JP2004004841A - 表示装置に表示するためのビデオ画像処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】画像の画素に対応するセルと呼ばれる発光素子から構成される複数のラインを備える表示装置上に表示するビデオ画像を処理する方法であって、前記セルが発光動作をしている間に、1つの動画フレームの持続期間を、複数のサブフィールド期間に分割するステップと、サブフィールド期間を、前記複数ラインをライン毎に走査するアドレス期間と、維持期間と、消去期間とに分割するステップとから成り、前記アドレス期間において、アドレス時間がライン毎に異なることを特徴とするビデオ画像処理方法。
【選択図】 図4
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示装置に表示するためのビデオ画像(video pictures)処理方法ならびに当該方法を実行するための装置に関し、特に、発光のデューティサイクル変調(パルス幅変調)に基づき、プラズマ表示パネルなどのマトリックスディスプレイに表示される画像の輝度ならびに(または)画質を高める方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
現在のプラズマ技術は、大画面・薄型・広視野角のフラットカラーパネルを実現した。その画面サイズは、従来のCRT(Cathode Ray Tube)プラウン管より、はるかに大きなサイズとすることが可能である。
【0003】
近年のヨーロッパのテレビでは、技術研究の多くは画質の向上に向けられてきた。したがって、プラズマ技術のような新しい技術も、従来からある標準的テレビ技術以上の画質が求められている。この画質の決定は、以下のいくつかのパラメータに分解されうる。
▲1▼ パネルの高応答忠実性
高い応答忠実性(response fidelity)をもったパネルでは、黒のスクリーン上でその中央の1点の画素のみスイッチオンすることも可能である。さらに、このパネルは優れた同質性を満たす必要がある。それを高めるために、短時間ではあるが、定期的にパネルの全セルを励起させるための、いわゆる「プライム処理(priming)」が行われる。しかしながら、セルの励起は発光により特徴づけされるので、プライム処理によって、ブラックレベル(black level)に変化が生じる可能性がある。したがって、プライム処理によるこの方法は、控えめに利用される必要がある。
▲2▼ スクリーンの高輝度
これは、パネルのデッドタイム、すなわち、光が生じない時間の影響を受け、このデッドタイムはアドレス時間と消去時間からほぼなる。
▲3▼ 暗室における高コントラスト比
これは、ブラックレベルと輝度との関係(輝度/ブラックレベルの比)に影響を受ける。応答忠実性を向上させるために、プライム処理を利用することは、同時にコントラスト比を低減させることになる。
【0004】
これらすべてのパラメータは互いに密接にリンクしており、最高の画質を提供するためには、最適な組み合わせが選択される必要がある。
【0005】
プラズマディスプレイパネル(PDP)では、「ON」と「OFF」の2状態からなる放電セルのドットマトリックスが利用されている。発光のアナログ的制御によって階調が表示されるCRTやLCD(Liquid Crystal Display)と異なり、PDPでは、1フレームあたりの発光パルス数を変えることによって、階調が制御される。そのため、各フレームは「サブフィールド(sub−fields)」と呼ばれるいくつかの期間に分割される。
【0006】
この発光パルスを生成するために、プラズマと呼ばれる、ガス中での電子放電が行われ、生成された紫外線の放射によって、カラー蛍光体が発光する。
【0007】
ADS(Address Display Separated)のような既存の方式と同様に、標準的なアドレス処理方式では、フィールド期間の基本サイクルのすべてが、次々と実行される。どの画素が発光されるかを決めるために、アドレス処理(走査処理)と呼ばれる第1の選択動作によって、発光されるべきセルが帯電される。プラズマの各セルは、長時間電荷を蓄えるためのキャパシタとみなすことができる。それから、発光している間に「維持処理(sustain)」と呼ばれる動作が、セルの電荷に加えられる。第1の選択動作でアドレスされたセルでは、2つの電荷が与えられ、その電荷が当該セルの2つの電極の間に発火電圧を生じさせる。これによって、当該セルは各サブフィールドの維持動作の間発光を維持することができる。
