(57)【要約】【課題】時間的に連続して送られてくる画像信号においても量子化ノイズを低減することが可能な画像処理装置、画像表示装置、および画像処理方法を提供する。【解決手段】階調補正部３から出力された画像信号Ｂは、階調処理部４の変化量算出部と遅延部とに入力される。変化量算出部は、入力された画像信号Ｂの隣接する画素間の差分を変化量Ｇとして算出し、変化量制限部に出力する。変化量制限部は、入力された変化量Ｇにおいて、階調補正量演算部より出力された閾値情報Ｆが示す範囲に入るように値を制限することにより、変化量Ｈを生成する。【選択図】図１
2009100171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
元画像信号に階調補正を施すことにより補正後画像信号を生成する階調補正部と、
前記補正後画像信号の画素の空間方向の差分から変化量を算出する変化量算出部と、
前記変化量算出部で算出された前記変化量の取り得る範囲を制限する変化量制限部と、
前記変化量制限部で制限された前記変化量から前記補正後画像信号の階調の傾きを算出する傾き算出部と、
前記傾き算出部で算出された前記階調の傾きに基づいて、付加ビットを生成する付加ビット生成部と、
前記付加ビット生成部で生成された前記付加ビットを前記補正後画像信号に加算することにより処理後画像信号を生成するビット加算部とを備え、
前記階調補正部は、前記元画像信号に応じた閾値情報を生成し、
前記変化量制限部は、前記閾値情報に基づいて、前記変化量を制限する制限値を決定する
ことを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像処理装置であって、
前記付加ビット生成部は、前記補正後画像信号に対して小数部に相当する量子化値を有した前記付加ビットを生成し、
前記ビット加算部は、前記補正後画像信号より量子化数の多い前記処理後画像信号を生成する
ことを特徴とする画像処理装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の画像処理装置と、
前記元画像信号を外部から受信する受信部と、
前記処理後画像信号を表示する表示部と
を備えることを特徴とする画像表示装置。
【請求項４】
処理前画像信号の画素の空間方向の差分から変化量を算出する変化量算出工程と、
前記変化量算出工程で算出された前記変化量の取り得る範囲を階調変換特性に基づいて制限する変化量制限工程と、
前記変化量制限工程で制限された前記変化量から前記処理前画像信号の一部の領域の階調の傾きを算出する傾き算出工程と、
前記傾き算出工程で算出された前記階調の傾きに基づいて、前記処理前画像信号の量子化誤差より小さな量子化誤差を有する処理後画像信号を生成する工程と
を備えることを特徴とする画像処理方法。
【請求項５】
符号化された処理前画像信号の画素の空間方向の差分から変化量を算出する変化量算出工程と、
前記処理前画像信号を復号化するとともに符号化誤差を算出する復号化工程と、
前記変化量算出工程で算出された前記変化量の取り得る範囲を前記復号化工程で算出された前記符号化誤差に基づいて制限する変化量制限工程と、
前記変化量制限工程で制限された前記変化量から前記処理前画像信号の一部の領域の階調の傾きを算出する傾き算出工程と、
前記傾き算出工程で算出された前記階調の傾きに基づいて、前記処理前画像信号の量子化誤差より小さな量子化誤差を有する処理後画像信号を生成する工程と
を備えることを特徴とする画像処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、画像処理装置、画像表示装置、および画像処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶、プラズマ、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）やＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）などのように光の反射や透過、あるいは発光によって離散的に配置されたマトリクス状の画素を変調して画像を表示する表示デバイスは、薄型テレビ、プロジェクションテレビの他、プロジェクターやコンピュータ用のモニターなど様々な画像表示装置に用いられている。近年、ハイビジョン放送やコンピュータの処理速度の飛躍により、ディスプレイの高精細化が進むとともにデバイスの改善により高輝度化も急速に進んでいる。ディスプレイの高輝度化に伴い、デジタル化された画像信号を表示した際の量子化ノイズや階調ジャンプが目立つようになってきた。
【０００３】
