(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビデオ画像を画像内容に関して実時間にフレームごと、若しくはフィールドごとに解析し、
コントラスト改良のため上記ビデオ画像のルミナンス信号及び／又はクロミナンス信号の変更量を決める伝達関数のパラメータを調整し、
上記伝達関数は２重区分の伝達関数であり、二つの区分を分割する適応ピボット点を備え、上記画像フレーム若しくは画像フィールドは、暗いサンプル分布と画像平均輝度を用いて解析され、上記暗いサンプル分布は、上記２重区分の伝達関数の下側区分の区分利得を決めるため使用され、上記適応ピボット点は上記画像平均輝度値に依存して適応される、ビデオ画像の動的コントラスト改良方法。
【請求項２】
上記ビデオ画像の解析は、受信された画像フォーマットに依存してサイズがプリセット若しくは調整される解析ウィンドウ内で行われる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
上記フレーム若しくはフィールドピーク値は、上記２重区分の伝達関数の上側区分の区分利得を決めるため使用される、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
上記適応ピボット点は、かなり低い平均輝度値を有する暗い画像に対し低い値に移され、かなり高い平均輝度値を有する明るい画像に対し高い値に移される、請求項１乃至３いずれか一項記載の方法。
【請求項５】
ピーク値が、所定範囲に制限されてフレーム若しくはフィールドピーク解析される、請求項３又は４記載の方法。
【請求項６】
上記画像平均輝度の値、上記暗いサンプル分布の値、及び、上記フレーム若しくはフィールドピーク値は、ＩＩＲフィルタを用いてフィルタ処理される、請求項３乃至５のうちいずれか一項記載の方法。
【請求項７】
上記２重区分の伝達関数を適用するとき、上記ルミナンス成分の非線形処理に起因した色飽和の影響を補償する色飽和補償ステップを更に有する請求項１乃至６いずれか一項記載の方法。
【請求項８】
Ｙ＿ＰＷＬが上記２重区分の伝達関数を上記ルミナンス成分に適用した後のルミナンス出力信号を表し、Ｙ＿ＣＯＲＥＤが上記２重区分の伝達関数を適用する入力ルミンナンス信号成分を表すとき、上記色飽和の補償利得（ＣＳＣ＿ＧＡＩＮ）は、以下の式、
ＣＳＣ＿ＧＡＩＮ＝Ｙ＿ＰＷＬ／Ｙ＿ＣＯＲＥＤ
に従って決められる、請求項７記載の方法。
【請求項９】
全てのクロミナンスデータ対のＵ及びＶに対し、色飽和の最大許容補償利得ＣＳＣ＿ＧＡＩＮｍａｘは、
ｍａｘ＿ｖａｌｕｅが所与のクロマ値ビット表現に関する定数を表し、関すｍａｘ（ａｂｓ（Ｕ），ａｂｓ（Ｖ））がクロマデータ対のＵ及びＶの最大絶対値を表すとき、以下の式、
ＣＳＣ＿ＧＡＩＮｍａｘ＝ｍａｘ＿ｖａｌｕｅ／ｍａｘ（ａｂｓ（Ｕ），ａｂｓ（Ｖ））
として計算される、請求項７又は８記載の方法。
【請求項１０】
ビデオ画像が画像内容に関してフレームごと若しくはフィールドごとに解析される画像解析ユニットと、
上記ビデオ画像のルミナンス信号及び／又はクロミナンス信号のための伝達関数であり、二つの区分を分割する適応ピボット点を含む２重区分の伝達関数が上記画像解析ユニットで得られた結果に依存して適応される伝達関数適応ユニットとを含み、
上記画像解析ユニットは、
画像平均輝度解析ユニットを含み、上記適応ピボット点は、画像平均輝度に依存して適応される、ビデオ画像の動的コントラスト改良装置。
【請求項１１】
上記画像解析ユニットは、暗いサンプル分布解析ユニットと、ピーク解析ユニットとのいずれか又は両方を含み、
上記ピーク解析ユニットの出力であるフレーム又はフィールドのピーク値は、上記２重区分の伝達関数の上側区分の区分利得を決めるために使用され、上記暗いサンプル分布解析ユニットの出力である暗いサンプル分布は、上記２重区分の伝達関数の下側区分の区分利得を決定するために使用される、請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
上記ピーク解析ユニットは、個々に対応した閾値を超える画素値をカウントする多数のカウンタを含み、上記カウンタによってカウントされた結果はピーク値を決定するため合計される、請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
上記ルミナンス信号の低域成分及び、上記ルミナンス信号の高域成分のノイズを除去した信号成分を加算してノイズ圧縮ルミナンス信号が発生される適応信号分離器を更に有し、
上記ノイズ圧縮ルミナンス信号は上記伝達関数適応ユニットで処理される、請求項１０乃至１２いずれか一項記載の装置。
【請求項１４】
上記適応信号分離器は上記ビデオ画像の上記ルミナンス信号がフィルタ処理される低域フィルタを含み、
上記ルミナンス信号の低域成分は上記画像解析ユニットに供給される、請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
適応信号分離器は、上記ルミナンス信号の高域成分が上記ルミナンス信号のＳＮ比の推定量を用いることによりノイズ及び微細部信号成分から除去される適応抜き取りユニットを有し、
対応した抜き取りレベルが上記ルミナンス信号の上記高域成分に加えられる、請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
上記適応抜き取りユニットによって切り取られた信号成分は加算器に供給され、上記加算器において、上記ノイズ圧縮ルミナンス信号成分が生成される、請求項１５記載の装置。
