JP2003043977A - 多階調画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のサブフィールド分割による中間調表示
方法では、動画像疑似輪郭の抑制が不十分であり、サブ
フィールド数が多く必要とされていた。 【解決手段】 重みの小さいサブフィールドは１，２，
４．．．と重み付けし、重みの大きいサブフィールドは
ほぼ一定の差で増加する重みとし、重みの大きいサブフ
ィールドはできるだけオンさせずに符号化し、やむを得
ず重みの大きいサブフィールドをオンさせたときは隣接
する次に大きい重みのサブフィールドの発光を抑制して
符号化し、少ないサブフィールド数で動画疑似輪郭を少
なくする。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、画像の１フィール
ド分を、複数のサブフィールドの画像に分割して表示し
て多階調表示を行う表示装置において、動画像表示時に
発生する中間調表示の階調乱れを改善して表示する多階
調画像表示装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、画像の１フィールド分を、複数の
サブフィールドの画像に分割して表示して多階調表示を
行う表示装置、例えばプラズマディスプレイ装置を用い
て階調表示を行う場合、動画像表示においていわゆる疑
似輪郭状の階調乱れが発生することが知られている。 【０００３】図７を用いてこの動画表示時の疑似輪郭の
発生を説明する。図７は、レベル１５およびレベル１６
の２つのレベルが隣接したパターンをもつ画像（図８に
その例を示す）を表示した場合およびこの隣接パターン
が平行移動したパターンを追従した時に観測される様子
を示している。入力画像の１フィールドを複数のサブフ
ィールドに分割して階調表示を行う表示装置では、静止
画像を表示した場合、観測される画像の１フィールドの
平均輝度は図７のＡ−Ａ’間の発光の積分で表わされ、
正しく階調表示がなされる。一方動画像を表示した場
合、視線の移動の方向により網膜上には図７のＢ−Ｂ’
間またはＣ−Ｃ’間の発光の積分が観測される。Ｂ−
Ｂ’間では各ビットを合成した値はほぼ０になり、また
Ｃ−Ｃ’間の各ビットの合計はほぼ３１になる。このよ
うに、レベル１５およびレベル１６の２つのレベルが隣
接した部分を観測した場合、レベル変化部分では図７に
示すように観測される輝度レベルが画像の動きによって
著しく乱れる。なお、図７では各サブフィールド毎に発
光が所定の幅で連続して行われているように描かれてい
るが、実際のプラズマディスプレイでは、各サブフィー
ルドは各々の輝度重み付けに応じた回数のパルス発光の
集合から成っているが、動画像表示時の階調乱れは本質
的には同様である。このように、各サブフィールドの輝
度の時間方向の積分で中間調を表現しようとしているた
め、動画像などで視線が移動した場合は、時間の経過と
ともに本来の画素位置とは異なる位置の画像のそれぞれ
のビットの重みを積分することになり、中間調表示が大
きく乱れることになる。なおこの中間調の乱れは画像に
偽の輪郭が現れるように認識されるため、以下動画疑似
輪郭と表記する。 【０００４】この動画疑似輪郭を軽減する試みとして、
従来の画像表示装置においては、上位の複数ビットに対
応するサブフィールドの輝度重みを分割し、さらに分散
配置して構成することによって動画像表示における中間
調表示乱れを軽減しようとする試みがなされている。図
９はこの従来の方法による動画疑似輪郭の軽減方法にお
けるサブフィールド構成であり、１０サブフィールドを
用いて８ビット階調すなわち２５６階調を表示しようと
するものである。各サブフィールドの輝度重み付けは順
に、４８、４８、１、２、４、８、１６、３２、４８、
４８となっている。元の入力画像信号の上位２ビット６
４、１２８がもつ輝度重みが４分割されてサブフィール
ドの両端に分散配置されており、最上位ビットの重みを
小さくして、中間調乱れの発生をできるだけ抑えようと
するとともに、サブフィールドの始めと終りに重みの大