【0008】
最後に、消去操作により、新たなサイクルへの準備のため、蓄えられているすべての電荷が消去される。
【0009】
上述のように、PDPでは、フレーム当りの発光パルス数を変化させることによって階調制御が行われる。
【0010】
この時間変調は、人間の認識能力に対応して設定された各期間において、肉眼により統合される。動画処理の分野では、輝度レベルは通常8ビット表示によりなされる。本発明の実施例においても、説明の簡単化のために、この8ビット表示が採用される。
【0011】
この8ビット表示では、各輝度レベルは、
1−2−4−8−16−32−64−128
の8ビットの組み合わせによって表現される。
【0012】
PDP技術で、このような符号化手法を実現するために、1つのフレーム期間は、8つの発光期間(サブフィールド)に分割される。各発光期間は上述の8ビットのうちの1つに対応している。「2」のビットに対する発光パルス数は、「1」のビットの2倍とされ、以下同様となる。この8個の期間によって、これらを組み合わせ、256階調表示が可能となる。この階調を生成するために使われる標準的な方式は、ADS(Address Display Separated)方式に基づいている。このADS方式では、すべての動作がパネル全体に対して別々の時間に行われる。図1は、8ビット符号化に基づくADS方式の一例を表している。ここでは、当該フレームの始めに1度だけプライム処理がなされる。
【0013】
図2に示されるように、SF1, SF2, SF3,…, SF8の各サブフィールドは、消去期間、アドレス期間、維持期間とからなる。図2から、アドレス期間を除いて、すべての動作がパネル全体に一様になされることがわかる。すでに述べたように、アドレス期間はライン毎の選択動作である。トータルのアドレス期間の長さは、通常アドレス時間と呼ばれ、図2では、 Tadによって表されている。標準的なパネルでは、各ラインに要するアドレス時間 Tlは同じと考えられるので、アドレス時間 Tadは、各ラインに使われるアドレス時間 Tlに、トータルのライン数Nを掛け合わせた時間となる。図3に、このことが示されている。
【0014】
図3では、所与のサブフィールドに対して、各ラインへのアドレス動作が同一の時間 Tlでなされていることが示されている。このとき、サブフィールドあたりの全アドレス時間は、
Tad= N×Tl
となる。ただし、Nはアドレス処理されるラインの総数を表す。
【0015】
実際、プラズマ電界で起こりうる唯一の変動は、サブフィールドそれ自体に依存したものである。すなわち、ライン毎のアドレス時間は、1つのサブフィールドの書き込み段階では同じ長さであるが、そのアドレス時間はサブフィールド間では異なる長さとなる。
【0016】
表1は、実際の製品でのフレキシブルなアドレス処理の一例を表している。
【表1】
表1に示される例では、サブフィールドの重みが増すにつれて、アドレス時間は短くなっている。これは、サブフィールドがより長い維持期間を持つほど、アドレス処理の効率が高くなるということに起因する。したがって、アドレス時間は、電源管理に依存して変化しうる。入力される画像の平均パワーレベル(APL)が減少するほど、維持処理は増加し、サブフィールドあたりのアドレス時間は、表2にあらわされるように減少する。
【表2】
このことから、アドレス時間は、サブフィールドの総数 SFと平均パワーレベル APL(%)との2変数の関数
Tl= f(SF, APL)
として表すことができる。
【0017】
しかしながら、標準的パネルのアドレス時間は、プライム処理、維持処理などの動作の影響だけでなく、パネルが同質でないという事実があるにも関わらず、ライン間で同じになる。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の第1の課題としては、より長い維持処理やより多くのサブフィールドが利用できるよう、より高速なアドレス処理によってデッド時間を減少させることにより、パネルの輝度及び(または)画質を向上させること、第2の課題としては、高解像度(アドレスドライバの半分)においても、単一走査プラズマで必要とされるアドレス時間のさらなる最適化によって、コストを低減すること、あるいは第3の課題としては、現在利用されている動的アドレス方法の代替手段を提供することにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、以下の特徴を有する課題を解決するための手段を採用している。