【請求項１７】
上記伝達関数適応ユニットにおけるルミナンス成分の非線形処理に起因した色飽和の影響を補償する色飽和補償ユニットを更に有する請求項１０乃至１６いずれか一項記載の装置。
【請求項１８】
Ｙ＿ＰＷＬが上記２重区分の伝達関数を上記ルミナンス成分に適用した後のルミナンス出力信号を表し、Ｙ＿ＣＯＲＥＤが上記２重区分の伝達関数を適用する入力ルミンナンス信号成分を表すとき、上記色飽和の補償利得（ＣＳＣ＿ＧＡＩＮ）は、以下の式、
ＣＳＣ＿ＧＡＩＮ＝Ｙ＿ＰＷＬ／Ｙ＿ＣＯＲＥＤ
に従って決められる、請求項１７記載の装置。
【請求項１９】
全てのクロミナンスデータ対のＵ及びＶに対し、色飽和の最大許容補償利得ＣＳＣ＿ＧＡＩＮｍａｘは、
ｍａｘ＿ｖａｌｕｅが所与のクロマ値ビット表現に関する定数を表し、関すｍａｘ（ａｂｓ（Ｕ），ａｂｓ（Ｖ））がクロマデータ対のＵ及びＶの最大絶対値を表すとき、以下の式、
ＣＳＣ＿ＧＡＩＮｍａｘ＝ｍａｘ＿ｖａｌｕｅ／ｍａｘ（ａｂｓ（Ｕ），ａｂｓ（Ｖ））
として計算される、請求項１７又は１８記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオ画像の動的コントラスト改良方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオディスプレイの設計分野において、画像コントラストに対する強い要求が存在するが、各ビデオディスプレイのダイナミックレンジには制限がある。特に、ＬＣＤ及びプラズマディスプレイのようなフラット・ディスプレイ・パネルは、ＣＲＴディスプレイよりもダイナミックレンジが更に狭い。ディスプレイのダイナミックレンジを大きくし過ぎると、望ましくない妨害の影響が生じるので、画像コントラストは単にビデオ信号振幅を増幅させるだけでは増大させることができない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、画像コントラスト及び画質を増加させるためディスプレイのダイナミックレンジを効率的に利用する方法及び装置を開示する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、開示された方法及び開示された装置によって達成される。
開示された方法によれば、画像コントラストは、表示されたビデオ画像の画像内容を解析し、画像内容解析ステップの結果に基づいてコントラストを調整することにより最適化される。より詳細に説明すると、本発明による基本的な解決方法は、ビデオ画像を実時間にフレーム形式で解析し、主観的に最良の画質に対する解析結果に依存したコントラスト改良のため伝達関数のパラメータを調整する。
【０００５】
本発明の方法による有利な実施例は従属請求項に記載されている。２重区分の伝達関数を使用することにより優れた結果が得られることが判明した。開示された実施例において使用される好ましい２重区分の伝達関数は、適応ピボット点を備えた二つの区分を含み、このピボット点は二つの区分、すなわち、暗いサンプル（暗サンプル）用の下側区分と明るいサンプル（明サンプル）用の上側区分とを分離する。
【０００６】
開示の実施例によれば、各画像フレームは異なる特性、すなわち、画像平均輝度、暗いサンプル分布及びフレームピーク値に対し解析される。好ましい実施例において、３個のパラメータは全て伝達関数を調整するため使用される。開示の実施例によれば、下側区分の利得は暗サンプルの分布に対し適応的である。高い方の利得は少数の暗サンプルから生じ、低い方の利得は多数の暗サンプルから得られる。
【０００７】
開示の実施例によれば、上側区分の利得はフレームピーク値に対し適応的である。上側区分の利得は、完全コントラストに対する公称ピーク値よりも低いピーク値が検出されたときに、検出されたピーク値が公称ピーク値に移されるような形で計算される。検出されたピーク値が公称ピーク値以上である場合、１．０の利得が使用される（変化が無い）。他の方向では、計算された理論的な利得は、不自然な影響を回避するため最大値に制限される。
【０００８】
開示の実施例によれば、伝達関数の第３のパラメータはピボット点である。ピボット点は、平均画像輝度に対し適応的であり、暗い画像を明るくさせ、コントラストを増大する。開示の実施例によれば、低平均輝度値は、ピボット点を下方に移し、高平均輝度値はピボット点を高いレベルに移す。開示の実施例に提案された新しいピーク値判定法は、区分利得の変調を回避するため、ピークの幅を考慮する。
【０００９】
コントラスト改良方法の結果を平滑化するため、画像解析ユニットの値、すなわち、平均画像輝度、暗サンプル分布及びフレームピーク値は、好ましくは、ＩＩＲフィルタを用いてフィルタ処理される。開示の実施例に記載された解決策によれば、本発明の装置は、ビデオ画像が画像内容に関して解析される画像解析ユニットと、コントラスト改良のための伝達関数のパラメータが画像解析ユニットで得られた結果に基づいて適応される伝達関数適応ユニットとを含む。
【００１０】
本発明の装置の有利な実施例は従属請求項に記載されている。開示された装置よれば、ビデオ信号のＳＮ比に適応するルミナンス信号の準備のため、適応信号分離器が設けられ、適応信号分離器では、ノイズ圧縮ルミナンス信号が発生され、次いで、そのルミナンス信号に伝達関数が適用される。
【００１１】