きいサブフィールドを分散して配置することで、動画像
を表示した時に観測される画像にボケを発生させ、動画
疑似輪郭を目立たなくしようとするものである。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】図９に示すように、従
来の画像表示装置においては、最も輝度重み付けの大き
いサブフィールドが１フィールドの前半と後半とに分散
して配置されている。図１０に入力画像信号レベルに対
する各サブフィールドのオン・オフ制御の例を示す。例
えば入力画像信号の信号レベルが１４３から１４４に増
加するに従って、オンになる「輝度重み付け＝４８」の
サブフィールドの数が２から３になる。このとき、入力
画像信号のレベルがわずかに１だけ増加したにも関わら
ず、最も輝度重み付けの大きなサブフィールドが時間的
に離れた位置でオンになる。このため、図７の場合と同
様の現象、すなわち動画像を視線が追従して観測した場
合は、図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、視線
の方向によって異なる強い階調乱れが発生しており、動
画像疑似輪郭の抑制が不十分であった。両端に離れて配
置された「輝度重み＝４８」の４つのサブフィールド
は、合計で１９２の輝度重みを形成しており、全輝度重
みの大部分を占める。従って画像を表示して視線が追従
した場合、観測される画像は、時間的に離れた画像成分
の合成となり、結果として動画像部分は画像ボケが発生
していた。このため、移動する細かな文字が二重になっ
て判読できなくなるという画質低下をきたすという課題
も併せて有していた。 【０００６】 【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の多階調画像表示装置は、入力信号の１フィ
ールドを、所定の輝度重み付けを有する所定の複数Ｍ個
のサブフィールドに分割し、前記各サブフィールドのオ
ン制御またはオフ制御によって多階調表示を行う画像表
示装置において、前記複数Ｍ個のサブフィールドの輝度
重みが単調増加または単調減少となる順序にて配置し、
前記複数Ｍ個の各サブフィールドは、前記入力信号の信
号レベルを昇順に変化させて表示した時、当該輝度の表
示が可能なサブフィールドのオン・オフ制御の組み合わ
せのうち、輝度重みの大きいサブフィールドのオン制御
をできるだけ抑制するように制御したことを特徴とする
多階調画像表示装置である。 【０００７】また、本発明の多階調画像表示装置は、入
力信号の１フィールドを、所定の輝度重み付けを有する
所定の複数Ｍ個のサブフィールドに分割し、前記各サブ
フィールドのオン制御またはオフ制御によって多階調表
示を行う画像表示装置において、前記複数Ｍ個のサブフ
ィールドの輝度重みが単調増加または単調減少となる順
序にて配置し、前記複数Ｍ個の各サブフィールドは、前
記入力信号の信号レベルを昇順に変化させて表示した
時、当該輝度の表示が可能なサブフィールドのオン・オ
フ制御の組み合わせのうち、オフ制御からオン制御に変
化するサブフィールドのうち最も輝度重みの大きいサブ
フィールドに隣接したサブフィールドはオフ制御となる
組み合わせ優先して選択し、前記入力信号に対応する輝
度表示が可能となるサブフィールドを制御して表示する
よう制御したことを特徴とする多階調画像表示装置であ
る。 【０００８】また、本発明の多階調画像表示装置におけ
る複数のサブフィールドの輝度重みは、輝度重みが小さ
い整数Ｎ個のサブフィールドの輝度重みの比が１以上２
(N-1)の以下である２のべき乗で表される数値であり、
残りの複数サブフィールドの輝度重みは２(N-1)以上の
輝度重みを有し、ほぼ一定の差で増加または減少する輝
度重みをもった複数のサブフィールドを含むことを特徴
とする多階調画像表示装置である。 【０００９】本発明によれば、複数のサブフィールドの
輝度重みが単調増加または単調減少となる順序にて配置
し、前記複数の各サブフィールドは、前記入力信号の信
号レベルを昇順に変化させて表示した時、当該輝度の表
示が可能なサブフィールドのオン・オフ制御の組み合わ
