JP2000242226A - 階調表示方法及び表示装置 - Google Patents

階調表示方法及び表示装置

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JP2000242226A
JP2000242226A JP11040836A JP4083699A JP2000242226A JP 2000242226 A JP2000242226 A JP 2000242226A JP 11040836 A JP11040836 A JP 11040836A JP 4083699 A JP4083699 A JP 4083699A JP 2000242226 A JP2000242226 A JP 2000242226A
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Kunio Takayama
邦夫 高山
Yasunobu Hashimoto
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  • Control Of Indicators Other Than Cathode Ray Tubes (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】隣接階調間を含む任意の階調間における偽輪郭
を低減し、動画表示の品質を高めることを目的とする。 【解決手段】1フィールドをn(n≧3)個のサブフィ
ールドsf1〜sf12に分割し、サブフィールド単位
で表示要素の発光の要否を設定する階調表示において、
n個のサブフィールドに対して、階調範囲における少な
くとも1つの階調レベルについて表示素子を発光させる
サブフィールドの組合せの選択肢が2個以上となる輝度
の重み付けを行い、全ての階調レベルのそれぞれに対し
て、1フィールドにおける発光の時間重心が当該全ての
階調レベルについての時間重心の平均値に近くなるサブ
フィールドの組合せを優先的に対応づける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、2値の発光制御に
よって中間調を再現する階調表示方法及び表示装置に関
し、AC型のPDP(Plasma Display Panel:プラズマ
ディスプレイパネル)による表示に好適である。
【0002】PDPは、テレビジョン及びコンピュータ
のモニターのどちらにも利用可能な高速性と解像度とを
兼ね備えており、大画面表示デバイスとして利用されて
いる。このようなPDPの課題の1つに動画表示におけ
る偽輪郭の低減がある。
【0003】
【従来の技術】PDPにおける中間調の再現は、セル
(表示素子)毎に1フィールドの放電回数を階調レベル
に応じて設定することにより行われる。カラー表示は階
調表示の一種であって、表示色は3原色の輝度の組合せ
によって決まる。本明細書における“フィールド”と
は、時系列の画像表示の単位画像である。すなわち、テ
レビジョンの場合にはインタレース形式のフレームの各
フィールドを意味し、コンピュータ出力に代表されるノ
ンインタレース形式(1対1インタレース形式とみなせ
る)の場合にはフレームそのものを意味する。
【0004】PDPの階調表示方法として、1フィール
ドを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の点灯の有無の組合せ(これを
サブフィールド表現と呼称する)によって1フィールド
の総放電回数を設定する方法が広く知られている。“輝
度の重み”は、入力画像の各画素に対してその階調レベ
ルに応じてどのサブフィールドを点灯の対象として選ぶ
かを決めるための数値(通常は最小値を1とする整数で
表される)である。
【0005】多階調化の観点では、重みが2n (n=
0,1,2,3…)で表されるいわゆる“バイナリーの
重み付け”が優れている。例えばサブフィールド数が8
であれば、階調レベルが「0」〜「255」の256階
調の表示が可能である。しかし、バイナリーの重み付け
では、サブフィールド表現と階調レベルとの対応に冗長
性がない。つまり、いずれの階調レベルについても、そ
れに対応するサブフィールド表現が1通りしかない。こ