開示された装置によれば、適応信号分離器は低域フィルタを有し、これにより、輝度信号が除波され、信号の低域成分が画像解析ユニットに供給される。低域フィルタ処理された信号はノイズの影響を低減するため画像解析に使用される。開示された本発明の装置の更に具体的な実施例によれば、適応信号分離器は適応抜き取りユニットを有し、輝度信号の高域成分は、対応した抜き取りレベルを高域成分に適用することにより、ルミナンス信号のＳＮ比の推定量に適応的なノイズ及び微細部信号成分から除去される。このノイズ圧縮信号成分に低域成分信号が追加され、開示の実施例に記載されたノイズ圧縮ルミナンス信号が得られる。
【００１２】
開示の実施例に記載された手段によれは、更なる改良が実現される。伝達関数の適用後に、適応抜き取りユニットによって切り取られた信号成分を包囲するノイズ及び微細部成分を結果として得られた出力信号に加えることにより、微細部信号を損失することなく、ノイズ振幅の圧縮が行える。さもなければ、抜き取り機能はノイズ信号と画像信号とを区別しないので、高周波微小振幅信号成分の損失に起因してシャープさが失われる。
【００１３】
色飽和の際のルミナンス成分の処理の影響を補償するため、対応してこの影響を補償するようクロミナンス信号を処理する色飽和補償ユニットを設ける方が有利である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の例示的な実施例を詳細に説明する。
本発明による動的コントラスト改良方法ＤＣＩの基本機能は、実時間でフレーム形式で画像を解析し、主観的に最良の画質に対する解析結果に応じて伝達関数のパラメータを調整することである。ビデオ信号のルミナンス信号成分は主として画像コントラストを決めるので、新規の動的コントラスト改良方法は、各ルミナンス信号点（ビデオ画像の画素）に出力値を割り当てる伝達関数に対しルミナンス信号だけを適用するので、改良された画像コントラスト及び画質が得られる。
【００１５】
この過程は図１に示されている。同図には、伝達関数の影響が示されている。グラフのＸ方向（横軸）には、入力ルミンナンス値Ｙ＿ＩＮが描画される。グラフのＹ方向（縦軸）には、出力ルミナンス値Ｙ＿ＯＵＴが示される。何れの場合も、ルミナンス値は、ビデオ信号処理の分野で屡々使用されるＩＲＥ（無線技術者機構）単位で表される。１００ＩＲＥのルミナンス信号は標準ビデオ信号のホワイトレベルを表し、０ＩＲＥのルミナンス信号は標準ビデオ信号のブラックレベルを表す。
【００１６】
異なる種類のディスプレイ毎に、標準ビデオ信号テストパターンに対し最適なブラック及びホワイトの色が再現されるように、特別な調整を利用することが可能である。ビデオフィルムにおいて、例えば、暗いシーンが出現するとき、表示されたビデオ画像は、特殊な調整にも係わらず低コントラスト値を有し、画像は不明瞭若しくは曇っているように見える。そのため、動的コントラスト改良が非常に望まれる。コントラスト改良が行われないとき、伝達関数は、図１に符号１０で示されるような勾配１の直線の形式をなす。
【００１７】
本発明によれば、図１に符号１１で示されるような適応ピボット点を具備した２重区分の伝達関数が使用される。二つの区分は異なる勾配を有し、適応ピボット点１２は２本の線分の交点である。２重区分伝達関数のパラメータは、両方のセグメントからの２個の勾配値（以下、区分利得値とも称する）と、ピボット点１２の位置とである。下側区分は暗サンプル用であり、上側区分は明サンプル用である。
【００１８】
下側区分の利得は、暗サンプル分布に適応的である。高い方の利得は少数の暗サンプルから得られ、低い方の利得は多数の暗サンプルから得られる。利得は、以下の式で与えられる範囲に制限される。
１．０≦区分１＿利得≦最大＿利得１
本発明の好ましい一実施例において、最大＿利得１の値は１．５である。
【００１９】
上側区分の利得はフレームピーク値に適応する。上側区分の利得は次のように計算される。検出されたピーク値が公称値よりも小さい場合、検出されたピーク値は公称ピーク値の方に移される。検出されたピーク値が公称値以上である場合、利得値として１．０が使用される（変化無し）。計算された理論的な利得は、不自然な影響を回避するため最大値に制限される。
【００２０】
１．０≦区分２＿利得≦最大＿利得２
本発明の好ましい実施例において、最大＿利得２の値は１．７である。
伝達関数の第３のパラメータはピボット点である。ピボット点は、平均画像輝度に適応し、暗い画像にコントラストを付け、明るくする。低平均輝度はピボット点を低い方に移し、高平均輝度はピボット点を高い方のレベルに移す。図１では、実現の簡単化のため、ピボット点は、常に直線１０上に存在し、実現可能な最も下側の位置は点（Ｘ＝７ＩＲＥ，Ｙ＝４０ＩＲＥ）であり、実現可能な最も上側の位置は点（Ｘ＝４０ＩＲＥ，Ｙ＝４０ＩＲＥ）であり、両方の点は、図１において、それぞれ点１３及び点１４として描画される。
【００２１】
以下、本発明による動的コントラスト改良装置を詳細に説明する。図２には、動的コントラスト改良装置の上位概念図が示されている。動的コントラスト改良装置は５個の主要な要素により構成され、適応信号分離器２０と、伝達関数適応ユニット３０と、画像解析ユニット４０と、色飽和ユニット５０と、ノイズ推定器６０とを含む。４種類の入力信号、すなわち、ビデオ信号のルミナンス信号Ｙ＿ＩＮと、先行フィールドからのルミナンス信号Ｙ＿ＩＮＰＦと、クロミナンス信号Ｕ＿ＩＮ及びＶ＿ＩＮとをＹ＿ＩＮ，Ｙ＿ＩＮＰＦ，Ｕ＿ＩＮ，Ｖ＿ＩＮとがこの装置に供給される。これらの信号から、３種類の出力信号、すなわち、修正クロミナンス信号Ｕ＿ＯＵＴと、修正クロミナンス信号Ｕ＿ＯＵＴ及びＶ＿ＯＵＴとが発生される。これらの信号は、別の処理若しくは表示のため使用してもよい。
【００２２】