せのうち、輝度重みの大きいサブフィールドのオン制御
をできるだけ抑制するように制御したことを特徴として
いるので、発光の分布の大きな変化をできるだけ抑制す
ることができ、結果として動画疑似輪郭の発生を少なく
することができる。また、輝度重みの大きいサブフィー
ルドが分散しては配置されていないために、動画像を表
示した場合に画像が大きくボケるということなく、鮮明
な画像表示が可能であるという効果をも併せ持ってい
る。また、本発明によれば、前記入力信号の信号レベル
を昇順に変化させて表示した時、当該輝度の表示が可能
なサブフィールドのオン・オフ制御の組み合わせのう
ち、オフ制御からオン制御に変化するサブフィールドの
うち輝度重みの大きいサブフィールドに隣接したサブフ
ィールドはオフ制御となる組み合わせ優先して選択して
いるため、発光の分布の大きな変化が避けられない場合
には、発光の分布の変化によって発生する動画疑似輪郭
を効果的にキャンセルすることと等価の効果が得られ
る。 【００１０】 【発明の実施の形態】本発明の請求項１および請求項４
〜請求項７に記載の多階調画像表示装置は、入力信号の
１フィールドを、所定の輝度重み付けを有する所定の複
数Ｍ個のサブフィールドに分割し、前記各サブフィール
ドのオン制御またはオフ制御によって多階調表示を行う
画像表示装置において、前記複数Ｍ個のサブフィールド
の輝度重みが単調増加または単調減少となる順序にて配
置し、前記複数Ｍ個の各サブフィールドは、前記入力信
号の信号レベルを昇順に変化させて表示した時、当該輝
度の表示が可能なサブフィールドのオン・オフ制御の組
み合わせのうち、輝度重みの大きいサブフィールドのオ
ン制御をできるだけ抑制するように制御したことを特徴
とする多階調画像表示装置である。 【００１１】このために、所定の輝度を表示することが
可能な各サブフィールドのオン・オフ制御の組み合わせ
のうち、輝度重みの大きいサブフィールドはできるだけ
オフとなる組み合わせを優先して発光させることにな
る。このため、入力信号の変化があった場合の各サブフ
ィールドでの発光分布の大きな変化をできるだけ抑制す
ることができ、結果として動画疑似輪郭の発生を少なく
することができる。本発明の請求項２および請求項４〜
請求項７に記載の多階調画像表示装置は、入力信号の１
フィールドを、所定の輝度重み付けを有する所定の複数
Ｍ個のサブフィールドに分割し、前記各サブフィールド
のオン制御またはオフ制御によって多階調表示を行う画
像表示装置において、前記複数Ｍ個のサブフィールドの
輝度重みが単調増加または単調減少となる順序にて配置
し、前記複数Ｍ個の各サブフィールドは、前記入力信号
の信号レベルを昇順に変化させて表示した時、当該輝度
の表示が可能なサブフィールドのオン・オフ制御の組み
合わせのうち、オフ制御からオン制御に変化するサブフ
ィールドのうち最も輝度重みの大きいサブフィールドに
隣接したサブフィールドはオフ制御となる組み合わせ優
先して選択し、前記入力信号に対応する輝度表示が可能
となるサブフィールドを制御して表示するよう制御した
ことを特徴とする多階調画像表示装置である。入力信号
のレベルが変化して、これに対する所定の輝度の発光を
得る目的で、現在オン制御されているサブフィールドの
輝度重みより大きい輝度重みを有するサブフィールドを
新たにオン制御する必要が発生した場合がある。このよ
うな場合には各サブフィールドの発光の分布が大きく変
化することになるが、このように発光の分布の大きな変
化が避けられない場合には、前記した制御によって、発
光の分布の変化の方向を分散できるため、発生する動画
疑似輪郭の大部分を等価的にキャンセルする効果が得ら
れる。 【００１２】本発明の請求項３および請求項４〜請求項
７に記載の多階調画像表示装置における複数のサブフィ
ールドの輝度重みは、輝度重みが小さい整数Ｎ個のサブ
フィールドの輝度重みの比が１以上２(N-1)の以下であ
る２のべき乗で表される数値であり、残りの複数サブフ
ィールドの輝度重みは２(N-1)以上の輝度重みを有し、
ほぼ一定の差で増加または減少する輝度重みをもった複
