JP2001211349A - 伝達関数を実現する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、入力値に応答して出力値を生成す
る装置及び方法、並びに、ガンマ補正を行う画像処理シ
ステムのコスト削減を目的とする。 【解決手段】 所与の関数に従って、入力値に応答した
出力値が生成される。入力値からテーブル入力値及び補
間器入力値を抽出する入力部は、複数の入力区間を定義
する区間検出器を含む。区間検出器は入力値が収まる区
間を示す区間指標を生成する。入力部は区間指標の関数
として、区間指標に従って大きさが変化する入力値の上
位部及び相補的な下位部により夫々に決定されるテーブ
ル入力値及び補間器入力値を形成する入力値形成器を含
む。テーブルはテーブル入力値に応じてテーブル値を生
成する。補間器は補間器入力値に応じて補間値を生成す
る。出力部は出力値を獲得するためテーブル値と補間値
を合成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、所与の関数Ｆ：Ｙ
＝Ｆ（Ｘ）にしたがって入力値Ｘに応答して出力値Ｙを
生成する装置及び方法に関する。本発明は、たとえば、
ディジタル方式でガンマ補正を行う画像処理システムに
利用される。

【０００２】

【従来の技術】上述の装置はテーブルを用いて実現する
ことができる。たとえば、テーブルは、種々の各入力値
Ｘに対し出力値Ｙを格納する。非常に多種多様な入力値
Ｘが存在する場合、テーブルは非常に大きくなる。たと
えば、１０ビットを有する入力値Ｘは、１０２４通りの
出力値を格納するテーブルを必要とする。

【０００３】以下の原理にしたがって、テーブルのサイ
ズを縮小することが可能である。入力値は１０ビットで
あるとする。上位５ビットがテーブルに利用される。テ
ーブルは３２個のテーブル値を格納する。上位５ビット
に応答して、テーブルはテーブル値を生成する。テーブ
ル値は大量の出力値を形成する。入力値の下位５ビット
は、補間器に供給される。下位５ビットに応答して、補
間器は補間値を生成する。補間器は、たとえば、下位５
ビットを補間係数倍する。補間値は、出力値を獲得する
ためテーブル値に加算される。任意の伝達関数を実現す
るこの原理は、「表作成と補間(tabulation and interp
olation)」と称される。Trimediaファミリーに属する集
積回路TM2700は、この原理に従って動作するガンマ補正
の機能を有する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、入力値に応
答して出力値を生成する装置及び方法、並びに、ガンマ
補正を行う画像処理システムのコスト削減を目的とす
る。

【０００５】本発明は、以下の局面を考慮する。「表作
成と補間」原理は、所望の関数の近似を獲得できるに過
ぎない。下位ビットがすべて０であるような入力値を想
定する。この場合、補間は行われない。出力値は、上位
ビットに応答して生成されたテーブル値だけによって形
成される。その結果として、出力値の精度は、テーブル
値のビット数だけによって決まる。

【０００６】次に、下位ビットの中の少なくとも１ビッ
トが１である場合を考える。この場合、補間が下位ビッ
トに基づいて行われる。この補間により補間値が得られ
る。出力値は、テーブル値及び補間値によって形成され
る。出力値の精度は、補間の精度と、出力値に対する補
間値の寄与度とに依存する。

【０００７】補間の精度は、一般的に、ある入力値区間
から別の入力値へ変化する。精度が比較的高い一つ以上
の区間と、精度が比較的低い一つ以上の区間とが存在す
る。

【０００８】出力値に対する補間値の寄与度は、下位ビ
ットの中で補間を行う際に基づくビット数に依存する。
補間値が出力値に与える寄与度がより大きくなり、その
結果として、出力値の精度は、下位ビットの中で補間を
行う際に基づくビット数が増加する共に低下する。