のため、動画表示における偽輪郭の低減が難しいという
問題がある。偽輪郭は、観察者が表示内容と異なる明暗
を知覚する現象であって、特に階調レベルの似通った画
素からなる濃度変化の緩やかな画像部分が画面内で移動
する場合に生じ易い。例えば人が歩くシーンにおいて顔
の部分で偽輪郭が生じる。
【0006】従来において、偽輪郭を低減するための手
法として、サブフィールド表現を冗長化する重み付けを
行うとともにサブフィールドの表示順序を最適化する方
法が提案されている。すなわち、1998年映像メディ
ア学会年次大会の予稿集(pp276 )には、1フィールド
を重みの相対比が1:2:4:7:11:16:21:
26:32:38:45:52の12個のサブフィール
ドに分割し、256階調における全ての隣接階調レベル
間で1フィールド期間の発光重心(時間重心)が近接す
るように、各階調レベルとサブフィールド表現を対応づ
ける方法が記載されている。また、特開平9−2308
22号公報には、フィボナッチ数列を適用して重み付け
を行い、隣接する階調レベル間で1フィールドにおける
発光の時間分布が類似するように、各階調レベルとサブ
フィールド表現を対応づける方法が記載されている。時
間分布が類似すれば必然的に発光重心は近接する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述のように従来にお
いては、隣接する階調レベル間での発光の差異のみに注
目し、その差異を小さくする偽輪郭対策が行われてい
た。従来の対策でも相応の効果が得られる。特にバイナ
リーの重み付けで重み順にサブフィールドを配置する場
合と比べると、階調範囲の中間付近の階調レベル間(例
えば256階調における階調レベル「127」と階調レ
ベル「128」との間)での改善効果は大きい。
【0008】しかし、従来の階調表示方法では、階調レ
ベルが大きく異なる画素どうしの間で発生する偽輪郭を
低減することができないという問題があった。隣接する
画素間での発光重心の差が大きければ、階調レベルの差
の大小に係わらず偽輪郭の生じるおそれがある。
【0009】本発明は、隣接階調間を含む任意の階調間
における偽輪郭を低減し、動画表示の品質を高めること
を目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明においては、階調
範囲の全域にわたって各階調レベルに対応する発光重心
を均一化する。サブフィールド表現の選択肢が複数であ
る階調レベルについては、隣接する他の階調レベルとの
発光重心の差が最小となる選択肢よりも、全ての階調レ
ベルの発光重心の平均値に最も発光重心が近くなる選択
肢を優先的に選択する。これにより、任意の階調レベル
間で生じる偽輪郭が低減され、隣接階調レベル間で生じ
る偽輪郭のみを低減する場合よりも総合的に画質が向上
する。重み付けについては、1つの階調レベルに対応す
るサブフィールド表現の選択肢が多いほど、また階調範
囲の全域にわたって各階調レベルに対応するサブフィー
ルド表現の選択肢の数がより均等であるほど、発光重心
の均一化に有利である。例えば、“n個の重みを昇順に
並べたときの第k(3≦k≦n)番目の重みが、第1番
目から第(k−1)番目までの計(k−1)個の重みの
うちの2個以上の重みの和である”という条件を満たす
重み付けを行い、サブフィールドの表示順序(すなわち
重みの配置順序)を選定することにより、任意の階調レ
ベル間の発光重心の差異を最小化することができる。
【0011】請求項1の発明の方法は、1フィールドを
n(n≧3)個のサブフィールドに分割し、サブフィー
ルド単位で表示要素の発光の要否を設定する階調表示方
法であって、前記n個のサブフィールドに対して、階調
範囲における少なくとも1つの階調レベルについて表示
素子を発光させるサブフィールドの組合せの選択肢が2
個以上となる輝度の重み付けを行い、全ての階調レベル
のそれぞれに対して、1フィールドにおける発光の時間
重心が当該全ての階調レベルについての時間重心の平均
値に近くなるサブフィールドの組合せを優先的に対応づ
けるものである。
【0012】請求項2の発明の階調表示方法において、
前記n個のサブフィールドに対する輝度の重み付けは、