数のサブフィールドを含むことを特徴とする多階調画像
表示装置である。このために、動画疑似輪郭の発生程度
の小さい低輝度では通常の２進法表現と同様の組み合わ
せで符号化することができ、最小のサブフィールド数で
所定の輝度を表現することができる。一方、その他のサ
ブフィールドの輝度重みは、ほぼ一定の差で増加または
減少する輝度重みをもった複数のサブフィールドより構
成されており、中輝度から高輝度部分では符号化を工夫
して、等価的に動画疑似輪郭の大部分をキャンセルして
表示することができ、全体としてサブフィールド数をあ
まり増大させずに、動画疑似輪郭の発生を抑えた多階調
画像表示が可能となる。 【００１３】（実施の形態１）以下に、本発明の請求項
第１〜請求項第３および請求項７に記載された発明の実
施の形態について図面を用いて説明する。 【００１４】図１において、１は入力信号、２は入力信
号を８ビットのディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換
器、３は８ビットのディジタル信号で表された画像信号
を１２個のサブフィールドから構成された信号に並び替
えるサブフィールド変換回路である。４はプラズマディ
スプレイである。プラズマディスプレイ４は、オンまた
はオフの２値的な発光を行う表示装置であるが、それぞ
れ所定の発光回数を輝度重みとして有する１２個のサブ
フィールドの発光の合計で輝度が表現され、中間調表示
が可能となるようにしている。 【００１５】以上のように構成された多階調画像表示装
置では、各サブフィールドの順序と各輝度重み付けは図
２に示すような関係で示される。図２に示すように、本
実施の形態の多階調画像表示装置では、入力信号の１フ
ィールドを１２個のサブフィールドに分割し、各々のサ
ブフィールドの輝度重みが８以下である４個のサブフィ
ールド（輝度重みはそれぞれ１，２，４，８）と、サブ
フィールドの輝度重みがそれぞれ１２，１５，２４，２
８，３２，３６，４０，４８なる各サブフィールドをこ
の順序に並べたものである。これらサブフィールドをそ
れぞれサブフィールド１〜サブフィールド１２とする。
図１の３に示されるサブフィールド変換回路は、入力信
号をＡ／Ｄ変換したディジタル映像信号とサブフィール
ド制御信号に変換するものであり、図３に示されるよう
な制御を行っている。図３において、「●」と記したサ
ブフィールドは「オン」となり、その他のサブフィール
ドはそのフィールド期間「オフ」とされることを意味し
ている。なお、ディジタル映像信号の下位２ビットはそ
のままサブフィールド１およびサブフィールド２のオン
・オフの制御に用いられるので記載を省略する。 【００１６】以上のように構成された多階調画像表示装
置においては、まず、８ビットディジタル映像信号の値
が０から１５までの間については、通常の２進法と同様
の符号化を行う。なお、８ビットディジタル映像信号の
値が１２〜１５までの時は、サブフィールド３およびサ
ブフィールド４がともにオンとして制御されているが、
同一輝度の発光を得るにはサブフィールド３およびサブ
フィールド４がともにオフとし、代わりにサブフィール
ド５をオン制御することが考えられるが、輝度重み大き
いサブフィールドのオン制御をできるだけ抑制すること
で、発光の分布の大きな変化を抑制して、動画疑似輪郭
の発生が抑制される。 【００１７】また、８ビットディジタル映像信号の値が
４７から４８に増加させた場合、輝度重みの合計が４８
となる組み合わせは、図３に示すサブフィールド３，サ
ブフィールド４，サブフィールド５およびサブフィール
ド７のオン制御の組み合わせの他に、サブフィールド
３，サブフィールド６，サブフィールド７の組み合わせ
も可能であるが、本実施例のように当該輝度の表示が可
能なサブフィールドのオン・オフ制御の組み合わせのう
ち、オフ制御からオン制御に変化するサブフィールドの
うち最も輝度重みの大きいサブフィールドに隣接したサ
ブフィールドはオフ制御となる組み合わせ優先して選択
することととすれば、サブフィールド３，サブフィール
ド４，サブフィールド５およびサブフィールド７のオン