【０００９】次に、従来技術の「表作成と補間」原理が
適用された場合を考える。充足可能な精度を確保するた
めにはどうすればよいかを考える。まず、補間の精度が
低い入力値区間を識別する必要がある。次に、補間は、
この区間内で充足可能な精度を達成するために十分少な
いビット数の下位ビットに基づいて行われるべきであ
る。すなわち、他の区間における精度の方が優れてい
る。補間のために使用されないビットは、すなわち、上
位ビットは、テーブルに供給される。テーブルに供給さ
れる上位ビットのビット数を整数Ｋで表すことにする。
テーブルのサイズは、２のＫ乗に達する。したがって、
テーブルのサイズは、所望の精度で補間を実行するため
使用され得るビット数に直接的に関係する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、以下に
説明するように所与の関数にしたがって、入力値に応答
した出力値を生成する。入力部は、入力値からテーブル
入力値及び補間器入力値を抽出する。入力部は、複数の
入力区間を定義する区間検出器を含む。この区間検出器
は、入力値が収まる区間を示す区間指標を生成する。入
力部は、区間指標の関数としてテーブル入力値及び補間
器入力値を形成する入力値形成器を更に含む。テーブル
入力値及び補間器入力値は、それぞれ、区間指標にした
がって大きさが変化する入力値の上位部及び相補的な下
位部により決定される。テーブルは、テーブル入力値に
応じてテーブル値を生成する。補間器は、補間器入力値
に応じて補間値を生成する。出力部は、出力値を獲得す
るため、テーブル値と補間値を合成する。

【００１１】かくして、本発明によれば、補間を実行す
るため使用されるビット数は、従来技術では固定されて
いたのに対し、可変である。これにより、補間の精度が
低い入力値区間で補間を実行するため使用される下位ビ
ットのビット数をかなり少なくさせることが可能であ
る。同時に、補間の精度がかなり高い入力値区間で使用
される下位ビットのビット数が増加する。すなわち、か
かる入力値区間において、テーブルの入力値を形成する
上位ビットのビット数は減少する。したがって、本発明
によれば、テーブルは従来技術よりも小さくなる。

【００１２】一面で、本発明は、入力値の全体に対し精
度を等化させることが可能であり、これは、テーブルが
小さい場合に有利である。また、本発明による装置の入
力部は、簡単な配線接続によって実現される従来技術の
入力部よりも複雑化する。しかし、テーブルのサイズが
縮小されると、一般的に、入力部の構成が簡単化される
ほど入力部にかかるコスト負担が削減される。したがっ
て、本発明は、コスト削減を実現することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施するために有
利的に使用される本発明の特徴的な事項並びにその他の
特徴的な事項が添付図面を参照して詳細に説明される。

【００１４】最初に、参照符号について注記する。全て
の図面を通じて、類似した実体には同じ参照名が付され
る。複数の類似した実体が１枚の図面に表される場合が
ある。そのような場合、類似した実際を区別するため、
参照名に添え字番号が付される。この番号若しくは添え
字は、説明の便宜上略される場合もある。このことは、
発明の詳細な説明中の記載、並びに、特許請求の範囲中
の記載の両方にいえることである。

【００１５】図１には、本発明の基本的な特徴事項が示
されている。この装置は、以下に説明するように、所与
の関数Ｆにしたがって、入力値Ｘに応じて出力値Ｙを生
成する。入力部ＩＮＰは、入力値Ｘからテーブル入力値
ＸＴ及び補間器入力値ＸＩを抽出する。テーブルＴＢＬ
は、テーブル入力値ＸＴに応じてテーブル値ＹＴを生成
する。補間器ＩＮＴは、補間器入力値ＸＩに応じて補間
値ＹＩを生成する。出力部ＯＵＴは、出力値Ｙを獲得す
べくテーブル値ＹＴ及び補間値ＹＩを合成する。

【００１６】入力部ＩＮＰは、複数の入力値区間Ｉ１、
Ｉ２を決める区間検出器ＤＥＴを含む。この検出器ＤＥ
Ｔは、入力値Ｘが含まれる区間Ｉ１を示す間隔指標ＩＮ
Ｄを生成する。入力部ＩＮＰは、区間指標ＩＮＤの関数
としてテーブル入力値ＸＴ及び補間器入力値ＸＩを形成
する入力値形成器ＩＶＣを更に有する。テーブル入力値
ＸＴ及び補間器入力値ＸＩは、それぞれ、区間指標ＩＮ
Ｄにしたがって大きさが可変である入力値の中の上位部
ＭＳＰ、及び、相補的な下位部ＬＳＰによって決定され
る。