【0020】
請求項1に記載された発明は、画像の画素に対応するセルと呼ばれる発光素子から構成される複数のラインを備える表示装置上に表示するビデオ画像を処理する方法であって、前記セルが発光動作をしている間に、1つの動画フレームの持続期間を、複数のサブフィールド期間に分割するステップ、及び、サブフィールド期間を、前記複数ラインをライン毎に走査するアドレス期間と、維持期間と消去期間とに分割するステップから成り、前記アドレス期間において、アドレス時間がライン毎に異なることを特徴とするビデオ画像処理方法である。
【0021】
請求項2に記載された発明は、請求項1記載のビデオ画像処理方法において、前記サブフィールド毎のアドレス期間 Tad(SF)は、
【数4】
の関係式を満足し、ただし、Nは前記表示装置のライン数、Tl(n, SF)はライン毎のアドレス時間をそれぞれ表し、前記ライン毎のアドレス時間 Tl(n, SF)は、ラインあたりの平均アドレス時間を Tl(SF)、速度係数と呼ばれるライン番号に依存した関数を f(n)としたとき、Tl(n, SF) = Tl(SF)×f(n)によって定義される、ところの方法。
【0022】
請求項3に記載された発明は、請求項2記載のビデオ画像処理方法において、前記速度係数 f(n)は、パネル同質性による速度係数 fh(n)と、プライム処理効率による速度係数 fp(n)と、維持期間効率による速度係数 fs(n)との特性の少なくとも1つ以上からなる関数であることを特徴とする。
【0023】
請求項4に記載された発明は、請求項3記載のビデオ画像処理方法において、前記速度係数 f(n)は、プライム処理が各サブフィールドに適用されるとき、
【数5】
の等式を満足することを特徴とする。
【0024】
請求項5に記載された発明は、請求項3記載のビデオ画像処理方法において、前記速度係数 f(n)は、プライム処理が各サブフィールドに先行して行われないとき、
【数6】
の等式を満足することを特徴とする。
【0025】
請求項6に記載された発明は、請求項2記載のビデオ画像処理方法において、前記速度係数 f(n)は、放電遅延時間(DLT)を測定し、全体の速度係数を確定するために利用される前期放電遅延時間の最大値を、各ラインに設定することによって、実験的に決定されることを特徴とする。
【0026】
請求項7に記載された発明は、請求項1乃至6のうち、いずれか一項記載のビデオ画像処理方法において、前記速度係数 f(n)は、所与のパネル技術に対して一括して決定され、パネル制御装置の記憶部に記録されることを特徴とする。
【0027】
請求項8に記載された発明は、入力としてRGBデータを受け取り計算をし、平均パワー値を出力する平均パワー測定回路と、入力として前記平均パワー値を受け取る、請求項2に定義されるような各ラインに関する速度係数を記録するための記憶部を有する PWE(Peak White Enhancement)制御回路とよりなる、表示装置上にビデオ画像を表示するためのビデオ画像処理装置である。
【0028】
請求項9に記載された発明は、請求項8記載のビデオ画像処理装置において、前記記憶部は、PROM(Programmable Read Only Memory)または参照テーブル(Look Up Table)であることを特徴とする。
【0029】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面とともに説明する。
【0030】
図4において、L1, L2, L3,…, L(N−1), LNの各ラインに対応して、アドレスパルスの長さ Tl,1, Tl,2, Tl,3,…, Tl,n−1, Tl,nが示すように、アドレス期間の長さはライン毎に異なっている。
【0031】
この場合、サブフィールドあたりのトータルのアドレス時間 Tad(SF)は、ライン総数をNで表すとき、
【数7】