n個の重みを昇順に並べたときの第k(3≦k≦n)番
目の重みが、第(k−1)番目の重みと同一であるか又
は第1番目から第(k−1)番目までの計(k−1)個
の重みのうちの2個以上の重みの和であるという条件を
満たす。
【0013】請求項3の発明の階調表示方法は、1フィ
ールドを8個のサブフィールドに分割し、当該サブフィ
ールドに対して重みの実質的な相対比が1:2:2:
2:6:6:12:20となる重み付けを行うものであ
る。
【0014】請求項4の発明の階調表示方法は、1フィ
ールドを12個のサブフィールドに分割し、当該サブフ
ィールドに対して重みの実質的な相対比が1:2:3:
3:4:9:16:23:36:43:51:64、
1:2:3:3:4:9:16:23:36:43:5
5:60、又は1:2:3:3:4:9:16:23:
36:43:56:59となる重み付けを行うものであ
る。
【0015】請求項5の発明の表示装置は、複数の表示
素子からなる画面を有したプラズマディスプレイパネル
と、1フィールドを輝度の重み付けをしたn(n≧3)
個のサブフィールドに分割し、サブフィールド単位で前
記表示要素のそれぞれの発光の要否を設定する階調表示
のための駆動回路とを備え、n個のサブフィールドに対
する輝度の重み付けは、n個の重みを昇順に並べたとき
の第k(3≦k≦n)番目の重みが、第(k−1)番目
の重みと同じ値であるか又は第1番目から第(k−1)
番目までの計(k−1)個の重みのうちの2個以上の重
みの和であるという条件を満たすものである。
【0016】
【発明の実施の形態】図1は本発明に係る表示装置10
0の構成図である。
【0017】表示装置100は、薄型カラー表示デバイ
スであるAC型のPDP1と、M列N行の画面ESを構
成する縦横に並んだ多数のセルCを選択的に点灯させる
ための駆動ユニット80とから構成されており、壁掛け
式テレビジョン受像機、コンピュータシステムのモニタ
ーなどとして利用される。
【0018】PDP1は、点灯維持放電(表示放電とも
いう)を生じさせるための電極対をなす第1及び第2の
主電極X,Yが平行配置され、各セルCにおいて主電極
X,Yと第3の電極としてのアドレス電極Aとが交差す
る3電極面放電構造をとる。主電極X,Yは画面ESの
行方向(水平方向)に延び、これらのうちの主電極Yは
アドレッシングに際して行単位にセルCを選択するため
のスキャン電極として用いられる。アドレス電極Aは列
方向(垂直方向)に延びており、列単位にセルCを選択
するためのデータ電極として用いられる。基板面のうち
の主電極群とアドレス電極群との交差範囲が表示領域
(すなわち画面)となる。
【0019】駆動ユニット80は、コントローラ81、
データ処理回路83、電源回路84、Xドライバ85、
スキャンドライバ86、Y共通ドライバ87、及びアド
レスドライバ89を有している。なお、駆動ユニット8
0はPDP1の背面側に配置され、各ドライバとPDP
1の電極とが図示しないフレキシブルケーブルで電気的
に接続される。駆動ユニット80にはTVチューナ、コ
ンピュータなどの外部装置からR,G,Bの各色の輝度
レベル(階調レベル)を示す画素単位のフィールドデー
タDfが、各種の同期信号とともに入力される。
【0020】フィールドデータDfは、データ処理回路
83におけるフレームメモリ830に一旦格納された
後、フィールドを所定数のサブフィールドに分割して階
調表示を行うためのサブフィールドデータDsfに変換
される。サブフィールドデータDsfはフレームメモリ
830に格納され、適時にアドレスドライバ89にシリ
アル転送される。サブフィールドデータDsfはサブフ
ィールド表現を特定し、その各ビットの値はサブフィー
ルドにおける該当するセルの点灯の要否を示す情報、厳
密にはアドレス放電の要否を示す情報である。フィール
ドデータDfからサブフィールドデータDsfへの変換
を行うために、データ処理回路83には各階調レベルと
サブフィールド表現とを1対1で対応づけるテーブルが
格納されている。その対応づけは、あらかじめ本発明に
特有の重み付けをしたフィールド構成で階調再現を行う
ように設定されている。本実施形態においては、全ての
フィールドに対して一律に後述のフィールド構成が適用