次に、適応信号分離器２０について説明する。適応信号分離器２０は、図３に示される如く、低域フィルタ２１０と、適応抜き取りユニット２２０とからなる主要部を有する。適応信号分離器２０は、ルミナンス信号のＳＮ比に適応的なルミナンス信号を準備し、更なる処理のため必要な三つの異なる信号ＳＭＡＬＬ＿ＤＴＬ，Ｙ＿ＣＯＲＥＤ，Ｙ＿ＬＰを発生する。図３に示される如く、ルミナンス信号Ｙ＿ＩＮは低域フィルタ２１０で除波される。低域フィルタ処理された信号Ｙ＿ＬＰは、図２に示される如く、画像解析ユニット４０で使用するため与えられる。ルミナンス信号の高域成分は、加算器２０１において、到来信号Ｙ＿ＩＮから低域フィルタ処理された信号Ｙ＿ＬＰを減算することだけによって発生される。高域信号Ｙ＿ＨＰは、適応抜き取りユニット２２０に供給され、抜き取りレベルに満たないノイズ及び微細信号が除去される。抜き取りレベルは、図２のノイズ推定器６０から与えられるＳＮ比の推定量ＳＮＲによって決定される。適応抜き取りユニット２２０の出力信号Ｙ＿ＨＰ＿Ｃは、加算器２０３において、低域信号Ｙ＿ＬＰに加えられる。この結果は、ノイズ圧縮信号Ｙ＿ＣＯＲＥＤである。ノイズ圧縮信号Ｙ＿ＣＯＲＥＤは更なる処理のため伝達関数ユニット３０に供給される。
【００２３】
抜き取り機能は、ノイズ信号と画像信号とを区別しないので、高周波微小振幅画像信号が除去されるため、シャープさが損なわれる。したがって、図２に示されるように、抜き取りユニット２２０によって切り取られた信号量ＳＭＡＬＬ＿ＤＴＬは、最終的な動的コントラスト改良処理の後に、処理された信号Ｙ＿ＰＷＬに改めて加えられる。この処理は、微細信号の損失を伴うことなくノイズ振幅を減少させることができる。
【００２４】
低域フィルタの構造は図４に示されている。これは、一般的な低域フィルタの構造である。同図に示される如く、低域フィルタは、遅延ユニット２１１０と、合算段２１２０と、除算段２１３０とを含む。この低域フィルタは、約７００ｋＨｚで−３ｄＢの周波数限界を有する。
適応抜き取りユニット２２０の構造は図５に示される。同図に示される如く、適応抜き取りユニット２２０は、最大値選択器２２１０と、最小値選択器２２２０とを有する。また、適応抜き取りユニット２２０は、倍率−１の乗算を実行し反転ユニット２２３０と、加算器２２４０とを含む。適応抜き取りユニット２２０の機能は図５に記載された構造から明らかである。
【００２５】
次に、画像解析ユニット４０について詳細に説明する。動的コントラスト改良処理ＤＣＩの基本機能は、画像を実時間にフレーム形式で解析し、主観的に最良の画質に対する解析結果に依存して２重区分の伝達関数のパラメータを調整することである。各画像フレームは３種類の特性、すなわち、画像平均輝度、暗サンプル分布及びフレームピーク値について解析される。図６は画像解析ユニット４０のブロック構成図である。同図に示される如く、画像解析ユニット４０は、平均輝度解析ユニット４１０と、暗サンプル分布解析ユニット４２０と、フレームピーク解析ユニット４３０とを含む。これらのユニットの出力結果は、ＩＩＲフィルタリング及びパラメータ計算ユニット（ＩＩＲＦ  ＆  ＰＣ）４５０で処理される。このユニット４５０における処理後、２重区分の伝達関数のパラメータが獲得される。これらのパラメータは、現在のフレームではなく、次のフレームに適用される。その理由は、フィルタリングを行う必要があり、小さい時間的変動に対する瞬時的な作用は望ましくないからである。
【００２６】
テレビジョンセットの場合、画像フォーマットはズーミングのようなアプリケーションで変更され、或いは、レターボックスフォーマットのような異なる画像フォーマットが受信されたときに変更される。レターボックスの伝送が受信されたとき、ディスプレイの全領域がアクティブビデオ部を含むとは限らない。ズーミングアプリケーションの場合、必ずしも全部のアクティブビデオラインが表示されないことが多い。したがって、画像解析機能がインアクティブ部若しくは表示されない部分によって歪められないように注意する必要がある。この目的のため、解析ウィンドウが解析ウィンドウユニット４４０に定義される。解析ウィンドウは解析のため表示された画像サイズの範囲内である部分を定義する。動的コントラスト改良機能のための解析は、ウィンドウ内で許可され（イネーブル）、ウィンドウの外側で禁止される（ディサブル）。かくして、サブタイトル及びロゴでの解析を禁止することができる。解析ウィンドウは、ユーザ設定Ｗ＿ＵＳによって定められ、或いは、画像フォーマット及びサイズＷ＿ＰＦＳを検出する自動的に定められる。
【００２７】
次に、平均輝度解析ユニット４１０を詳細に説明する。２重区分の伝達関数のピボット点は、平均画像輝度値に対し適応的である。ピボット点は、（低平均輝度値を有する）暗い画像に対し下方の値に移され、（高平均輝度値を有する）明るい画像に対し上方の値に移される。解析は図７に示される如く行われる。
定数メモリ４１７３内の暗レベル閾値１１４より下の全てのサンプルは暗サンプルであるとみなされる。レジスタ４１５０はこのようなサンプル毎に１ずつ増加される。レジスタ値が変数メモリ４１７０内のパラメータ値ＳＥＮＳと一致したとき、レジスタはリセットされ、１の繰り越しが平均レジスタ４１６０に加えられる。
【００２８】
定数メモリ４１７２に格納された明レベル閾値１０６を超える全てのサンプルは明サンプルであるとみなされるが、暗サンプルのように簡単にはカウントできない。明サンプルのサンプル値も解析のため考慮に入れられる。そのため、暗領域のサンプル及び明瞭域のサンプルは、平均輝度解析に異なる寄与分を有する。レジスタ４１４０は、レジスタ値が定数値ＳＥＮＳ＊３２よりも小さい限り、以下の値ずつ増加される。
