(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アナログ映像信号をデジタル映像信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
前記デジタル映像信号の輝度分布を検出する輝度分布検出回路と、
前記デジタル映像信号の階調数を削減するための複数のしきい値を保持する階調削減回路と、
前記輝度分布の谷に位置するように前記複数のしきい値を個別に制御するマイクロコントローラと、
から構成される階調補正回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等のデジタル駆動の表示デバイスを用いた表示装置における階調削減技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりパーソナルコンピュータ（以下、ＰＣと記述する）等が出力する映像信号は高階調のアナログ信号が一般的であるのに対し、ＳＴＮ液晶ディスプレイに代表される出力階調数の少ないデジタル駆動の表示装置においては、入力したアナログ映像信号をデジタル信号へ変換（以下、Ａ／Ｄ変換と記述する）した後、階調削減を行い表示デバイスに出力している。
【０００３】
このような、Ａ／Ｄ変換を有する表示装置においては、アナログ信号の微弱な揺らぎやジッターノイズがＡ／Ｄ変換により量子化され、１階調振幅のノイズ（量子化ノイズと記述）として画面に出力され問題となる。
【０００４】
図８を用いて、このような問題を説明する。図８はアナログ輝度レベル０．２Ｖの映像信号が０．１Ｖ刻みのしきい値でＡ／Ｄ変換される様子をあらわしており、映像信号の変化はしきい値の刻み幅より十分小さいが、サンプリングするタイミング１Ｆ，２Ｆ，３Ｆにより、変換データは「１」，「２」，「１」と変動した値を出力し、これがノイズとして出力される。
【０００５】
このような課題を解決するため、特開平５−２８４０２５号公報では図９に示すように、アナログ入力レベルに応じて、２つのしきい値記憶手段（しきい値群１、しきい値群２）を切り替えることで安定したＡ／Ｄ変換出力を実現し、量子化ノイズを低減している。図８の信号の場合では、しきい値群２を用いることで、量子化ノイズは発生しない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述の量子化ノイズの低減方法は、あらかじめＡ／Ｄ変換の各階調分のしきい値群を用意しておかなければならず、多様な映像信号にきめ細かく対応することが出来ないという問題があった。
【０００７】
また、前述の従来の低階調の表示装置においては、入力した映像信号の輝度差が階調削減により失われてしまうというさけられない問題があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明の階調補正装置では量子化ノイズが一階調の振幅を保持し、映像データと共に輝度分布上に存在することに着目し、Ａ／Ｄ変換後のデジタル信号の輝度分布を検出して映像データの少ない（従って量子化ノイズも少ない）輝度領域、すなわち輝度分布の谷に階調削減のしきい値を位置させることで、画面に出力される量子化ノイズを低減させるものである。
【０００９】
また、前記階調削減回路へ入力する映像信号の輝度分布を前記階調削減回路の出力する各階調データに均等に分割することで、限られた出力階調数を有効に活用し、コントラスト感のある画像表示を実現するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、アナログ映像信号を高階調のデジタル映像信号にＡ／Ｄ変換した後、階調削減して低階調の表示デバイスに出力する表示装置において、前記高階調のデジタル映像信号の輝度分布の谷に階調削減のしきい値が位置するよう前記アナログ信号の振幅、黒レベルを設定することを特徴とする階調補正装置であり、Ａ／Ｄ変換で発生する量子化ノイズを階調削減時に低減させ、ノイズの少ない画面表示を実現する物である。
【００１１】
本発明の請求項２に記載の発明は、アナログ映像信号の振幅、黒レベルを調整するためのビデオアンプと前記ビデオアンプの出力を高階調のデジタル映像信号に変換するＡ／Ｄ変換器と前記高階調のデジタル映像信号の輝度分布を検出する輝度分布検出回路と前記高階調のデジタル映像信号を表示デバイスの階調数に階調削減する階調削減回路と前記階調削減回路のしきい値が前記輝度分布の谷に位置するよう前記ビデオアンプを制御するマイクロコントローラより構成される階調補正装置であり、Ａ／Ｄ変換で発生する量子化ノイズを階調削減時に低減させ、ノイズの少ない画面表示を実現する物である。
【００１２】