される。ただし、入力の階調分布に応じてサブフィール
ドの配置順(表示順序)又はサブフィールド数の異なる
複数のフィールド構成のうちの1つを選択して適用する
ことも可能である。
【0021】Xドライバ85は全ての主電極Xに一括に
駆動電圧を印加する。主電極Xの電気的な共通化は図示
のようなパネル上の連結に限られず、Xドライバ85の
内部配線、又は接続用ケーブル上での配線により行うこ
とができる。スキャンドライバ86はアドレッシングに
おいて各主電極Yに個別に駆動電圧を印加する。Y共通
ドライバ87は点灯維持に際して全ての主電極Yに一括
に駆動電圧を印加する。また、アドレスドライバ89は
サブフィールドデータDsfに応じて計M本のアドレス
電極Aに選択的に駆動電圧を印加する。これらドライバ
には電源回路84から図示しない配線導体を介して所定
の電力が供給される。
【0022】図2はフィールド構成の一例を示す図であ
る。
【0023】2値の点灯制御によって階調再現を行うた
めに、入力画像である時系列の各フィールドf(符号の
添字は表示順位を表す)を例えば12個のサブフレーム
sf1,sf2,sf3,sf4,sf5,sf6,s
f7,sf8,sf9,sf10,sf11,sf12
に分割する。言い換えれば、各フィールドfを12個の
サブフレームsf1〜sf12の集合に置き換える。な
お、コンピュータ出力などのノンインタレース形式の画
像を再生する場合には、各フレームを12分割する。こ
れらサブフィールドsf1〜sf12における輝度の相
対比がおおよそ1:1:2:4:7:11:16:2
3:32:43:56:71となるように重み付けをし
て各サブフィールドsf1〜sf12の点灯維持放電の
回数を設定する。サブフィールド単位の点灯/非点灯の
組合せでRGBの各色毎に268段階の輝度設定を行う
ことができるので、表示可能な色の数は2683 とな
る。サブフィールドsf1〜sf12の表示順序は重み
の大きさ順ではなく、sf12(71)→sf9(3
2)→sf7(16)→sf1(1)→sf4(4)→
sf5(7)→sf2(1)→sf3(2)→sf6
(11)→sf8(23)→sf10(43)→sf1
1(56)の順である(括弧内の数字は輝度の重みを示
す)。この順序は、任意の階調レベル間での偽輪郭が低
減されるように後述の要領で選定されたものである。
【0024】各サブフィールドsfj (j=1〜12)
に割り当てるサブフィールド期間T j は、行単位にセル
を選択して表示内容に応じた帯電分布を形成するアドレ
ス期間TAと、階調レベルに応じた輝度を確保するため
に点灯状態を維持するサステイン期間TSとからなる。
アドレス期間TAは画面全体の電荷を均一化する準備期
間を含む。各サブフィールド期間Tj において、アドレ
ス期間TAの長さは輝度の重みに係わらず一定である
が、サステイン期間TSの長さは輝度の重みが大きいほ
ど長い。
【0025】テレビジョン表示の場合、1フィールド期
間Tfは約16.7msである。一例として画面ESの
行数Nを1000とし、1行当たりのアドレッシング時
間を1μsとすると、1フィールドfにおいてアドレッ
シングに要する時間の総和は12ms(=1μs×10
00×12)となり、残りの4.7msが計12個のサ
ステイン期間TSの総和となる。そして、この4.7m
sを階調数で除した値が単位重み当たりの発光時間とな
る。
【0026】ここで、サブフィールドsfj に対する重
み付けは、12分割のフィールド構成で256階調以上
の階調性を得ることのできる重み付けの中から選択され
たものであって、次の条件を満たしている。
【0027】条件: n(例示ではn=12)個の重み
を昇順に並べたときの第k(3≦k≦12)番目の重み
が、第(k−1)番目の重みと同一であるか又は第1番
目から第(k−1)番目までの計(k−1)個の重みの
うちの2個以上の重みの和であり、且つ第3番目から第
n番目の重みのうちの少なくとも1個は他の重みと同一
であるか又は他の3個以上の重みの和である。
【0028】図3は図2の重み付けにおける階調レベル
とサブフィールド表現の選択肢の数との関係を示す図で
ある。図3においては本発明に係る選択肢の数を黒丸で