【００２９】
値＝ｌｉｍｉｔ（（Ｙ＿ＬＰ−閾値），０，１２７）
レジスタ４１４０の値が３２＊ＳＥＮＳ以上であるとき、レジスタの値は、以下の値によって更新される。
ｒｅｇｉｓｔｅｒ＿Ａ＝ｌｉｍｉｔ（（Ｙ＿ＬＰ−閾値），０，１２７）
＋（ｒｅｇｉｓｔｅｒ＿Ａ−３２＊ＳＥＮＳ）
また、繰り越しＫは、以下の式に従って平均レジスタ４１６０の内容から減算される。
【００３０】
ｒｅｇｉｓｔｅｒ＿Ｃ  ＝  ｒｅｇｉｓｔｅｒ＿Ｃ−Ｋ
暗サンプルと明サンプルの間の判定のため２個の異なる閾値を使用する理由は、望ましいソフト遷移である。両方の閾値レベル１１４及び１０６は、遷移レンジと称される小さい領域内で重なる。遷移レンジ内の全てのサンプルは、レジスタ４１５０及び４１４０によって表された暗サンプルカウンタ及び明サンプルカウンタの両方のカウンタによって考慮される。平均輝度解析機能は以下の式によって記述される。
【００３１】
【数１】
0004562825.tif 000002
【００３２】
式中の変数は以下の意味をもつ。
ｔｓｎ：解析ウィンドウ内の総サンプル数
ｐｄａｒｋ：ｔｓｎと関連した暗サンプル数
ｐi ：ｉがｉ＝ｌｉｍｉｔ（（サンプル−閾値），０，１２７）で表されるときに、ｔｓｎと関連した明サンプル数
ＳＥＮＳ：感度を決めるパラメータ
Ｋ：荷重係数を表すパラメータ
解析は、フレーム形式で、解析ウィンドウ内のサンプルだけに対して行われる。この解析の最後に、レジスタ４１６０は平均画像輝度に関する情報を含む。この結果は、与えられた範囲に従ってリミッタ４１２０によって制限され、除算段４１８２において２で除算される。最終的な平均輝度情報は、伝達関数ピボット点の位置を決める。全てのレジスタは、次のフレームの解析が開始する前に、フレームリセットパルスによりリセットされる。
【００３３】
次に、図８を参照して、暗サンプル分布解析ユニット４２０の機能を説明する。０ＩＲＥから約１８ＩＲＥまでの振幅範囲は、暗サンプル分布解析のため５段階で量子化される。１８ＩＲＥまでの振幅値を有するサンプルは暗サンプルであるとみなされる。量子化された値は、レジスタ値が定数メモリ４２７０内のパラメータ値ＳＥＮＳ未満である限り、レジスタ４２１０でカウントされる。レジスタ値がパラメータ値ＳＥＮＳ以上である場合、レジスタ値は、以下の式に従って計算された値で更新される。
【００３４】
【数２】
0004562825.tif 000003
【００３５】
値Ｄの繰り越しは分布レジスタ４２２０から減算される。レジスタ４２３０は総サンプル数をカウントする。レジスタ４２３０の値は、解析ウィンドウ内でサンプル毎に値１ずつで増加される。カウントされた数がパラメータ値ＳＥＮＳと一致したとき、レジスタ４２３０は零にリセットされ、値１の繰り越しがレジスタ４２２０に加算される。
【００３６】
解析は、解析ウィンドウ内のサンプルだけに対しフレーム形式で行われる。個の解析の最後に、レジスタ４２２０は、暗サンプル分布に関する情報を収容し、２重区分の伝達関数の下方区分の区分利得を決定する。また、全てのレジスタは、次のフレームの解析が開始される前にリセットされる。
続いて、図９を参照して、フレームピーク解析ユニット４３０の機能を説明する。最大フレームピーク値は、図９に開示された回路によって検出される。最大値は、いつもレジスタ４３１０に格納される。検出されたフレームピーク値はある範囲に制限されるので、別のブロックで計算された区分利得は値１．０を下回ることはなく、かつ、所定の最大値を決して超えない。フレームピーク値は、後述するように、２重区分の伝達関数の利得を決定する。図９に示されたピーク検出器を用いるようなかなり簡単なピーク検出は、区分利得の感度を著しく高くする問題を生じ得る。より大きい振幅を備えた小さいピークは、例えば、反射光に起因した低ピーク値を伴う暗い画像に生じる可能性がある。このような小さいピークの振幅値は、画像内容が変化しないとしても、時間的に変化する可能性がある。これにより、区分利得の変調が起こり得る。このような望ましくない影響を高い信頼性で回避するため、本発明の別の着想は、ピーク（最も明るい部分）のサイズを考慮する。
【００３７】
このような機能を果たすフレームピーク解析ユニット４３０の別の実施例は、図１３に示されている。図９に示された構成要素と同一の構成要素は、図９における参照番号と同じ参照番号が付されている。図１３に記載されたピーク検出器は、望ましいピークサイズ（ＰＥＡＫ＿ＳＩＺＥ）を画素数の単位で設定することを許容する。ピークアンプル値ｐｅａｋ＿ｓａｍｐｌｅは、ピークサイズ値に対し以下の式によって与えられる対応関係を有する。
【００３８】
ｎ＝ｍｉｎ（ＰＥＡＫ＿ＳＩＺＥ，１１）    ０≦ｎ≦１１
ｐｅａｋ＿ｓａｍｌｅ＝ｍｉｎ（２n+4 ，（２15−１））
１６≦ｐｅａｋ＿ｓａｍｐｌｅ＜２15