本発明の請求項３に記載の発明は、アナログ映像信号を高階調のデジタル映像信号にＡ／Ｄ変換した後、階調削減して低階調の表示デバイスに出力する表示装置において、前記高階調のデジタル映像信号の輝度分布の谷に階調削減のしきい値が位置するよう前記しきい値を設定することを特徴とする階調補正装置であり、Ａ／Ｄ変換で発生する量子化ノイズを階調削減時に低減させ、ノイズの少ない画面表示を実現する物である。
【００１３】
本発明の請求項４に記載の発明は、アナログ映像信号を高階調のデジタル映像信号に変換するＡ／Ｄ変換器と前記高階調のデジタル映像信号の輝度分布を検出する輝度分布検出回路と前記高階調のデジタル映像信号を表示デバイスの階調数へ可変しきい値により階調削減する階調削減回路と前記輝度分布の谷に前記階調削減回路のしきい値を設定するマイクロコントローラより構成される階調補正装置であり、Ａ／Ｄ変換で発生する量子化ノイズを階調削減時に低減させ、ノイズの少ない画面表示を実現する物である。
【００１４】
本発明の請求項５に記載の発明は、高階調のデジタル映像信号を階調削減して低階調の表示デバイスに出力する表示装置において、階調削減後のデジタル映像信号の輝度分布の各度数が均等となるよう階調削減のしきい値を設定することを特徴とする階調補正装置であり、階調削減後の映像データの輝度分布の各度数がほぼ均等となるため、表示デバイスの出力階調数が有効に活用され、コントラスト感のある画像表示を実現する物である。
【００１５】
本発明の請求項６に記載の発明は、高階調のデジタル映像信号の輝度分布を検出する輝度分布検出回路と前記高階調のデジタル映像信号を表示デバイスの階調数に可変しきい値により階調削減する階調削減回路と前記階調削減回路の出力するデジタル映像信号の輝度分布の各度数が均等となるよう前記階調削減回路のしきい値を設定するマイクロコントローラより構成される階調補正装置であり、階調削減後の映像データの輝度分布の各度数がほぼ均等となるため、表示デバイスの出力階調数が有効に活用され、コントラスト感のある画像表示を実現する物である。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態の一例について図１，図２，図３，図４を用いて説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における階調補正装置のブロック構造図である。
【００１８】
図１において、１０１はアナログ映像信号の振幅、黒レベルを調整するビデオアンプであり、１０２はビデオアンプ１０１の出力するアナログ映像信号をＭ階調のデジタル映像信号にＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器であり、１０３はＡ／Ｄ変換器１０２の出力するＭ階調のデジタル映像信号の輝度分布を検出する輝度分布検出回路、１０４はＭ階調のデジタ映像信号をＮ階調（Ｍ＞Ｎ）のデジタル映像信号に階調削減する階調削減回路、１０５は輝度分布検出回路１０３の検出結果を基に、階調削減回路１０４の階調削減のしきい値、およびビデオアンプ１０１を制御してＡ／Ｄ変換器１０２へ入力するアナログ映像信号の黒レベル、振幅を調整するマイクロコントローラである。
【００１９】
また、本実施の形態例として、図１中の階調数をＭ＝１６、Ｎ＝４としたときの階調削減回路１０４の内部構成例を図２に示す。
【００２０】
図２（Ａ）は１０４のブロック構成を表す図であり、図２（Ａ）において４０１，４０２、４０３は入力する４ビットの映像データとしきい値ＴＨ１、しきい値ＴＨ２、しきい値ＴＨ３（ＴＨ１＜ＴＨ２＜ＴＨ３）とを比較し、映像データがしきい値以上であれば１、未満であれば０を出力する比較器であり、４０４は比較器４０１，比較器４０２，比較器４０３の出力から図２（Ｂ）に示す値を出力するデコーダであり、４０５はマイクロコントローラ１０５（図１）より設定されるしきい値ＴＨ１，しきい値ＴＨ２，しきい値ＴＨ３を保持するレジスタである。
【００２１】
さらに、図３は特定の映像信号が入力した場合の輝度分布検出回路１０３の検出結果と、しきい値ＴＨ１，しきい値ＴＨ２，しきい値ＴＨ３を等間隔に設定した場合の階調削減回路１０４の出力データの対応関係を表しており、図３において、しきい値ＴＨ２，しきい値ＴＨ３の前後には大量の輝度データと共に量子化ノイズも存在するため、階調削減回路１０４の出力データも「１」と「２」、および「２」と「３」が変動した値が出力され、表示画面上のノイズとして認識される。
【００２２】
かかる構成で、マイクロコントローラ１０５がビデオアンプ１０１の黒レベルをＡ／Ｄ変換器１０２出力の１階調分だけ上昇させた様子を図４に示す。図４においてしきい値ＴＨ１，しきい値ＴＨ２の前又は後には映像データが存在しないため量子化ノイズも存在せず、しきい値ＴＨ３の前後の映像データも図３の場合と比べ少なくなるため、階調削減回路の出力データの量子化ノイズも図３の場合より低減される。