制御の組み合わせを採用することになる。 【００１８】このように、入力信号のレベルが変化し
て、これに対する所定の輝度の発光を得る目的で、現在
オン制御されているサブフィールドの輝度重みより大き
い輝度重みを有するサブフィールドを新たにオン制御す
る必要が発生した場合、各サブフィールドの発光の分布
が大きく変化することになるが、このように発光の分布
の大きな変化が避けられない場合には、前記した制御に
よって、発光の分布の変化の方向を分散できるため、発
生する動画疑似輪郭の大部分を等価的にキャンセルする
効果が得られる。 【００１９】また、図２に示したように、輝度重みの小
さいサブフィールドの輝度重みは、それぞれ１，２，
４，８となっており、動画疑似輪郭の発生程度の小さい
低輝度では通常の２進法表現と同様の組み合わせで符号
化することができ、サブフィールド数を増やさずに所定
の輝度を表現することができる。一方、その他のサブフ
ィールドの輝度重みは、ほぼ一定の差で増加または減少
する輝度重みをもった複数のサブフィールドより構成さ
れており、中輝度から高輝度部分では前記したように、
最も輝度重みの大きいサブフィールドに隣接したサブフ
ィールドはオフ制御となる組み合わせ優先して選択する
という符号化により、等価的に動画疑似輪郭の大部分を
キャンセルして表示することができ、全体としてサブフ
ィールド数をあまり増大させずに、動画疑似輪郭の発生
を抑えた多階調画像表示が可能となる。図４〜図６を用
いて、本発明の実施の形態の効果を説明する。図４はラ
ンプ波形と呼ばれる画像を示すものであり、水平方向は
画面位置、垂直方向は相対的な信号レベルを示す。図５
は図４に示されるようなランプ波形を、本発明の実施の
形態によって表示した場合に観測される波形をシミュレ
ーションにて再現したものであり、元の波形からの揺ら
ぎが動画疑似輪郭の発生を示す。図６に従来の８サブフ
ィールドを用いた表示方法にしたがって同じ画像を表示
した場合の波形のシミュレーション結果を示す。図５お
よび図６の比較から明らかなように、本発明の実施の形
態によれば、揺らぎのピーク値が著しく減少しており、
動画疑似輪郭として認識される階調表示乱れが大幅に改
善される。 【００２０】なお、本実施の形態１では、１２サブフィ
ールドで、それぞれの輝度重みを、１：２：４：８：１
２：１６：：２４：２８：３２：３６：４０：４８の構
成にしたが、１２サブフィールドで、１：２：４：８：
１２：２０：２４：２８：３２：３６：４０：４８とい
う輝度重みの構成比にしてもよい。 【００２１】あるいは、サブフィールドを１１個にし
て、それぞれの輝度重みを１：２：４：８：１６：２
４：３２：３６：４０：４４：４８にしてもよい。 【００２２】あるいは、サブフィールドを１０個にし
て、それぞれの輝度重みを、１：２：４：８：１６：２
４：３２：４８：５６：６４にしてもよい。 【００２３】あるいは、サブフィールドを９個にして、
それぞれの輝度重みを１：２：４：８：１６：３２：４
８：６４：８０にしてもよい。 【００２４】また、これら輝度重みの構成順序は降順で
あっても昇順であってもかまわない。 【００２５】 【発明の効果】以上説明したように、本発明の多階調画
像表示装置によれば、次のような効果を奏することがで
きる。 【００２６】本発明の請求項１および請求項４〜請求項
７に基づく多階調画像表示装置は、所定の輝度を表示す
ることが可能な各サブフィールドのオン・オフ制御の組
み合わせのうち、輝度重みの大きいサブフィールドはで
きるだけオフとなる組み合わせを優先して発光させるこ
とを特徴としている。このため、入力信号の変化があっ
た場合の各サブフィールドでの発光分布の大きな変化を
できるだけ抑制することができ、結果として動画疑似輪
郭の発生を少なくすることができる。 【００２７】また本発明の請求項２および請求項４〜請
求項７に基づく多階調画像表示装置は、入力信号のレベ
ルを変化させた場合、これに対する所定の輝度の発光を
得る目的で、現在オン制御されているサブフィールドの
輝度重みより大きい輝度重みを有するサブフィールドを