となる。ここで、Tl(n, SF)は、ラインあたりの平均アドレス時間を Tl(SF)と、速度要因と呼ばれるライン番号nの関数を f(n)と表したとき、
Tl(n, SF) = Tl(SF)×f(n)
として定義される。このとき、平均アドレス時間 Tl(SF)は、例えば表2に示されるような既知の標準的アドレス時間に一致し、同様のルールに従うことになる。
【0032】
ラインあたりのアドレス時間に関して、3種類の依存性がある。すなわち、
▲1▼ パネル同質性依存
このパラメータは、パネルはスクリーン全体で同一の動作はしないという事実に関するものである。
▲2▼ プライム処理効率依存性
プライム処理は、高速の書き込みを可能とするが、その効率は(パネル技術に依存して)時間とともに低下する。
▲3▼ 維持処理効率依存性
書き込み動作の直後に、維持動作が行われる。書き込み動作の効率は、パネルの容量効果と関連しているので、維持動作への遅延に従い変化する。
【0033】
上記各パラメータの影響について以下で詳述される。
[パネル同質依存性]
図5に示されるように、プラズマパネルは、背面板1の上に隔壁2が設置されることにより形成される。隔壁2は各セルを画成している。データ電極が隔壁間に配置され、RGBの3色をなす発光体3により覆われている。また、シール4が背面板1の両端に設置されている。シール4の高さは、隔壁2よりも高くなるよう形成されている。さらに、プラズマパネルはライン電極を含む前面板5を有する。
【0034】
このような構成において、背面板1上に垂直方向に設置されたデータ電極と、前面板5上に水平方向に設置されたライン(走査)電極との間の放電により、書き込み動作が行われる。したがって、その放電効率は、隔壁2の高さによって決まる背面板1と前面板5との距離に依存することになる。この距離はパネル上で一定になるよう構成されるべきものであるが、技術上の制約から、そのようになっていない場合もある。実際、背面板1と前面板5との距離は、シール4は隔壁2よりも高いので、その端部においてより大きくなる傾向がある。図6は、このような状況を描いている。図6で示されるように、データ電極と走査電極との距離は、パネル端部において最も大きくなっており、その長さは、シール4の高さに等しくなっている。そして、パネル中央部に進むに従い減少し、中央部で隔壁2の高さに一致し、最小となる。さらに、アドレス時間はその距離に従って増加するので、図7に示されるような、ライン上の各位置での速度係数を与える関数によって、パネル同質性に関する速度係数 fh(n)を表すことができる。この曲線は、480本のラインを有する単一走査 WVGAパネルに対して、パネル上のすべてのラインを上から下に次々とアドレスすることによって得られたものである。しかしながら、異なるライン数、逆順序でのアドレス動作、デュアル走査など他の形態が用いられてもよい。
【0035】
[プライム処理効率]
一般に、書き込み動作の前には、書き込み処理の向上のために、プライム処理と呼ばれるセルの予備イオン化がなされる。プライム処理では、セルを活性させるために、電荷がセル内部に与えられる。明らかに、電荷は時間とともに減少するので、このプライム処理の効率も時間とともに低下する。すなわち、プライム処理の直後に書き込まれた最初のラインは、最後に書き込まれるラインよりも高速なアドレス処理が可能となる。このため、対応するプライム処理効率に関する速度係数 fp(n)は、図8に描かれるようなグラフとなる。
【0036】
[アドレス処理効率と維持動作]
書き込み動作は、後で維持されるセル内部の電荷生成に基づいている。プライム処理にて予備放電される電荷と同様に、維持動作が行われる前に、書き込み電荷も同様に減少する。すなわち、維持期間の直前にある最終ラインは、最初のラインを含む他のラインより、高速でのアドレス処理が可能である。このため、対応する書き込み効率に関する速度係数 fs(n)は、図9に描かれるようなグラフとなる。
【0037】
本発明によると、全体の速度係数は、上述の速度係数の1つ以上の組み合わせとして表すことができる。特に、全体の速度係数は、同一出願人によるWO00/46782での実施例に示されるように、プライム処理が各サブフィールドに先行して行われているかどうかに依存して決定される。
【0038】
