり、パターンＡでは点灯する最高輝度でない場合のＳＦ６の桁上がり階調は４４と６８で、パターンＢでは階調は４８と７２であり、パターンＡでは点灯する最高輝度でない場合のＳＦ７の桁上がり階調は６４で、パターンＢでは階調は６８である。８８のすべての階調中、パターンＡとＢで違いがあるのは２０階調であり、図９又は図１０のように、画素、ライン、フィールド毎にパターンＡとＢのサブフィールド符号化に切り替えた場合も、ハッチ状のノイズは目立たなくなる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡単な回路で、動画像の偽輪郭及びハッチ状のノイズが低減でき、静止画はもちろん動画像の画質も向上できる多諧調表示装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のサブフィールド符号化パターンを示す図である。
【図２】動偽輪郭の発生原理を説明する図である。
【図３】従来の重ね合わせ法用サブフィールド符号化パターンを示す図である。
【図４】従来の重ね合わせ法用サブフィールド符号化パターンを示す図である。
【図５】本発明の第１実施例の多階調表示装置の構成を示すブロック図である。
【図６】第１実施例のサブフィールド符号化パターンを示す図である。
【図７】第１実施例のサブフィールド符号化パターンの他の例を示す図である。
【図８】本発明の第２実施例の多諧調表示装置の構成を示すブロック図である。
【図９】第２実施例のサブフィールド符号化パターンＡを示す図である。
【図１０】第２実施例のサブフィールド符号化パターンＢを示す図である。
【図１１】第２実施例の重ね合わせパターンの配置例を示す図である。
【図１２】第２実施例の重ね合わせパターンの配置例を示す図である。
【図１３】第２実施例の重ね合わせパターンの配置例を示す図である。
【符号の説明】
３…Ａ／Ｄ変換回路
４…ゲイン制御回路
５…サブフィールド符号化回路
６…フィールドメモリ
７…駆動回路
８…制御回路
９…表示部
【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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