アナログの画像信号を受信する場合、アナログ−デジタル変換器のビット数を増やす（たとえば、８ビットから１０ビット）などして、量子化ノイズを削減することが行われているが、高精細画像が一般的になった現在では、アナログ−デジタル変換器の高速化と量子化数増加は、著しいコストアップとなる。また、デジタル伝送の場合は、送信側と受信側の取り決めにより、一方的に量子化数を変更することができない。同様にＤＶＤやネットワーク上のデジタルコンテンツも量子化数があらかじめ決められているため、コンテンツそのものの量子化数を増やすことは、新しい規格を設ける必要があり困難である。
【０００４】
さらにテレビ等の信号処理において、インパクトのある映像を表示するために受信した画像信号のダイナミックレンジを拡張する処理や、階調−輝度変換特性を変更して、コントラストの高い映像に変換する処理が行われている。このダイナミックレンジの拡張処理や階調−輝度変換特性の変更は、コントラストの高い映像を表示する一方で、量子化ノイズを増やしてしまうことになる。従って、表示される映像や画像において、本来輪郭ではない連続した階調変化部分に擬似輪郭が知覚されるという課題があった。
【０００５】
このような課題を解決するために、デジタル画像処理によって画像信号の量子化ノイズを削減する方法が、下記特許文献１に開示されている。特許文献１では、画像処理に伴って階調ジャンプの発生する階調の組み合わせを検索し、画像信号の中から当該階調の組み合わせを有する領域を特定し、その画像の領域に対し、階調ジャンプが発生している近傍の画素に対して階調の補間処理を施すことで量子化ノイズを低減する方法が開示されている。
【０００６】
また、量子化ビット数を増やすことで、階調ジャンプの発生する階調の組み合わせを検索し、画像信号の中から当該階調の組み合わせを有する領域を特定し、その画像の領域に対し、階調ジャンプが発生している近傍の画素に対して階調の補間処理を施すことで、量子化ノイズを削減する方法が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特許第３４５５３９７号（段落００２６、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に示されるような、画像処理に伴って発生する階調ジャンプによって増加する量子化ノイズを削減するために用いられる階調の補間処理では、階調ジャンプが発生する階調の組み合わせをあらかじめ検索し、画像信号の中から当該階調ジャンプが発生する階調の組み合わせが隣接する領域を特定し、特定された領域の輪郭周辺に対して階調の補間処理を施していた。従って、実時間で処理を行うことができないので、時間的に連続して送られてくる画像信号においては、量子化ノイズを低減することができないという課題があった。
【０００９】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、時間的に連続して送られてくる画像信号においても量子化ノイズを低減することが可能な画像処理装置、画像表示装置、および画像処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る画像処理装置は、元画像信号に階調補正を施すことにより補正後画像信号を生成する階調補正部と、前記補正後画像信号の画素の空間方向の差分から変化量を算出する変化量算出部と、前記変化量算出部で算出された前記変化量の取り得る範囲を制限する変化量制限部と、前記変化量制限部で制限された前記変化量から前記補正後画像信号の階調の傾きを算出する傾き算出部と、前記傾き算出部で算出された前記階調の傾きに基づいて、付加ビットを生成する付加ビット生成部と、前記付加ビット生成部で生成された前記付加ビットを前記補正後画像信号に加算することにより処理後画像信号を生成するビット加算部とを備え、前記階調補正部は、前記元画像信号に応じた閾値情報を生成し、前記変化量制限部は、前記閾値情報に基づいて、前記変化量を制限する制限値を決定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る画像処理装置は、画素の空間方向の差分から変化量を算出し、この変化量の取り得る範囲が閾値以下に制限されるような画像信号の処理を行う。従って、時間的に連続して送られてくる画像信号においても量子化ノイズを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る画像表示装置の構成を示すブロック図である。図１に示される画像表示装置は、受信した画像信号の画素を構成する階調データに応じた明るさの画像を表示するものである。以下、図１を用いて画像表示装置の動作の概要を説明する。
【００１３】
外部よりアナログまたはデジタルの画像信号が、入力端子１に入力される。入力端子１への画像信号の入力は、電気的なケーブルを用いて画像信号を伝送するものであっても良く、また、電波や光等を用いて画像信号を伝送するものであっても良い。入力端子１に入力された画像信号は、受信部２で受信され、以降の処理に用いられる画像信号の形式に変換される。例えば、入力端子１に入力された画像信号がアナログ信号の場合は、アナログ−デジタル変換器によってデジタルの画像信号に変換され、シリアルのデジタル画像信号の場合は、シリアル−パラレル変換によって所定の画像信号に変換されるなど、伝送方式に合わせた処理を行う。なお、画像信号には、輝度と色度とで表される形式や赤、緑、青などの原色信号で表される形式があるが、階調処理部４は、いずれの信号も同様に処理することができる。