プライム処理がサブフィールドに先行して行われているとき、全体の速度係数fPSF(n) は、上述された3つの速度係数の組み合わせとして、
fPSF(n) = fh(n)×fp(n)×fs(n)
のように表すことができる。この全体速度係数は、図10に描かれるようなグラフとなる。
【0039】
一方、プライム処理が各サブフィールドに先行して行われていない場合、全体速度係数 fRSF(n)は、パネル同質性に関する速度係数 fh(n)と書き込み効率に関する速度係数 fs(n)との2つの組み合わせとして、
fRSF(n) = fh(n)×fs(n)
のように表すことができる。この全体速度係数は、図11に描かれるようなグラフとなる。
【0040】
明らかに、パネル技術に依存して、前述の速度係数の関数は異なる動作をし、全体速度係数の曲線形状に直接的な影響を及ぼす。さらに、ここで与えられた曲線はすべて、特定の技術に関連した単なる例である。したがって、どのような場合においても、パネル速度の特徴づけは、それぞれの技術及び新たな処理に対してなされる。
【0041】
上記速度係数は、計算により求めることが可能である。しかしながら、全体の速度係数の評価は、理論的というより実証的になされうる。このため、放電遅延時間(DLT)や書き込み放電ジッタが、プライム処理がなされたサブフィールドとプライム処理がなされていないサブフィールドの両方で、パネルスクリーンに対して測定される。この測定では、書き込み放電中の赤外線放射用の光センサーが使われ、書き込み動作と放電の開始時間との遅延を測定することによって、DLTが求められる。DLTのより悪いケースが、全体の速度係数を決定するために、各ラインに対して測定された方がよい。
【0042】
従来、書き込みと維持のために、ある一定の電圧マージンでパネルスクリーン全体の完全な応答忠実性と同質性が達成されるよう、パネルのアドレス速度が決定される。この測定により、表1や表2に示されるアドレステーブルの作成が可能である。しかしながら、あるモードに対して選ばれたアドレス速度が2.1μs(表2における APL = 20%の第3サブフィールドにおける速度)のとき、この速度はワーストケースに対応している。言い換えると、最も遅いラインに対応して決定されている。
【0043】
しかしながら、本発明によれば、各ラインに対して、異なるアドレス速度が得られる。このとき、各ラインの速度は、最も遅いラインの速度が2.1μsになるよう調整されうる。この点に関して、プライム処理がなされたサブフィールドとプライム処理がなされていないサブフィールドの2つのケースで、説明が与えられる。
【0044】
図12は、プライム処理がなされたサブフィールドに関するもので、最終アドレスラインでアドレス速度は最も遅くなるが、平均アドレス速度は2.1μsより速い1.18μsを達成することができる。すなわち、480本のラインに対して、トータルのアドレス期間は1008μsから566μsに改善される。
【0045】
図13は、プライム処理がなされていないサブフィールドに関するもので、最初のアドレスラインでアドレス速度は最も遅くなるが、平均アドレス速度は2.1μsより速い1.42μsを達成することができる。すなわち、480本のラインに対して、トータルのアドレス期間は1008μsから682μsに改善される。
【0046】
前述のように、ここでの数値はすべて説明を簡単化するための例として、便宜上用意されたものである。その結果はパネル技術に直接関係するものなので、注目されるべきものである。
【0047】
図14は、本発明を実現するためのビデオ画像処理装置に関するブロック図である。このタイプの装置は、PCT出願WO00/46782で与えられたものと同じである。当該ビデオ画像処理装置は、ビデオデガンマ回路10を有する。このビデオデガンマ回路10からのRGBデータは、平均パワー値(APL)を計算するための平均パワー測定回路11で解析される。解析された平均パワー値は、PWE(Peak White Enhancement)制御回路12に供給される。ここで、平均パワー値APLは以下の式に従って算出される。
【数8】