【００１７】図１に示された特徴事項は、たとえば、画
像処理システムで利用することが可能である。大半の画
像処理システムは、画像センサ若しくは表示装置の非線
形特性を補償するガンマ補正を含む。ガンマ補正は非線
形関数である。

【００１８】図２には、画像処理システムが示されてい
る。このシステムは、画像復号器ＤＥＣと、表示準備回
路ＤＰＣと、ガンマ補正回路ＧＣＡとを有する。このシ
ステムは、基本的に以下の通り動作する。画像復号器Ｄ
ＥＣは、一つ以上の画像を表す復号化データＤＤを獲得
するため、符号化データＣＤを復号化する。表示準備回
路ＤＰＣは、たとえば、１画像当たりのライン数及び１
ライン当たりの画素数に関するフォーマット変換によっ
て、所望の表示を実現するため、復号化データを処理す
る。別の実現可能な処理動作は、テキスト、ロゴ若しく
は画像の主画像への挿入である。表示準備回路ＤＰＣ
は、２進数値の系列の形式でビデオ信号ＶＳを生成す
る。ガンマ補正回路ＧＣＡは、訂正ビデオ信号ＣＶＳを
獲得するため、ガンマ補正関数にしたがってビデオ信号
ＶＳを処理する。訂正ビデオ信号ＣＶＳは、たとえば、
ディジタル・アナログ変換機（Ｄ／Ａ）を介して、表示
装置へ供給される。

【００１９】図３には、ガンマ補正関数Ｆγが実線で示
されている。図３のグラフにおいて、横軸は入力値Ｘを
表し、縦軸は出力値Ｙを表す。入力値Ｘは８ビットであ
る。したがって、０から２５５までの２５６通りの入力
値が存在する。

【００２０】また、図３には、多数のセグメントで線形
近似されたガンマ補正関数に対する従来の近似関数≒Ｆ
γが点線で示されている。各セグメントは、１６個の入
力値により構成される。全部で１６個のセグメントが存
在し、第１のセグメントは入力値０〜１５を含み、第２
のセグメントは入力値１６〜３１を含み、以下同様であ
る。線形補間は、セグメント毎に独立して行われる。す
なわち、全部で１６個の補間係数が存在する。

【００２１】さらに、図３には、以下に説明される従来
の近似関数の精度が破線で示されている。より詳細に説
明すると、この破線は、従来の近似関数の絶対誤差Δを
表す。精度は、入力値０〜１５を含むセグメントではか
なり低い。逆に、他のセグメントにおける精度はかなり
高い。

【００２２】図４は、図２に示された画像処理システム
のガンマ補正回路ＧＣＡを表す図である。ガンマ補正回
路ＧＣＡは、図３に示されたガンマ補正関数にしたがっ
て、入力値Ｘに応じて出力値Ｙを生成する。ガンマ補正
回路ＧＣＡは、区間検出器ＤＥＴと、アドレス発生器Ａ
Ｇと、ビット選別器ＳＢと、メモリＭＥＭと、乗算器Ｍ
ＵＬと、加算器ＡＤＤとを含む。既に説明した通り、入
力値は８ビットである。最上位ビットはｂ７で表され、
最下位ビットはｂ０で表される。かくして、ビットの名
前の中の数字は重みを示す。

【００２３】図４に示されたガンマ補正回路ＧＣＡは以
下の通り動作する。区間検出器ＤＥＴは、入力値Ｘに基
づいて区間指標ＩＮＤを生成する。入力値Ｘが０と１５
の間に収まるとき、区間指標は０になる。入力値が１６
と２５５の間にあるとき、区間標識は１である。この場
合、区間検出器ＤＥＴは、非常に簡単な形で構成するこ
とができる。区間検出器ＤＥＴは、入力値Ｘの上位４ビ
ットにＯＲ関数：ＩＮＤ＝ｂ７ ＯＲ ｂ６ ＯＲ ｂ
５ ＯＲ ｂ４を適用するのが好適である。