プロットし、比較例として表1に示す従来の重み付けに
おける選択肢の数を白抜きの丸でプロットしてある。
【0029】
【表1】
【0030】図3から明らかなように、階調範囲のほと
んどの階調レベルについて複数の選択肢があり、選択肢
数が30を越える階調レベルもある。発光重心の均一化
においては、サブフィールド表現の選択肢が多いほど有
利である。図3において黒丸の分布及び白抜きの丸の分
布は共に山状であるが、黒丸の方が緩やかである。つま
り、本発明の重み付けでは、全ての階調レベルについて
選択肢の数が従来例と比べてより均等である。そして、
特に階調レベル0〜50の低階調範囲では本発明の選択
肢数が従来例を上回っている。
【0031】図4は階調レベルと発光重心の相対位置と
の関係を示す図である。図中の発光重心の相対位置の目
盛り0はフィールド期間Tfの前端を、目盛り1.0は
後端を示す。
【0032】図2のように重み付けをしてサブフィール
ドの表示順序を選定したフィールド構成では、階調範囲
の各階調レベルの発光重心がフィールド期間Tfの中央
付近であり、全階調レベルについての発光重心の変動幅
dmaxが0.1946となった。ここで、変動幅dm
axは次式で表される。
【0033】dmax=(発光重心の最大値と最小値と
の差)/(フィールド期間) 変動幅dmaxが小さいほど発光重心が均一となり、任
意の階調レベル間での偽輪郭が生じにくい。
【0034】以下、1フィールド分のサブフィールドの
配置順の設定要領を説明する。n個のサブフィールドの
配置順はn!通りもあり、n=12の場合の配置順の数
は4億を越える。理想的にはこれら全ての配置順につい
て発光重心の変動幅dmaxを求めればよいが、この計
算には膨大な時間を要する。そこで、便宜的に次の手順
で配置順を設定する。 (1) サブフィールドの配置順を決める前段階とし
て、乱数を用いて一時的な配置順を決める。 (2) それぞれの階調レベルにおける発光重心を求
め、全階調レベルについての発光重心の平均値を計算す
る。ここで、1つの階調レベルに複数のサブフィールド
表現の選択肢がある場合は、その全ての選択肢について
発光重心を求める。 (3) 1つの階調レベルに複数のサブフィールド表現
の選択肢がある場合、(2)で求めた平均値に発光重心
が最も近くなる選択肢を選択するものとして、各階調レ
ベルに1対1でサブフィールド表現を対応づけ、発光重
心の変動幅dmaxを求める。 (4) 以上の1〜3を設定数回(例えば100回)繰
り返し、変動幅dmaxが最小となるサブフィールドの
配置順を、初期の配置順とする。 (5) (4)の配置順を基にして、任意に2個のサブ
フィールドを選んで順序を入れ替え、さらに任意の3個
のサブフィールドを選んで順序を入れ替えて、複数の配
置順を得る。 (6) (5)で得られた配置順について(2),
(3)の計算を行い、最も変動幅dmaxの小さい配置
順を採用する。
【0035】なお、以上の手順を表1で示した従来の重
み付けのフィールド構成に適用した場合、最小の変動幅
dmaxは0.25587であり、本発明の0.194
6よりも大きい値であった。このことから本発明の重み
付けが従来例より有利であることがわかる。
【0036】図5は重み付けの他の例を表形式で示す図
である。同図においては上述の要領でサブフィールドの
配置順を設定したときの変動幅dmaxを重みとともに
示してある。
【0037】図示の重み付けは、12分割のフィールド
構成において階調数が256となるものである。例示の
19通りの重み付けの中では、変動幅dmaxが0.1
036となる3通りが好ましい。
【0038】以上の実施形態ではサブフィールド数nが
12の例を挙げたが、サブフィールド数nは3以上であ
ればよい。例えば8分割のフィールド構成で階調数を5
2とする場合には、重みの相対比が1:2:2:2:
6:6:12:20の重み付けが好適である。この重み
付けは以下の(1)〜(3)の手順で得られたものであ
り、その最小の変動幅dmaxは0.11178であ
る。 (1) 重みを{a1 ,a2 ,a3 ,…a8 }と表した
とき、その総和Σai が51となる全ての重み付けを求
める。 (2) (1)で求めた重み付けの中で、1〜51の全
ての階調レベルのそれぞれに1以上のサブフィールド表