【００１４】
受信部２から出力された画像信号Ａは、階調補正部３に入力される。階調補正部３では、入力された画像信号の階調分布に応じた階調補正（階調変換）が行われる。
【００１５】
図２は、階調補正部３の構成を示すブロック図である。受信部２より入力された画像信号Ａは、階調分布検出部６と階調変換部８とに入力される。階調分布検出部６は、画像信号Ａの１フレームごと、あるいは、数フレームごとに階調の度数を求める。階調分布検出部６は、検出した階調分布情報Ｄを階調補正量演算部７に出力する。階調補正量演算部７は、階調分布検出部６が検出した階調分布情報Ｄに基づいて、階調補正量を決定し、階調補正パラメータＥを階調変換部８に出力するとともに、後段の階調処理部４へ閾値情報Ｆを出力する。
【００１６】
図３は、階調補正部３の動作を示すグラフである。図３（ａ）は、階調分布検出部６が検出する階調分布の一例である。図３（ａ）では、画像信号Ａの画素に黒および白の画素がいずれも存在しない場合を示している。階調分布検出部６は、この階調分布を階調分布情報Ｄとして階調補正量演算部７に出力する。階調補正量演算部７は、この階調分布情報Ｄに基づき、最小階調（黒）からの累積度数と最大階調（白）からの累積度数とを求め、あらかじめ決められた閾値と比較し、図３（ｂ）に示した黒側の（入力階調）値Ｂ１と白側の（入力階調）値Ｗ１とを求める。さらに階調補正量演算部７は、この値Ｂ１と値Ｗ１とが（出力階調）値Ｂ２と（出力階調）値Ｗ２として出力されるように階調補正量を決定し、例えば、図３（ｂ）の変換特性を実現するような演算式の係数や、ルックアップテーブルのデータで構成されるような階調補正パラメータＥを階調変換部８に出力する。
【００１７】
図３（ｃ）は、階調変換部８が、受信部２から入力された画像信号Ａを、階調補正パラメータＥに基づいて階調変換した結果の度数分布を示した図である。図のように階調変換によって最小階調（黒）や最大階調（白）の画素が発生し、画像のダイナミックレンジが広がり、コントラストの高い画像を表示することができる。階調変換部８は、階調変換した画像信号Ｂを階調処理部４に出力する。
【００１８】
図３（ｂ）に示した破線は、階調変換を行わない場合の画像の入出力特性を示したものである。この図からわかるように、階調変換部８における階調変換特性では、最小階調から値Ｂ１までの傾きおよび値Ｗ１から最大階調までの傾きは１より小さく、値Ｂ１と値Ｗ１との間の傾きは１より大きい。すなわち、画像信号Ａにおいては、値Ｂ１と値Ｗ１との間にある階調で、階調ジャンプが発生することになる。階調補正量演算部７は、これら最小階調から値Ｂ１までの領域と、値Ｗ１から最大階調までの領域と、値Ｂ１から値Ｗ１までの領域とを区別して、それぞれの領域に適した閾値情報Ｆを階調処理部４に出力する。
【００１９】
なお、階調分布検出部６が階調分布を作成するために用いる画像は、１画面全体でも画面の一部でも良い。例えば、シネマ等の画像信号で上下に黒帯がある場合は、この黒帯の部分を除く領域で階調分布を検出することで、最適な階調補正を行うことができる。また、画像表示装置自身がメニュー等を画面の一部に表示する場合で、画像信号Ａにメニュー画像が重畳されている時は、このメニュー部分を階調分布の検出領域から外すとともに、階調補正を行わないようにすることで、階調分布の検出に対するメニュー画像の影響を抑えるとともに画像信号Ａの階調分布によりメニューの明るさ等が変化しないように働かせることができる。
【００２０】
図４は、階調処理部４の構成を示すブロック図である。階調補正部３から出力された画像信号Ｂは、階調処理部４の変化量算出部９と遅延部１３とに入力される。変化量算出部９は、入力された画像信号Ｂの隣接する画素間の差分を変化量Ｇとして算出し、変化量制限部１０に出力する。変化量制限部１０は、入力された変化量Ｇにおいて、階調補正量演算部７より出力された閾値情報Ｆが示す範囲に入るように値を制限することにより、変化量Ｈを生成する。変化量制限部１０は、値を制限することにより生成された変化量Ｈを傾き判定部１１に出力する。
【００２１】
傾き判定部１１は、変化量制限部１０から入力された変化量Ｈを用いて、画像信号Ｂの一方向の階調の変化の傾きを判定し、判定結果として、階調の傾きＩと傾き判定部１１の内部で求められる計数値Ｎとを付加ビット生成部１２に出力する。計数値Ｎの説明は、後述する。
【００２２】
付加ビット生成部１２は、入力された階調の傾きＩと計数値Ｎとから、隣接する画素間の変化量を求め、付加ビットＪとしてビット加算部１４に出力する。ここで求められた変化量は、画像信号Ｂの階調値に対して小数の値を含んだ変化量である。