【００２４】アドレス発生器は、入力値Ｘ及び区間指標
ＩＮＤに基づいてアドレスＡＤＲを発生する。より詳細
に説明すると、区間指標ＩＮＤが０である場合、アドレ
ス発生器ＡＧは、入力値Ｘのビットｂ３とｂ２だけを考
慮する。したがって、アドレス発生器ＡＧは、入力値が
０と１５の間に収まるとき、４通りのアドレスＸを発生
する。入力値０〜３用のアドレスＡＤＲ１と、入力値４
〜７用のアドレスＡＤＲ３と、入力値８〜１１用のアド
レスＡＤＲ３と、入力値１２〜１５用のアドレスＡＤＲ
４とが存在する。

【００２５】区間指標ＩＮＤが１である場合、アドレス
発生器ＡＧは、入力値Ｘの上位４ビットｂ７〜ｂ４だけ
を考慮する。これにより、アドレス発生器ＡＧは、１６
と２５５の間にある入力値に対し１５通りのアドレスを
発生する。入力値１６〜３１用のアドレスＡＤＲ５と、
入力値３２〜４７用のアドレスＡＤＲ６が存在し、以下
同様に続く。かくして、最終的なアドレスは、入力値２
４０〜２５５用のアドレスＡＤＲ１９である。アドレス
発生器ＡＧは、たとえば、比較的簡単な論理回路によっ
て形成される。

【００２６】アドレスＡＤＲ毎に、メモリＭＥＭは、テ
ーブル値ＹＴ及び補間係数ＩＣを記憶する。したがっ
て、メモリは１９個のテーブル値ＹＴと１９個の補間係
数ＩＣとを含む。アドレス発生器ＡＧで発生されたアド
レスＡＤＲの関数として、メモリＭＥＭは、このアドレ
スに記憶されたテーブル値ＹＴ及び補間係数値ＩＣを生
ずる。

【００２７】ビット選別器ＳＢは、入力値Ｘ及び区間指
標ＩＮＤに基づいて補間器入力値ＸＩを生成する。区間
指標ＩＮＤが０である場合、ビット選別器ＳＢは、入力
値Ｘの下位２ビット、すなわち、ｂ１とｂ０だけを使用
する。これらの２ビットは、補間器入力値ＸＩを形成す
る。区間指標ＩＮＤが１である場合、ビット選択器ＳＢ
は、入力値Ｘの中の下位４ビット、すなわち、ｂ３〜ｂ
０だけを使用する。これらの４ビットは補間器入力値Ｘ
Ｉを形成する。

【００２８】必要に応じて、ビット選別器ＳＢは、２ビ
ット若しくは４ビットの入力値Ｘを、上位ビットを表現
する論理０で補完する。かくして、ビット選別器ＳＢ
は、補間器入力値が所定のビット数により構成されるこ
とを保証する。このビット選別器ＳＢは非常に簡単な形
でもよい。簡単な形のビット選別器は、以下の方法で、
入力値Ｘのビットｂ３〜ｂ０を、乗算器ＭＵＬの対応し
た重みの入力へ供給するのに十分である。各ビットｂ
３、ｂ２は、区間指標ＩＮＤを受けるＡＮＤ論理回路を
通る。ビットｂ１、ｂ０は、乗算器ＭＵＬにそのまま供
給される。

【００２９】乗算器ＭＵＬは、補間器入力値Ｘ１に、メ
モリＭＥＭからの補間係数ＩＣを乗算する。この乗算の
結果は、補間値ＹＩを形成する。必要に応じて、乗算の
結果は、補間値ＹＩを獲得するためシフトされる。この
ようなシフトの効果により、乗算結果を形成する全ての
ビットの重みが１単位以上変更される（このような操作
は、ビットシフトと呼ばれる）。

【００３０】加算器ＡＤＤは、補間値ＹＩと、メモリＭ
ＥＭからのテーブル値ＹＴを加算する。この加算の結果
は、出力値Ｙを形成する。

【００３１】図４に示されたガンマ補正回路ＧＣＡは、
図１に示された特徴的な機能の一実現例である。検出器
ＤＥＴは、二つの入力値区間を定める。０から１５まで
の範囲に収まる入力値は、第１の区間Ｉ１を形成する。
１６から２５５までに収まる入力値は、第２の区間Ｉ２
を形成する。これらの二つの区間Ｉ１、Ｉ２は重なり合
わない。