新たにオン制御する必要がある場合に、各サブフィール
ドの発光の分布が大きく変化することになるが、このよ
うに発光の分布の大きな変化が避けられない場合におい
ても、新たにオン制御する必要があるサブフィールドに
隣接したサブフィールドはできるだけオフとして制御す
るために、発光の分布の変化の方向を分散できるため、
発生する動画疑似輪郭の大部分を等価的にキャンセルす
る効果が得られる。 【００２８】また本発明の請求項３および請求項４〜請
求項７に基づく多階調画像表示装置によれば、疑似輪郭
の発生量の少ない低輝度部分とでは必要なサブフィール
ド数を最小とすることができる。一方、疑似輪郭の発生
し易い中・高輝度部分では、ほぼ一定の差で増加または
減少する輝度重みをもった複数のサブフィールドより構
成することにより、動画疑似輪郭を等価的にキャンセル
する効果を得ることができ、全体として少ないサブフィ
ールド数で動画疑似輪郭の少ない動画表示の可能な多階
調画像表示が可能となる。また本発明の請求項３および
請求項４〜請求項７に基づく多階調画像表示装置によれ
ば、輝度重みの大きいサブフィールドが集中して配置さ
れており、従来例のように輝度重みの大きいサブフィー
ルドを分散配置しておらず、動画像を表示した場合の画
像ボケの発生を少なくすることができるという効果をも
併せもっている。 【００２９】なお、本発明の効果は以上説明した実施の
形態に示す特定の場合にのみ限定されるものではなく、
サブフィールド数を増加させたり、サブフィールドの順
序を逆転させる等、種々の変形を行っても同様の効果が
期待できることは言うまでもない。特に、サブフィール
ドの個々の具体的な輝度重みは実施の形態に示したもの
に限定せず、各請求項の記載の範囲で増減することによ
っても同様の効果が得られることは言うまでもない。ま
た、ディジタル映像信号とサブフィールド変換した信号
の対応を決定する符号化方法も本明細書に図示したもの
に限定するものではなく、本発明の各請求項の記載の範
囲での種々の変形も可能なことはもちろんである。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施の形態１における多階調画像表示
装置の構成図 【図２】本発明の実施の形態１におけるサブフィールド
番号と各サブフィールドの輝度重み付けを示す図 【図３】本発明の実施の形態１におけるサブフィールド
のオン・オフ制御の方法を示す図 【図４】ランプ波形の例を示す図 【図５】本発明の実施の形態１における動画疑似輪郭の
発生の様子を示す図 【図６】従来の８サブフィールドを用いた方法による動
画疑似輪郭の発生の様子を示す図 【図７】動画疑似輪郭の発生原因を説明する図 【図８】隣接した２つのレベルを有する画像例を示す図 【図９】１０サブフィールドを用いた従来例における動
画疑似輪郭の発生を説明する図 【図１０】１０サブフィールドを用いた従来例における
サブフィールドのオン・オフ制御の方法を示す図 【符号の説明】 １ 入力画像信号 ２ Ａ／Ｄ変換器 ３ サブフィールド変換回路 ４ プラズマディスプレイ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 入力信号の１フィールドを、所定の輝度
   重み付けを有する所定の複数Ｍ個のサブフィールドに分
   割し、前記各サブフィールドのオン制御またはオフ制御
   によって多階調表示を行う画像表示装置において、前記
   複数Ｍ個のサブフィールドの輝度重みが単調増加または
   単調減少となる順序にて配置し、前記複数Ｍ個の各サブ
   フィールドは、前記入力信号の信号レベルを昇順に変化
   させて表示した時、当該輝度の表示が可能なサブフィー
   ルドのオン・オフ制御の組み合わせのうち、オフ制御か
   らオン制御に変化するサブフィールドのうち最も輝度重
   みの大きいサブフィールドに隣接したサブフィールドは
   オフ制御となる組み合わせ優先して選択し、前記入力信
   号に対応する輝度表示が可能となるサブフィールドを制
   御して表示するよう制御したことを特徴とする多階調画
   像表示装置。