【００２３】
以上より、本実施の形態では、しきい値を可変設定が出来ない階調削減回路を用いても階調削減時において量子化ノイズを消滅させることが可能となる。
【００２４】
また、本実施の形態では黒レベルを調整したが、振幅の調整も加えることで、よりきめ細かく輝度分布の谷にしきい値を位置させることが出来るため、効果的なノイズの低減が可能となる。
【００２５】
（実施の形態２）
次に、本発明の別の実施の形態について図１，図２，図３，図５を用いて説明する。なお、前述した実施の形態と同じ構成要件については同じ符号を用い、その説明を省略する。
【００２６】
図１は本発明の本実施の形態例における階調補正装置の構造を示すブロック図であり、ブロック図としては（実施の形態１）で説明した階調補正装置の構造と同一のものである。
【００２７】
かかる構成で、図５は図３で示される状態から、しきい値ＴＨ１をそのままとし、しきい値ＴＨ２としきい値ＴＨ３とをＡ／Ｄ変換器１０２の出力の１階調分だけ高い輝度に設定させた様子を示しており、しきい値ＴＨ１，しきい値ＴＨ２，しきい値ＴＨ３の前又は後には映像データが存在しないため量子化ノイズも存在せず、階調削減回路の出力データにもノイズは出力されない。すなわち、量子化ノイズは階調削減回路によってすべて消滅させることが可能となる。
【００２８】
従って、本実施の形態例の階調補正装置では各しきい値を自由に設定することが可能となるため、上述した（実施の形態１）で説明した階調補正装置の例よりもより効果的なノイズの低減が可能となる。
【００２９】
（実施の形態３）
次に、本発明のもう一つの実施の形態例について図１，図２，図３，図６、図７を用いて説明する。なお、前述した実施の形態と同じ構成要件については同じ符号を用い、その説明を省略する。
【００３０】
図１は本発明の実施の形態例における階調補正装置の構造を示すブロック図であり、ブロック図としては上述した（実施の形態１）、（実施の形態２）で説明したものと同一である。
【００３１】
かかる構成で、図６は図３で示される状態から、階調削減後のデジタル映像信号の輝度分布の各度数が均等となるようしきい値ＴＨ３をそのままとし、しきい値ＴＨ１を２階調分、しきい値ＴＨ２を１階調分だけ高い輝度に設定させた様子を示している。
【００３２】
図７（Ａ）は図３で示されるしきい値のよる階調削減回路１０４の出力輝度分布を表し、図７（Ｂ）は図６で示されるしきい値のよる階調削減回路１０４の出力輝度分布を表す。図７（Ａ）は輝度データのほとんどが３階調内に存在しているのに対し、図７（Ｂ）では出力４階調全てにほぼ均等に存在しており、出力階調（４階調）の全てを効果的に使ったコントラスト感のある画像出力が可能となる。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明の階調補正装置によれば、Ａ／Ｄ変換で発生する量子化ノイズを階調削減時に低減させ、ノイズの少ない画面表示を実現することが可能となる。
【００３４】
また、表示デバイスの出力階調数を有効に活用し、コントラスト感のある画像表示を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の階調補正装置の構成を示すブロック図
【図２】同階調補正装置の階調削減回路の構成を示すブロック図
【図３】同階調補正装置の階調削減前の輝度分布を示す図
【図４】同階調補正装置の階調削減後の輝度分布の第１の例を示す図
【図５】同階調補正装置の階調削減後の輝度分布の第２の例を示す図
【図６】同階調補正装置の階調削減後の輝度分布の第３の例を示す図
【図７】同階調補正装置の階調削減回路からの出力輝度分布の一例を示す図
【図８】量子化ノイズの発生原因を表す図
【図９】従来の量子化ノイズ抑制技術のブロック構成図
【符号の説明】
１０１  ビデオアンプ
１０２  Ａ／Ｄ変換器
１０３  輝度分布検出回路
１０４  階調削減回路
１０５  マイクロコントローラ
３０１  しきい値記憶部１
３０２  しきい値記憶部２
３０３  切り替え器
３０４  Ａ／Ｄ変換器
４０１，４０２，４０３  比較器
４０４  比較器の結果より階調削減データを出力するデコーダ
４０５  階調削減のしきい値を保持するレジスタ
【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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【図８】
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【図９】
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