【００３２】図１に示された入力値形成器ＩＶＣは、図
４に示されたアドレス発生器ＡＧ及びビット選別器ＳＢ
を含むブロックのグループの形式をなす。図１に示され
たテーブル入力値ＸＴは、図４におけるアドレスの形式
をとる。アドレスは、区間Ｉ１内の上位６ビットｂ７〜
ｂ２と、区間Ｉ２内の上位４ビットｂ７〜ｂ４とを含む
上位部ＭＳＰによって決められる。補間器入力値Ｘｉ
は、区間Ｉ１内の下位２ビットｂ１〜ｂ０と、区間Ｉ２
内の下位４ビットとを含む相補的な下位部ＬＳＰによっ
て決められる。

【００３３】図１におけるテーブルＴＢＬは、図４のメ
モリＭＥＭとして実現される。図１に示された補間器Ｉ
ＮＴは、乗算器ＭＵＬの形をなす。図１における出力部
ＯＵＴは、図４における加算器ＡＤＤの形をとる。

【００３４】実際上、図４に示されたガンマ補正回路Ｇ
ＣＡは、区間Ｉ１を各セグメントが４入力値を有する四
つのセグメントに分割する。ガンマ補正回路ＧＣＡは、
区間Ｉ２及びＩ５を、各セグメントが１６個の入力値を
有する１５個のセグメントに分割する。この装置は、セ
グメント毎に独立して補間を実行する。セグメントは、
補間精度がかなり低い場所、たとえば、区間Ｉ１では、
かなり小さい。また、補間精度がかなり高い場所、たと
えば、区間Ｉ２において、セグメントはかなり大きい。
したがって、非常に膨大な記憶空間を必要とすることな
く、図３に示された従来の近似の精度よりも高い精度を
達成することが可能である。

【００３５】図面及び発明の詳細な説明は、本発明を例
示するため与えられたものであり、本発明を制限するも
のではない。特許請求の範囲の欄に記載された事項の範
囲内で、明らかに多数の代替を考えることができる。最
後に、この点に関して以下の点に付け加える。

【００３６】値を表現する方法は多種多様である。図４
には、入力値が２進数値を用いて表現される一通りの可
能性だけが示されている。しかし、入力値は、１０進数
値を用いて表現することができる。また、入力値の表現
形態は、本発明とは無関係である。

【００３７】補間は多数の方法によって実行することが
できる。原理的に、補間は、任意の関数にしたがって行
われ得る。図４には、線形関数にしたがって補間が実行
される一通りの実現可能な利だけが示されている。補間
は、たとえば、三次関数を用いて実行してもよい。さら
に、補間は、固定的でも可変的でもよい。図４には、補
間がテーブルから獲得された補間係数の関数として変化
する一つの実現可能な例だけが示されている。補間は固
定されていても構わない。その場合、補間係数をテーブ
ルに記憶する必要が無くなる。補間を変化させる方法も
多数あることに注意する必要がある。たとえば、複数の
隣接したテーブル値から補間係数を導出することも可能
である。その場合、補間係数をテーブルに記憶する必要
は無い。

【００３８】また、テーブルは多数の方法で実現され
る。図４には、テーブルがメモリを用いて実現される可
能性だけが示されている。他の例として、テーブルは、
プログラマブル論理回路（プログラマブル・アレイ・ロ
ジックと称される）を用いて実現され得る。

【００３９】入力値区間を定義する多数の方法がある。
図４には、二つの区間が定義される一つの実現可能性の
ある例だけが示されている。より多数の区間を定義して
も構わない。

【００４０】ハードウエア若しくはソフトウエア、又
は、ハードウエアとソフトウエアの組み合わせによって
機能を実現する多数の方法がある。この点に関して、添
付図面は、非常に概略的に表されており、一通りの実現
可能性しか示されていない。そのため、たとえ、図面中
では異なる機能が別々のブロックとして表現されている
としても、単独のハードウエア品若しくはソフトウエア
品が複数の機能を実行する形態を排除するものではな
い。また、一つの機能がハードウエア品若しくはソフト
ウエア品の組み合わせによって実現されることも排除さ
れない。