ピーク検出に関連した振幅範囲は、（符号無し８ビットのルマ信号に対する）最小ピーク値１８５から最大ピーク値２４０まで設定される。この範囲は、１６個の離散的な領域に細分される。上記領域毎に、比較器４３７０及びカウンタ４３８０が設けられる。各カウンタは、対応した比較器に供給される閾値ｔｈｒ＿００乃至ｔｈｒ＿１５以上の振幅値（画素値）を有するサンプルをカウントする。カウンタ４３９０は、１フレームの間に、零から、上記式によって定められた上限値ｐｅａｋ＿ｓａｍｐｌｅまでカウントする。値ｐｅａｋ＿ｓａｍｐｌｅは、１００％の寄与度があり、値零は０％の寄与度であるとみなされる。カウンタに対する値ｐｅａｋ＿ｓａｍｐｌｅは、所定の閾値での１００％ピーク検出を意味する。カウンタ４３８０は、ｐｅａｋ＿ｓａｍｐｌｅの最大値までカウントし、そこで停止する。解析の最後に、カウンタ値が加算器４３９０で合計され、正規化される。これは、シフタ４３９３及び４３９５における簡単な右シフト演算によって行われる。要求された精度に起因して、合計値は、最初に、シフタ４３９３において、（ｎ＋４＋４）ビットではなく、ｎビットだけシフトされる。この値は、次に、乗算器４３９４でステップ数５５（最小ピーク値と最大ピーク値の間のステップ数２４０−１８５＝５５）で乗算される。最終的な正規化は、シフタ４３９５における８ビットの右シフト演算によって行われる。得られた結果は、最小ピーク値１８５と関連した相対ピーク値である。加算器４３９６において計算された相対ピーク値と最小ピーク値の合計は絶対ピーク値を生ずる。最小値選択器４３３１と、左シフタ４３９１及び４３９２とを含む回路配置は、所定のピークサイズ値ＰＥＡＫ＿ＳＩＺＥからのカウンタ４３８０に対する上限値（ｐｅａｋ＿ｓａｍｐｌｅ）の判定に役立つ。
【００３９】
閾値ｔｈｒ＿ｊは以下の式によって与えられる。
【００４０】
【数３】
0004562825.tif 000004
【００４１】
ｊ＝０からｊ＝１５までの値に対する上記の式の結果を以下の表に掲載する。
【００４２】
【表１】
0004562825.tif 000005
【００４３】
画像解析ユニットはフレーム毎に、平均輝度、暗サンプル分布及びフレームピーク値に関する情報を提供する。これらの値は、次のフレームに対し使用される伝達関数の特性を決める。上記の全ての値はＩＩＲ（無限インパルス応答）フィルタを用いてフィルタ処理され、フレーム形式で記憶される。図１０には、かかるフィルタユニット４５２０が示されている。フィルタユニットは、乗算器４５２１と、入力サンプルを２2 ＝４及び２4 ＝１６の倍率で夫々に除算するビットシフタ４５２２及び４５２３と、加算器４５２４と、定数メモリ４５４３とを含む。フィルタ時定数は、変数メモリ４５４０、４５４１及び４５４２内の平均輝度値に対するユーザ設定値ＡＢ＿ＦＣと、暗サンプル分布値に対するユーザ設定値ＤＳ＿ＦＣと、ピーク値に対するユーザ設定値ＰＫ＿ＦＣとによって決定される。３個の画像解析値の全部のフィルタリングは、図１０に示された同一のハードウェアを用いた時間多重化形式で行われる。多重制御信号ＭＵＸ＿ＣＴＲＬは対応したマルチプレクサ４５１０を切り換える。フィルタリング及びパラメータ計算ユニット４５０内の全ての計算は垂直帰線消去期間内で行われる。
【００４４】
フィルタ処理された値は、２重区分の伝達関数のパラメータを計算するため使用される。フィルタ処理された平均輝度情報は、４で除算され、定数１０６から減算される。この結果は、ピボット点値ＴＦ＿ＤＰＰである。フィルタ処理された暗サンプル分布値は、ビットシフタ４５７０において４で除算された後、２重区分の伝達関数の第１の区分（下側区分）に対する利得を与える。付加的な処理は、フィルタ処理されたピーク値から得られる第２の区分（上側区分）に対する利得を得るために必要である。利得は、１００ＩＲＥ未満のピーク値がフィルタ処理されて１００ＩＲＥに変化するように計算される。上記の通り、検出されたピーク値はフレームピーク解析ユニット４３０において、ある範囲に制限されるので、区分利得は、決して１．０よりも下がることはなく、所定の最大値、例えば、１．７を超えることがない。最大利得は、自然な画質を保存する点に関して定義される。これらの条件は以下の数学式によって表現される。
【００４５】
ｐｅａｋ＝ｌｉｍｉｔ（ｐｅａｋ，  ＭＩＮＰＥＡＫ，  １００ＩＲＥ）
１．０≦ＧＡＩＮ＿ＳＥＧ２≦ｍａｘ＿ｇａｉｎ２
利得は、フィルタ処理されたピーク値及びピボット点の位置を用いて、以下の式に従って決められる。
【００４６】
【数４】
0004562825.tif 000006
【００４７】
式中、変数の意味は以下の通りである。
ＧＡＩＮ＿ＳＥＧ２：２重区分の伝達関数用の区分２の利得
Ｙ１００ＩＲＥ：ルミナンス信号１００ＩＲＥ値
ＴＦ＿ＤＰＰ：伝達関数ピボット点値
ＦＲ＿ＰＥＡＫ＿ＦＩＬＴ：フィルタ処理されたルミナンスピーク値
上記の式による区分利得の計算は除算演算を必要とする。除算演算は、乗算器４５８１と、ルックアップテーブル４５５０とを用いて実行される。ルックアップテーブルは、以下の表に掲載される如く、ｎビットの精度で次式の結果を収容する。
【００４８】
【数５】
0004562825.tif 000007
【００４９】
【数６】
0004562825.tif 000008
【００５０】
【表２】
0004562825.tif 000009
【００５１】
ピボット点よりも高い輝度信号に対する伝達関数区分は次式によって表される。
Ｙｏｕｔ＝ｇａｉｎ＿ｓｅｇ２＊（Ｙｉｎ−ＴＦ＿ＤＰＰ）＋ＴＦ＿ＤＰＰ
Ｙｉｎ＞ＴＦ＿ＤＰＰ
式中、
Ｙｏｕｔ：出力ルミナンス信号
Ｙｉｎ：入力ルミナンス信号
である。
【００５２】
区分利得が整数部及び分数部に分割され、整数部が常に１であるとき、以下の式が成立する。
ＧＡＩＮ＿ＳＥＧ２
＝ＧＡＩＮ＿ＳＥＧ２＿ＩＮＴ＋ＧＡＩＮ＿ＳＥＧ２＿ＦＲＣ
＝１＋ＧＡＩＮ＿ＳＥＧ２＿ＦＲＣ
Ｙｏｕｔ＝ＧＡＩＮ＿ＳＥＧ２＿ＦＲＣ＊（Ｙｉｎ−ＴＦ＿ＤＰＰ）＋Ｙｉｎ
Ｙｉｎ＞ＴＦ＿ＤＰＰ
分数部だけを使用することにより１ビットが節約される。したがって、整数部は計算された利得から減算される。結果はレジスタ４５３３に書き込まれる。
【００５３】