【００２３】
一方、遅延部１３は、階調変換部８から出力された画像信号Ｂを所定の時間だけ遅延することにより、後段のビット加算部１４で画像信号Ｂに対して付加ビットＪが正しく付加されるように画像信号Ｂを遅延した画像信号Ｋを生成し出力する。
【００２４】
遅延部１３で所定の時間だけ遅延された画像信号Ｋは、ビット加算部１４に入力される。ビット加算部１４は、遅延部１３から出力された画像信号Ｋに付加ビット生成部１２から出力された付加ビットＪを加算し、新たな画像信号Ｃを生成し出力する。ビット加算部１４から出力された画像信号Ｃは、表示部５に入力され、画像が表示される。
【００２５】
以下、図５を用いて、階調処理部４の動作を詳細に説明する。
【００２６】
図５（ａ）は、階調補正部３から出力された画像信号Ｂの水平方向に並んだ画素の一部を示している。縦方向が階調、横方向が水平の画素位置を示している。最も左にある段差が画像信号Ｂの１階調の差を示しているものとする。ここでは、画像信号Ｂが１０ビットで構成される場合について説明するが、これに限るものではなく、図示された１階調は、画像信号を構成するビット数で表される最小階調幅（分解能）と解釈することができる。
【００２７】
図５（ｂ）は、変化量算出部９が算出した画像信号Ｂの隣接画素間の差分すなわち変化量Ｇを示している。水平位置ｘにおける画素の階調値をＰ（ｘ）とすると、水平位置ｘにおける画素間の差分はＰ（ｘ）−Ｐ（ｘ−１）で表すことができる。この変化量Ｇは、変化量算出部９から変化量制限部１０に出力される。
【００２８】
図５（ｃ）は、閾値情報Ｆに基づいて変化量制限部１０で値が制限された変化量Ｇすなわち変化量Ｈを示している。ここでは、閾値情報Ｆが１の場合について説明する。閾値情報Ｆが１のとき、変化量制限部１０は、変化量Ｇの値を−１から＋１までの範囲になるように値を制限する。すなわち、変化量制限部１０から出力される変化量Ｈは、値が＋１、０、−１の３値で構成される。ここでは、変化量Ｇのうち、−１から＋１までの範囲の外にある、左から４番目の変化量と最も右の変化量とが、それぞれ＋１と−１とに制限されている。
【００２９】
図５（ｄ）は、傾き判定部１１の動作の概念を示すもので、まず、傾き判定部１１は、変化量制限部１０から入力された変化量Ｈから連続している０の数（画素数）、すなわち、階調が変化しなかった画素の幅を検出する。次に、検出した幅（距離）と変化量Ｈの値とから階調の微細な傾きＩを算出し、付加ビット生成部１２に出力する。例えば、変化量Ｈの０が７画素連続している場合、階調が変化しなかった距離は８となり、その後の変化量Ｈの値を１とすると、その区間の階調の変化の傾きＩは１／８となる。また、変化量Ｈの０が１０画素分連続している場合、その距離は１１となり、その後の変化量Ｈの値を−１とすると、その区間の階調の変化の傾きＩは−１／１１となる。
【００３０】
図５（ｅ）を参照して、付加ビット生成部１２は、傾き判定部１１から入力された傾きＩと計数値Ｎとに基づいて、画像信号Ｂの階調値に対して少数部を含むビット列からなる付加ビットＪを生成し、ビット加算部１４に出力する。この付加ビットＪの生成動作は、他の図を用いて後で詳細に説明する。
【００３１】
図５（ｆ）を参照して、付加ビット生成部１２で求められた付加ビットＪは、ビット加算部１４に出力され、ビット加算部１４は、付加ビット生成部１２が出力した小数部を含む付加ビットＪと遅延部１３が出力する画像信号Ｋとを加算して、画像信号Ｃを生成する。付加ビットＪは、画像信号Ｋ（あるいは画像信号Ｂ）の階調値に対して、小数部を含むので、加算された後の画像信号Ｃは、画像信号Ｋに対して小数部を有した精度の画像信号となる。すなわち、画像信号Ｃのビット数は画像信号Ｋのビット数に対して多くなるので、表現できる階調数を増やすことができ、また、画像信号Ｃは画像信号Ｋに対して小数部のビット数を有するので、階調の分解能が増加したことになり、より滑らかな階調の変化を表現できるようになる。このビット数が増えた画像信号Ｃは、表示部５に出力され、表示される。
【００３２】
図６は、画像信号Ｂの一部を表示したもので、この図を用いて階調処理部４のより詳細な動作の説明を行う。
【００３３】
図６には、３つの階調で構成される画像信号Ｂの一部が示されている。画像信号Ｂは、左の画素から順に、階調値１の画素が８画素、階調値２の画素が８画素、階調値３の画素が１画素並んでいる。すなわち、画像信号Ｂが１０ビットで構成されていたとすると、この１０ビットの画像信号に対して、左から右に１階調ずつ明るくなる画像の一部が示されている。
【００３４】
変化量算出部９は、この画像信号Ｂの階調値の並びに対して、隣接する画素間の差分を変化量Ｇとして求める。図６では、階調値１に隣接する階調値２の画素と、階調値２に隣接する階調値３の画素とでは変化量が＋１となり、その他の画素では変化量は０となる。この変化量Ｇは、変化量制限部１０に出力される。