【００４１】請求項に記載された括弧付きの符号は、限
定的な意味で理解されるべきではない。また、「含む、
有する」などの動詞は、請求項に記載されていない他の
構成要件若しくはステップの使用を排除するものではな
い。また、特に断らない限り、構成要素若しくはステッ
プは、構成要素若しくはステップの個数が複数個である
ことを排除していない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的な特徴事項を説明する概念構成
図である。

【図２】本発明による画像処理システムを説明するブロ
ック図である。

【図３】ガンマ補正関数と、補間よるガンマ補正関数の
近似とを説明するグラフである。

【図４】本発明によるガンマ補正回路を説明するブロッ
ク図である。

【符号の説明】

Ｘ 入力値 Ｙ 出力値 ＩＮＰ 入力部 ＸＴ テーブル入力値 ＸＩ 補間器入力値 ＴＢＬ テーブル ＹＴ テーブル値 ＩＮＴ 補間器 ＹＩ 補間値 ＯＵＴ 出力部 ＤＥＴ 区間検出器 Ｉ１，Ｉ２ 入力値区間 ＩＮＤ 区間指標 ＩＶＣ 入力値形成器 ＭＳＰ 上位部 ＬＳＰ 下位部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 590000248 Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ １, 5621 ＢＡ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ， Ｔｈ ｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力値からテーブル入力値及び補間器入
   力値を抽出する入力部と、 上記テーブル入力値に応じてテーブル値を生成するテー
   ブルと、 上記補間器入力値に応じて補間値を生成する補間器と、 出力値を獲得するため、上記テーブル値と上記補間値を
   合成する出力部とを有し、 ガンマ補正関数にしたがって入力値に応じた出力値を生
   成する、ガンマ補正回路を含む画像処理システムであっ
   て、 上記入力部は、 複数の入力値区間を定義し、上記入力値が収まる区間を
   示す区間指標を生成する区間検出器と、 上記区間指標の関数として、上記区間指標にしたがって
   大きさが変化する上記入力値の上位部及び相補的な下位
   部によってそれぞれに決定される上記テーブル入力値及
   び上記補間器入力値を形成する入力値形成器とを具備す
   ることを特徴とする画像処理システム。
2. 【請求項２】 入力値からテーブル入力値及び補間器入
   力値を抽出するステップと、 テーブル値を獲得するため、上記テーブル入力値に基づ
   いてテーブル内でルックアップ操作を実行するステップ
   と、 補間値を獲得するため、上記補間器入力値に基づいて補
   間を実行するステップと、 出力値を獲得するため、上記テーブル値と上記補間値を
   合成するステップとを有し、ガンマ補正関数にしたがっ
   て入力値に応じた出力値を生成する方法であって、 複数の入力値区間の中から上記入力値が収まる区間を検
   出するステップと、 上記入力値が収まる区間の関数として、上記区間指標に
   したがって大きさが変化する上記入力値の上位部及び相
   補的な下位部によってそれぞれに決定される上記テーブ
   ル入力値及び上記補間器入力値を形成するステップとを
   更に有することを特徴とする方法。
3. 【請求項３】 入力値からテーブル入力値及び補間器入
   力値を抽出する入力部と、 上記テーブル入力値に応じてテーブル値を生成するテー
   ブルと、 上記補間器入力値に応じて補間値を生成する補間器と、 出力値を獲得するため、上記テーブル値と上記補間値を
   合成する出力部とを有し、ガンマ補正関数にしたがって
   入力値に応じた出力値を生成する装置であって、 上記入力部は、 複数の入力値区間を定義し、上記入力値が収まる区間を
   示す区間指標を生成する区間検出器と、 上記区間指標の関数として、上記区間指標にしたがって
   大きさが変化する上記入力値の上位部及び相補的な下位
   部によってそれぞれに決定される上記テーブル入力値及
   び上記補間器入力値を形成する入力値形成器とを具備す
   ることを特徴とする装置。