計算されたパラメータＴＦ＿ＤＰＰ、ＧＡＩＮ＿ＳＥＧ１＿ＦＲＣ及びＧＡＩＮ＿ＳＥＧ２＿ＦＲＣは、伝達関数の動的ピボット点、区分利得１の分数部及び区分利得２の分数部を決定する。これらのパラメータは２重区分伝達関数ユニットに供給される。計算は、遅くとも次のフレームの最初のアクティブデータの前に終了する必要がある。パラメータはフレームのアクティブデータのフロー中は凍結される。
【００５４】
次に、図１１を参照して、伝達関数ユニット３０を詳細に説明する。
動的コントラスト改良ビデオ処理は主として２重区分伝達関数に基づいて処理される。パラメータは共通ＩＩＲフィルタ及びパラメータ計算ユニット４５０から供給される。２重区分伝達関数のアプリケーションは以下の数学式を用いて簡単に表現することができる。
【００５５】
Ｙ＿ＣＯＲＥＤ≦ＴＦ＿ＤＰＰに対し、
Ｙ＿ＤＳＴＦ＝（Ｙ＿ＣＯＲＥＤ−ＴＦ＿ＤＰＰ）＊ＧＡＩＮ＿ＳＥＧ１＿ＦＲＣ＋Ｙ＿ＣＯＲＥＤ
Ｙ＿ＣＯＲＥＤ＞ＴＦ＿ＤＰＰに対し、
Ｙ＿ＤＳＴＦ＝（Ｙ＿ＣＯＲＥＤ−ＴＦ＿ＤＰＰ）＊ＧＡＩＮ＿ＳＥＧ２＿ＦＲＣ＋Ｙ＿ＣＯＲＥＤ
式中、
Ｙ＿ＣＯＲＥＤ：入力信号
Ｙ＿ＤＳＴＦ：出力信号
ＴＦ＿ＤＰＰ：伝達関数動的ピボット点
ＧＡＩＮ＿ＳＥＧ１＿ＦＲＣ：第１区分（下側区分）利得の分数部
ＧＡＩＮ＿ＳＥＧ２＿ＦＲＣ：第２区分（上側区分）利得の分数部
動的コントラスト改良ＤＣＩ処理は、ユーザ設定パラメータＤＣＩ＿ＯＮを用いてオン及びオフに切り換えることができる。動的コントラスト改良処理は、水平及び垂直帰線消去期間中には、複合ブランキング信号ＣＯＭＰ＿ＢＬＡＮＫによってスイッチオフされる。この計算のハードウェア的な実現例は図１１に自明な形で記載されている。
【００５６】
伝達関数ユニットにおける非線形ルミナンス処理に起因して、色飽和は変更される。この影響は、クロミナンスサンプルの補償利得との乗算によって補償される。これは、図１２に詳しく記載された色飽和補償ユニット５０において行われる。色飽和補償ユニット５０の基本機能は以下の式に表現される。
【００５７】
【数７】
0004562825.tif 000010
【００５８】
式中、
Ｙ＿ＣＯＲＥＤ：２重区分伝達関数の入力ルミナンス値
Ｙ＿ＤＳＴＦ：２重区分伝達関数の出力ルミナンス値
Ｙｂｌ：ブラックレベル
である。上記式中、１／（Ｙ＿ＣＯＲＥＤ−Ｙｂｌ）はルックアップテーブル５２０を用いて近似される。利得値は、
（Ｙ＿ＤＳＴＦ−Ｙｂｌ）＊（１／（Ｙ＿ＣＯＲＥＤ−Ｙｂｌ））
の積から得られる。
【００５９】
色飽和補償は、非飽和にされた色だけに対して行われる。非飽和は、第２区分のピボット点から１００ＩＲＥまでに生じる。第１区分の０ＩＲＥからピボット点まで、色飽和は増加される。この領域における補償は色を消失させる。
ルックアップテーブルの内容は以下の式によって与えられる。
【００６０】
【数８】
0004562825.tif 000011
【００６１】
ｎは分数ビットの数を表し、近似の精度を決定する。
Ｘｍｉｎ＝１７及びＸｍａｘ＝２３８の場合に、以下の表が得られる。
【００６２】
【表３】
0004562825.tif 000012
【００６３】
稀なケースで、補償されたクロミナンス成分値は、所与のビット数で表現可能な最大範囲を超える場合がある。したがって、色補償利得に対し許容される最大値は、クロミナンスサンプル毎に、成分絶対値計算器５６１と、最大値選択器５３０と、リミッタ５１２と、加算器５７０と、定数メモリ５５３と、ルックアップテーブル５２１と、ビットシフタ５４１とを用いて計算される。色飽和補償利得は、許容された値よりも大きい場合に、ルックアップテーブル５２１を用いて制限されるので、許容可能な彩度誤差が回避される。
【００６４】
次に、色飽和補償利得を決定する他の実施例を説明する。本実施例によれば、色飽和補償利得は以下の式に従って決められる。
ＣＳＣ＿ＧＡＩＮ＝Ｙ＿ＰＷＬ／Ｙ＿ＣＯＲＥＤ
式中、Ｙ＿ＰＷＬは、２重区分伝達関数をルミナンス成分に適用した後のルミナンス出力信号であり、Ｙ＿ＣＯＲＥＤは、伝達関数が適用される入力ルミナンス信号成分である（図２を参照のこと）。
【００６５】
全てのクロマデータ対Ｕ及びＶに対し、色飽和補償利得の許容最大値ＣＳＣ＿ＧＡＩＮｍａｘは、以下の式に従って与えられる。
ＣＳＣ＿ＧＡＩＮｍａｘ＝
ｍａｘ＿ｖａｌｕｅ／ｍａｘ（ａｂｓ（Ｕ），ａｂｓ（Ｖ））
式中、ｍａｘ＿ｖａｌｕｅは、所与のクロマ値表現に対し一定であり、例えば、符号付８ビット表現の場合、ｍａｘ＿ｖａｌｕｅは＋１２７に一致する。関数ｍａｘ（ａｂｓ（Ｕ），ａｂｓ（Ｖ））はクロマデータ対の最大絶対値を表現する。上記の式に従って計算された色飽和補償利得が許容最大利得ＣＳＣ＿ＧＡＩＮｍａｘよりも大きい場合、許容最大利得ＣＳＣ＿ＧＡＩＮｍａｘは、Ｕ若しくはＶの値制限によって生ずる彩度誤差を防止するため使用される。
【００６６】
次に、ノイズ推定器６０に関する一部の細部を説明する。適応信号分離器部分において使用される抜き取り閾値ＳＮＲは、処理されたルミナンス信号中の高周波微細信号振幅抑制の量を決定する。低ノイズビデオ素材に対し、微小抜き取りレベルをとり、ノイズ性のビデオ素材に対し、大きい抜き取りレベルを選択することが望ましい。システム性能は、ビデオ素材中のノイズレベルに依存して抜き取りレベルを制御することにより最適化され得る。ノイズはノイズ推定器６０によって測定される。
【００６７】