【００３５】
変化量制限部１０は、閾値情報Ｆが１の場合、変化量Ｇが−１から＋１までの範囲に収まるように変化量Ｇの値を制限する。値が制限された変化量Ｈは、傾き判定部１１に出力される。図６では、変化量Ｇは、０と＋１との値で構成されているので、値が制限されることは無いが、変化量Ｇが１より大きい場合は、変化量Ｈは１に制限され、変化量Ｇが−１より小さい場合は、変化量Ｈは−１に制限される。この制限される範囲は、閾値情報Ｆに基づいて決定される。
【００３６】
傾き判定部１１は、計数器等で構成され、値が制限された変化量Ｈの連続する０の数を計数する。すなわち、変化量Ｈが０の数を計数し、０以外の場合にその時点の計数値を記憶して、計数器の値を０に戻す。図６では、一番左の画素で計数値Ｎが０に戻り、以降、変化量Ｈが０以外すなわち＋１になるまで計数を行う。ここでは、計数値Ｎは７まで計数された後、０に戻り、再度計数が始まっている状態が示されている。この計数値Ｎ＝７は、０が連続している区間（画像信号Ｂの階調値が１の区間）の画素数が８であることを示しており、傾き判定部１１は、当該区間の階調の傾きＩを１／８として判定する。同様に階調値Ｂが２の区間も計数値Ｎは７となるので、当該区間の階調の傾きＩも１／８と判定する。傾き判定部１１は、この傾きＩと計数値Ｎとを、判定結果として付加ビット生成部１２に出力する。
【００３７】
付加ビット生成部１２は、傾き判定部１１より入力された判定結果に含まれる傾きＩと計数値Ｎとを用いて、画像信号Ｂ（画像信号Ｋ）に対して付加すべき階調値を求め、その階調値を示すビット列を付加ビットＪとして、ビット加算部１４に出力する。図６では、画像信号Ｂに対して付加すべき付加ビットＪで表される階調値を付加値Ｊとして示している。ここでは、画像信号Ｂの最小階調を１として表しているので、付加値Ｊは、１以下の小数として表現される。
【００３８】
付加値Ｊは、計数値Ｎおよび傾きＩより、Ｊ＝Ｎ＊Ｉで表すことができる。図６では、左から０／８、１／８、２／８・・・というように、求められた傾きＩ＝１／８の変化をもった付加値Ｊの列が得られる。
【００３９】
この付加値Ｊがビット加算部１４で画像信号Ｋに加算されることで、付加後の階調値ＫＪで示したように１以下の精度を持った階調値を得ることができる。
【００４０】
図５および図６では、閾値情報Ｆが１の場合について説明したが、閾値情報Ｆは、階調変換部８の階調変換特性に応じて、階調補正量演算部７で決定される。前述したとおり図３に示した階調変換特性では、最小階調から値Ｂ１までの階調と値Ｗ１から最大階調までの階調とに対しては閾値情報Ｆを小さく、値Ｂ１から値Ｗ１までの階調に対しては閾値情報Ｆを大きく、それぞれ設定する。以下では、最小階調から値Ｂ１までの階調と値Ｗ１から最大階調までの階調とに対する閾値情報Ｆを１、値Ｂ１から値Ｗ１までの階調に対する閾値情報Ｆを２とする場合について説明する。
【００４１】
図７（および図８）は、閾値情報Ｆが１に固定されていた図５（および図６）とは異なり、階調に応じて閾値情報Ｆが異なる場合の動作について説明するための図である。
【００４２】
図７（ａ）の画像信号Ｂにおいて、区間Ｂａは、画像信号Ｂの階調が最小階調から値Ｂ１までの場合の値を示し、区間Ｂｂは、画像信号Ｂの階調が値Ｂ１から値Ｗ１までの場合の値を示している。区間Ｂａでは、画像信号Ｂは最小階調幅が１で変化するが、区間Ｂｂでは、階調補正部３の処理により画像信号Ｂの最小階調幅が２で変化する場合を示している。なお、実際の処理では、区間Ｂｂに最小階調幅が１の場合と２の場合とが含まれることがあるが、ここでは、全て２として説明する。
【００４３】
図７（ｂ）は、変化量算出部９が算出した画像信号Ｂの隣接画素間の差分すなわち変化量Ｇを示している。区間Ｂａでは、変化量Ｇの値に＋１が、区間Ｂａと区間Ｂｂとの境界では、変化量Ｇの値に２より大きな値が、区間Ｂｂでは、変化量Ｇの値に＋２や−２が出現する。
【００４４】
図５（ｃ）では、閾値情報Ｆに基づいて変化量制限部１０で値が制限された変化量Ｈが示されているが、図７（ｃ）では、区間Ｂａの閾値情報Ｆを値ＳＨ１、区間Ｂｂの閾値情報Ｆを値ＳＨ２として変化量Ｈを表現する。区間Ｂａでは、ＳＨ１＝１であるので、変化量制限部１０は、変化量Ｇの値を−１から＋１までの範囲になるように値を制限する。すなわち、変化量制限部１０から出力される変化量Ｇは、値が＋１、０、−１の３値で構成される。また、区間Ｂｂでは、ＳＨ２＝２であるので、変化量制限部１０は、変化量Ｇの値を−２から＋２までの範囲になるように値を制限する。すなわち、変化量制限部１０から出力される変化量Ｇは、値が＋２、＋１、０、−１、−２の５値で構成される。ここでは、変化量Ｇのうち、区間Ｂａから区間Ｂｂへの境界部分と区間Ｂｂから区間Ｂａへの境界部分とで、ＳＨ１を超える変化があり、それぞれが−１と＋１とに制限された場合が示されている。
【００４５】