現があるものだけを選ぶ。例えば、{1,1,1,1,
2,8,12,25}は、これらの総和Σai は51と
なるものの、階調レベル7,19,32,44に対応す
るサブフィールド表現がないので除外される。 (3) (2)で選んだ全ての重み付けについて、サブ
フィールドの配置順を入れ替えて発光重心の変動幅dm
axを計算し、変動幅dmaxの最も小さい重み付けを
採用する。
【0039】
【発明の効果】請求項1乃至請求項5の発明によれば、
隣接階調間を含む任意の階調間における偽輪郭を低減
し、動画表示の品質を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る表示装置の構成図である。
【図2】フィールド構成の一例を示す図である。
【図3】図2の重み付けにおける階調レベルとサブフィ
ールド表現の選択肢の数との関係を示す図である。
【図4】階調レベルと発光重心の相対位置との関係を示
す図である。
【図5】重み付けの他の例を表形式で示す図である。
【符号の説明】
f フィールド sf1〜sf12 1 PDP(プラズマディスプレイパネル) 80 駆動ユニット(駆動回路) Df フィールドデータ Dsf サブフィールドデータ 83 データ処理回路
フロントページの続き Fターム(参考) 5C080 AA05 BB05 DD02 DD30 EE19 EE29 FF12 GG02 GG08 GG12 JJ02 JJ04 JJ05

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】1フィールドをn(n≧3)個のサブフィ
    ールドに分割し、サブフィールド単位で表示要素の発光
    の要否を設定する階調表示方法であって、 前記n個のサブフィールドに対して、階調範囲における
    少なくとも1つの階調レベルについて表示素子を発光さ
    せるサブフィールドの組合せの選択肢が2個以上となる
    輝度の重み付けを行い、 全ての階調レベルのそれぞれに対して、1フィールドに
    おける発光の時間重心が当該全ての階調レベルについて
    の時間重心の平均値に近くなるサブフィールドの組合せ
    を優先的に対応づけることを特徴とする階調表示方法。
  2. 【請求項2】前記n個のサブフィールドに対する輝度の
    重み付けは、n個の重みを昇順に並べたときの第k(3
    ≦k≦n)番目の重みが、第(k−1)番目の重みと同
    一であるか又は第1番目から第(k−1)番目までの計
    (k−1)個の重みのうちの2個以上の重みの和である
    という条件を満たす請求項1記載の階調表示方法。
  3. 【請求項3】1フィールドを8個のサブフィールドに分
    割し、当該サブフィールドに対して重みの実質的な相対
    比が1:2:2:2:6:6:12:20となる重み付
    けを行う請求項2記載の階調表示方法。
  4. 【請求項4】1フィールドを12個のサブフィールドに
    分割し、当該サブフィールドに対して重みの実質的な相
    対比が1:2:3:3:4:9:16:23:36:4
    3:51:64、1:2:3:3:4:9:16:2
    3:36:43:55:60、又は1:2:3:3:
    4:9:16:23:36:43:56:59となる重
    み付けを行う請求項2記載の階調表示方法。
  5. 【請求項5】複数の表示素子からなる画面を有したプラ
    ズマディスプレイパネルと、 1フィールドを輝度の重み付けをしたn(n≧3)個の
    サブフィールドに分割し、サブフィールド単位で前記表
    示要素のそれぞれの発光の要否を設定する階調表示のた
    めの駆動回路とを備え、 n個のサブフィールドに対する輝度の重み付けは、n個
    の重みを昇順に並べたときの第k(3≦k≦n)番目の
    重みが、第(k−1)番目の重みと同じ値であるか又は
    第1番目から第(k−1)番目までの計(k−1)個の
    重みのうちの2個以上の重みの和であるという条件を満
    たすことを特徴とする表示装置。
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