ノイズ推定器はビデオ信号のアクティブ部分のノイズレベルを推定する。通常、各画像には、ビデオ内容の変化が最小限に抑えられた微小ブロックが存在する。これらのブロックはノイズ測定に適する。略同一の空間位置を表す連続的なフィールドの画素は、一般的に非常に相関が高く、絶対値の差はノイズ情報を与える。ノイズの統計的変動に起因して、ノイズレベルの平均化を行う必要がある。各フィールドは６４画素の微小ブロックに細分される。連続的なフィールド間の画素の絶対値の差は、各ブロック毎に平均化される。空間及び／又は時間的変化を含むブロックは、正しいノイズレベルを与えない。これらを考慮した場合、実際のノイズよりも高いノイズレベルが得られる。したがって、ノイズレベルが最小限に抑えられたブロックがノイズ推定のため選択される。これは、次式によって表される。
【００６８】
【数９】
0004562825.tif 000013
【００６９】
式中、
Ｘｐｉｘｅｌ：現在フィールドの画素ｊ
Ｘｐｆ：先行フィールドの画素ｊ
を表す。
新規の動的コントラスト改良方法及び装置は、主に、直視型テレビジョンセット又は投写型テレビジョンセットのようなビデオ表示装置で使用される。プラズマ及びＬＣＤディスプレイアプリケーションにおいて、本発明による動的コントラスト改良方法及び装置は最良の利益をもたらす。
【００７０】
新規の動的コントラスト方法及び装置は、ハードウェア実現例のブロック構成図に関して詳細に説明されている。また、本発明は、言うまでもなく、開示されたハードウェアのブロック構成図に記載された構成要素をソフトウェアを用いて実現することが可能である。
本発明は開示された実施例に限定されない。種々の実施例が実現可能であり、それらは、特許請求の範囲に記載された事項に包含されると考えられる。例えば、２重区分の伝達関数以外に、全体的に少しずつ異なる伝達関数を使用してもよい。より詳細に言うと、ピボット点の位置に関する所与の制約は変更してもよい。上記の動的コントラスト改良方法及び装置の全体は、フレーム形式の処理構造に適応される。これは、フィールド形式の処理構造に変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】コントラスト改良のため使用される２重区分伝達関数を表すグラフである。
【図２】動的コントラスト改良のための装置の上位レベルブロック構成図である。
【図３】適応信号分離器のブロック構成図である。
【図４】適応信号分離器で使用される低域フィルタのブロック構成図である。
【図５】適応信号分離器で使用される適応抜き取りユニットのブロック構成図である。
【図６】画像解析ユニットのブロック構成図である。
【図７】画像解析ユニットに含まれる平均輝度解析ユニットのブロック構成図である。
【図８】画像解析ユニットに含まれる暗サンプル分布解析ユニットのブロック構成図である。
【図９】画像解析ユニットに含まれるフレームピーク解析ユニットのブロック構成図である。
【図１０】画像解析ユニットに含まれるＩＩＲフィルタユニット及びパラメータ計算ユニットのブロック構成図である。
【図１１】伝達関数適応ユニットのブロック構成図である。
【図１２】色飽和補償ユニットのブロック構成図である。
【図１３】画像解析ユニットに含まれる別のフレームピーク解析ユニットのブロック構成図である。
【符号の説明】
２０    適応信号分離器
３０    伝達関数適応ユニット
４０    画像解析ユニット
５０    色飽和ユニット
６０    ノイズ推定器
２０１，２０２，２０３    加算器
２１０    低域フィルタ
２２０    適応抜き取りユニット
４１０    平均輝度解析ユニット
４２０    暗サンプル分布解析ユニット
４３０    フレームピーク解析ユニット
４４０    解析ウィンドウユニット
４５０    ＩＩＲフィルタリング及びパラメータ計算ユニット
５１２    リミッタ
５２１    ルックアップテーブル
５３０    最大値選択器
５４１    ビットシフタ
５５３    定数メモリ
５６１    成分絶対値計算器
５７０    加算器
２１１０    遅延ユニット
２１２０    合算段
２１３０    除算段
２２１０    最大値選択器
２２２０    最小値選択器
２２３０    反転ユニット
２２４０    加算器
４１４０，４１５０    レジスタ
４１６０    平均レジスタ
４１７０，４１７２    変数メモリ
４１７３    定数メモリ
４２１０    レジスタ
４２２０    分布レジスタ
４２７０    定数メモリ
４３１０    レジスタ
４３３１    最小値選択器
４３７０    比較器
４３８０    カウンタ
４３９０，４３９６    加算器
４３９１，４３９２    左シフタ
４３９３，４３９５    シフタ
４３９４    乗算器
４５１０    マルチプレクサ
４５２０    フィルタユニット
４５２１，４５８１    乗算器
４５２２，４５２３    ビットシフタ
４５２４    加算器
４５３３    レジスタ
４５４０，４５４１，４５４２    変数メモリ
４５４３    定数メモリ
４５５０    ルックアップテーブル
【図１】
0004562825.tif 000014
【図２】
0004562825.tif 000015
【図３】
0004562825.tif 000016
【図４】
0004562825.tif 000017
【図５】
0004562825.tif 000018
【図６】
0004562825.tif 000019
【図７】
0004562825.tif 000020
【図８】
0004562825.tif 000021
【図９】
0004562825.tif 000022
【図１０】
0004562825.tif 000023
【図１１】
0004562825.tif 000024
【図１２】
0004562825.tif 000025
【図１３】
0004562825.tif 000026