なお、図７（ｄ）〜（ｆ）の動作は、図５（ｄ）〜（ｆ）と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００４６】
図８は、図７の区間Ｂｂに相当する階調における階調処理部４のより詳細な動作を説明するための図である。区間Ｂａの動作については、図６で説明したものと同様である。
【００４７】
図８には、３つの階調で構成される画像信号Ｂの一部が示されている。画像信号Ｂは、左の画素から順に、階調値８０の画素が８画素、階調値８２の画素が８画素、階調値８４の画素が１画素並んでいる。すなわち、画像信号Ｂが１０ビットで構成されていたとすると、この１０ビットの画像信号に対して、左から右に２階調ずつ明るくなる画像の一部が示されている。これは、階調補正部３の処理によって、最小階調幅が２になってしまった場合を示している。
【００４８】
変化量算出部９は、この画像信号Ｂの階調値の並びに対して、隣接する画素間の差分を変化量Ｇとして求める。図８では、階調値８０に隣接する階調値８２の画素と、階調値８２に隣接する階調値８４の画素とでは変化量Ｇが＋２となり、その他の画素では変化量Ｇは０となる。この変化量Ｇは、変化量制限部１０に出力される。
【００４９】
変化量制限部１０は、閾値情報ＦのＳＨ２が２の場合、変化量Ｇが−２から＋２までの範囲に収まるように変化量Ｇの値を制限する。値が制限された変化量Ｈは、傾き判定部１１に出力される。図８では、変化量Ｇは、０と＋２との値で構成されているので、値が制限されることは無いが、変化量Ｇが２より大きい場合は、変化量Ｈは２に制限され、変化量Ｇが−２より小さい場合は、変化量Ｈは−２に制限される。この制限される範囲は、閾値情報Ｆに基づいて決定される。
【００５０】
傾き判定部１１は、計数器等で構成され、値が制限された変化量Ｈの連続する０の数を計数する。すなわち、変化量Ｈが０の数を計数し、０以外の場合にその時点の計数値を記憶して、計数器の値を０に戻す。図８では、一番左の画素で計数値Ｎが０に戻り、以降、変化量Ｈが０以外すなわち＋２になるまで計数を行う。ここでは、計数値Ｎは７まで計数された後、０に戻り、再度計数が始まっている状態が示されている。この計数値Ｎ＝７は、０が連続している区間（画像信号Ｂの階調値が８０の区間）の画素数が８であることを示しており、傾き判定部１１は、当該区間の階調の傾きＩを２／８として判定する。同様に階調値Ｂが８２の区間も計数値Ｎは７となるので、当該区間の階調の傾きＩも２／８と判定する。傾き判定部１１は、この傾きＩと計数値Ｎとを、判定結果として付加ビット生成部１２に出力する。
【００５１】
付加ビット生成部１２は、傾き判定部１１より入力された判定結果に含まれる傾きＩと計数値Ｎとを用いて、画像信号Ｂ（画像信号Ｋ）に対して付加すべき階調値を求め、その階調値を示すビット列を付加ビットＪとして、ビット加算部１４に出力する。図８では、画像信号Ｂに対して付加すべき付加ビットＪで表される階調値を付加値Ｊとして示している。ここでは、画像信号Ｂの最小階調を２として表しているので、付加値Ｊは、（１以下の小数＋１）として表現される。
【００５２】
付加値Ｊは、計数値Ｎおよび傾きＩより、Ｊ＝Ｎ＊Ｉで表すことができる。図８では、左から０／８、２／８、４／８・・・というように、求められた傾きＩ＝２／８の変化をもった付加値Ｊの列が得られる。
【００５３】
この付加値Ｊがビット加算部１４で画像信号Ｋに加算されることで、付加後の階調値ＫＪで示したように１以下の精度を持った階調値を得ることができる。
【００５４】
図９は、付加ビット生成部１２が出力する付加ビットＪと、遅延部１３が出力する画像信号Ｋのビットと、ビット加算部１４が出力する画像信号Ｃのビットとの関係を示す図である。ここでは、画像信号Ｋが１０ビット、付加ビットＪが６ビット（符号ビットを含む）、画像信号Ｃが１３ビットの場合で説明する。図８に示したとおり、付加ビットＪは、画像信号Ｋに対して符号、整数部および小数部を含むので、ビット加算部１４では、画像信号Ｋの小数点と付加ビットＪの小数点とを合わせるように加算する。このとき、画像信号Ｋの上位のビットに対して、付加ビットＪの符号ビットＳが用いられる。画像信号Ｃは、画像信号Ｋに対して、ビット列が下に伸びている、すなわち元の画像信号に対して小数部を含むので、画像信号Ｃの１階調の分解能は、画像信号Ｋより高く、より量子化ノイズの少ない（精度の高い）階調を表現できるようになる。なお、符号ビットを有した付加ビットＪを画像信号Ｋに加算する場合、画像信号Ｋの整数部に対して、付加ビットＪの整数部のビット数が同じになるように符号ビットを繰り返し用いることは、言うまでもない。
【００５５】
図１０は、階調補正部３の他の構成を示すブロック図である。受信部２から出力された画像信号Ａは、遅延部１５に入力され、遅延部１５で所定の期間遅延された後、画像信号Ｌとして階調補正部８に入力される。階調分布検出部６における階調分布の検出動作は、少なくとも１フレームの画像データを必要とするので、その結果は、画像信号Ａに対して１フレームの遅れが発生する。階調分布検出部６および階調補正量演算部７で発生する遅延を遅延部１５に持たせることで、画像信号と階調補正とのタイミングを一致させることができる。この遅延動作により、階調補正の遅れに伴う画像の明滅を抑えることができる。なお、その他の動作については、図２と同様である。
【００５６】
図１１は、階調補正部３の他の動作の例を示すグラフである。図３を用いた説明では、階調の累積度数と閾値とにより階調変換特性を求める場合について説明したが、この限りではなく、階調分布検出部９が検出した階調分布から階調変換特性を決定することもできる。図１１（ａ）は、画像信号Ｂの階調分布を示すグラフである。この階調分布Ｄは、入力階調を複数の領域に分割し、それぞれの領域に属する画素数を計数する。一例として１０ビットの画像信号に対し、領域を３２分割する場合が挙げられる。ここで得られた階調分布Ｄは、階調補正量演算部７に出力される。階調補正量演算部７は、この階調分布に基づき、度数が高い階調の領域の階調変換特性の傾きを大きく、度数が低い領域の階調変換特性の傾きを小さくするように階調変換特性を決定する。図１１（ｂ）では、領域ｇ１は、度数がほぼ０であるので、傾きは１より小さく、領域ｇ２の傾きは１程度、領域ｇ３は１より大きな値が設定される。このように階調補正を実施することで、コントラスト感のある画像を表示することができる。このとき、階調補正演算部７が出力する閾値情報Ｆも、領域ｇ１，ｇ２では小さく領域ｇ３では大きく設定されることで、階調処理部４により、階調ジャンプが発生しない。従って、領域ｇ１，ｇ２では、分解能が増加し、より滑らかな画像を表示することができるとともに、領域ｇ３では、階調ジャンプを低減するとともに分解能が増加することで、より滑らかな画像を表示することができるようになる。
【００５７】
図１２は、階調処理部４の他の動作について説明するための図である。ここでは、階調処理部４の傾き判定部１１の内部に変化量Ｈの極性の変化を監視する機能を設け、変化量Ｈの極性が正から負、あるいは負から正に変化した際に、傾きを０にするように動作させる。図１２では、部分Ｇ１において、変化量Ｈの極性が正から負に変化しており、当該部分Ｇ１の傾きＩが０に設定される。従って、部分Ｇ１では、付加ビットＪも０となるので、ビット加算部１４から出力される画像信号Ｃにおいては、入力された画像信号の階調が保持され、不必要なぼやけの発生を抑えることができる。
【００５８】
なお、上記動作の説明では、階調処理部３は、入力された画像信号の水平方向の階調の変化量に応じて生成した付加ビットを画像信号に加算することで、量子化ノイズを削減する場合について示したが、これに限らず、あるいは、階調処理部３は、入力された画像信号の垂直方向の階調の変化量に応じて、付加ビットを生成して画像信号に加算しても良く、同様の効果を奏する。
【００５９】
以上、説明したとおり、付加ビットＪの生成には、主に傾き判定部１１における計数結果から求められる傾きを示すデータのビット数を増やすだけであるので、回路規模を増大させること無く、より高い精度の付加ビットを求めることができる。従って、表示部５に入力可能なビット数よりも多い画像データを生成することが容易である。この場合、階調処理部４で、一度、表示部５のビット数よりも多い画像データを生成し、誤差拡散やディザ等により、多くなった画像データのビット数を表示部５のビット数に合わせることで、擬似的に表示部５が持つ階調数よりも多い階調数の画像を表示させることが可能である。
【００６０】
このように、本実施の形態に係る画像処理装置は、外部から入力される元画像信号に階調補正を施すことにより画像信号Ｂを生成する階調補正部３と、画像信号Ｂの画素の空間方向の差分から変化量を算出する変化量算出部９と、変化量算出部９で算出された変化量Ｇの取り得る範囲を制限する変化量制限部１０と、変化量制限部１０で制限された変化量Ｈから画像信号Ｂの階調の傾きＩを算出する傾き判定部１１と、傾き判定部１１で算出された階調の傾きＩに基づいて、付加ビットＪを生成する付加ビット生成部１２と、付加ビット生成部１２で生成された付加ビットＪを画像信号Ｂに加算することにより画像信号Ｃを生成するビット加算部１４とを備え、階調補正部３は、前記元画像信号に応じた閾値情報Ｆを生成し、変化量制限部１０は、閾値情報Ｆに基づいて、変化量Ｇを制限する制限値を決定する。従って、特許文献１に比較して、時間的に連続して送られてくる画像信号においても量子化ノイズを低減することが可能となるという効果を奏する。
【００６１】
また、上記動作の説明では、階調処理部４が階調補正部３で発生した階調ジャンプを低減する場合について説明したが、階調ジャンプの発生は、コントラストを改善する階調補正だけでなく、色の強調や色相の変更などでも発生し、これら階調ジャンプを発生する画像処理の後ろに階調補正部４を配置することで、画像処理で発生する階調ジャンプを低減することができる。
【００６２】
また、上記動作は、水平方向または垂直方向の一方向に限らず、水平方向と垂直方向との両方向について順次実施しても良い。
【００６３】
＜実施の形態２＞
実施の形態１においては、図１に示されるように、受信部２で外部より受信した画像データに対して、階調補正部３において生成された閾値情報Ｆを用いて、変化量Ｇを制限する場合について説明した。しかし、画像データは、必ずしも受信部２で外部より受信される必要はなく、また、閾値情報Ｆは、必ずしも階調補正部３において生成される必要はない。
【００６４】
図１３は、本発明の実施の形態２に係る画像表示装置の構成を示すブロック図である。
【００６５】
入力端子１６は、符号化された画像データすなわち符号化画像データを入力するための端子である。符号化画像データの例としては、デジタル放送におけるチューナで受信した符号化画像データ、インターネット等のネットワークを介して入力された符号化画像データ、さらにはＤＶＤやハードディスク、あるいは半導体メモリなどの記憶媒体から読み出された符号化画像データが挙げられる。
【００６６】
この入力端子１６から入力された符号化画像データは、復号化部１７に入力され復号化されることにより、画像信号Ａが生成される。復号化部１７は、復号手段および符号化誤差検出手段を内蔵しており（図示しない）、復号手段において画像信号Ａを生成し出力すると同時に、符号化誤差検出手段において復号化画像に含まれる量子化誤差（あるいは符号化誤差）の量を検出し、量子化誤差に基づいて閾値情報Ｆを出力する。
【００６７】
このとき閾値情報Ｆは、復号化された画像の量子化誤差が大きい場合には大きな値に設定され、量子化誤差が少ない場合には小さな値に設定される。この閾値情報Ｆは、階調処理部４に入力される。階調処理部４では、実施の形態１の動作と同様に、符号化部１７から入力された閾値情報Ｆに基づいて、復号化部１７から出力された画像信号Ａの量子化ノイズと階調ジャンプとを軽減するように処理を行う。
【００６８】
以上のように構成することで、画像の符号化により情報量が圧縮された画像を復号化した際に発生する量子化誤差を軽減することができ、より量子化ノイズの少ない（精度の高い）階調を表現できるようになる。
【００６９】
このように、本実施の形態に係る画像処理装置、画像表示装置、および画像処理方法では、符号化画像データに対して、復号化部１７の符号化誤差検出手段において量子化誤差に基づいて生成された閾値情報Ｆを用いて、実施の形態１と同様に、変化量Ｇの取り得る範囲が閾値以下に制限されるような画像信号の処理を行う。従って、復号化部１７でダイナミックレンジの拡張やコントラスト補正処理を施した場合であっても、変化量制限部１０における変化量の制限値（最大値、最小値）を復号化部１７の特性に合わせて設定することで、階調ジャンプが発生する階調を検索することなく処理が可能になるので、実時間で量子化ノイズや階調ジャンプを低減することとともに滑らかで高品位な画像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る画像表示装置の構成を示すブロック図である。
【図２】階調補正部の構成を示すブロック図である。
【図３】階調補正部の動作を示すグラフである。
【図４】階調処理部の構成を示すブロック図である。
【図５】階調処理部の動作を示す図である。
【図６】階調処理部の動作を示す図である。
【図７】階調処理部の動作を示す図である。
【図８】階調処理部の動作を示す図である。
【図９】付加ビット生成部が出力する付加ビットと、遅延部が出力する画像信号のビットと、ビット加算部が出力する画像信号のビットとの関係を示す図である。
【図１０】階調補正部の構成を示すブロック図である。
【図１１】階調補正部の動作を示すグラフである。
【図１２】階調処理部の動作を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態２に係る画像表示装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００７１】
１，１６  入力端子、２  受信部、３  階調補正部、４  階調処理部、６  階調分布検出部、７  階調補正量演算部、８  階調変換部、９  変化量算出部、１０  変化量制限部、１１  判定部、１２  付加ビット生成部、１３，１５  遅延部、１４  ビット加算部、１７  復号化部、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｋ  画像信号、Ｄ  階調分布情報、Ｅ  階調補正パラメータ、Ｆ  閾値情報、Ｇ，Ｈ  変化量、Ｉ  階調の傾き、Ｊ  付加ビット、Ｎ  計数値。
【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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