ただし、Mは画素数を表す。PWE制御回路12は、参照テーブル(LUT)内の内部パワーレベルモード表を参照し、その他の処理回路のための選択されたモード制御信号を直接生成する。PWE制御回路12は、利用されるべき維持テーブルとサブフィールドエンコードテーブル(CODING)とを選び、さらに、フレームメモリ14へのRGB画素データの書き込み制御(WR)、フレームメモリ14からのRGBサブフィールドデータの読み込み制御(RD)、直列から並列への変換回路15の制御(SP)を行う。最終的に、PWE制御回路12は、PDP駆動回路を駆動するのに必要なSCANパルスとSUSTAINパルスを生成する。またこのとき、LUT16から、パネルの各ラインに対してアドレス信号の長さ(アドレス速度)が得られる。
【0048】
2つのフレームメモリが必要とされる。データの書き込みは、画素毎になされるが、その読み込みはサブフィールド毎になされる。第1サブフィールドを完全に読み込むためには、フレーム全体がメモリの中になければならない。実用上、誤ったデータの読み込みを避けるために、2つのフレームメモリの一方は書き込みに、他方は読み込みに使われる。コストの観点から、最適な構造としては、この2つのフレームメモリは同一のSDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)に設置されうる。またこの2つのフレームメモリへのアクセスは、時分割されて行われる。
【0049】
本発明によるすべてのパラメータは、与えられたパネル技術に対して、一括して計算され、プラズマ用ICのPROMまたはLUTに記憶される。
【0050】
【発明の効果】
上述のように本発明の実施形態によれば、発光のデューティサイクル変調(パルス幅変調)に基づき、プラズマ表示パネルなどのマトリックスディスプレイに表示される画像の輝度ならびに(または)画質を高めるビデオ画像処理方法及び当該方法を実現するビデオ画像処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来技術による、ADS手法によるサブフィールド形成を説明するための図である。
【図2】従来技術による、上記サブフィールドに対する動作を詳細に示した図である。
【図3】従来技術による、標準的アドレス波形を示した図である。
【図4】本発明の実施形態に従ったアドレス波形を示した図である。
【図5】本発明の実施形態に従った封止前のパネル構造を表した概略図である。
【図6】本発明の実施形態に従った封止後のパネル構造を表した概略図である。
【図7】本発明の実施形態に従ったパネル同質性に関する速度係数の一例を表すグラフである。
【図8】本発明の実施形態に従ったプライム処理に関する速度係数の一例を表すグラフである。
【図9】本発明の実施形態に従った書き込み処理に関する速度係数の一例を表すグラフである。
【図10】本発明の実施形態に従ったプライム処理がなされているケースでの全体の速度係数の一例を表すグラフである。
【図11】本発明の実施形態に従ったプライム処理がなされていないケースでの全体の速度係数の一例を表すグラフである。
【図12】本発明の実施形態に従ったプライム処理がなされているケースでのアドレス速度の一例を表すグラフである。
【図13】本発明の実施形態に従ったプライム処理がなされていないケースでのアドレス速度の一例を表すグラフである。
【図14】本発明の実施形態に従ったビデオ画像処理装置の構造に関するブロック図である。
【符号の説明】
10 ビデオデガンマ回路
11 平均パワー測定回路
12 PWE制御回路
13 サブフィールド符号化回路
14 フレームメモリ
15 直列並列変換回路
16 参照テーブル(LUT)
Claims (9)
- 画像の画素に対応するセルと呼ばれる発光素子から構成される複数のラインを備える表示装置上に表示するビデオ画像を処理する方法であって:
前記セルが発光動作をしている間に、1つのビデオフレームの持続期間を、複数のサブフィールド期間に分割するステップ;及び
サブフィールド期間を、前記複数ラインをライン毎に走査するアドレス期間と、維持期間と、消去期間とに分割するステップ;
から成り、
前記アドレス期間において、アドレス時間がライン毎に異なることを特徴とするビデオ画像処理方法。 - 請求項2記載のビデオ画像処理方法であって、前記速度係数f(n) は、パネル同質性による速度係数 fh(n)と、プライム処理効率による速度係数 fp(n)と、維持期間効率による速度係数 fs(n)との特性の少なくとも1つ以上からなる関数であることを特徴とする方法。
- 請求項2記載のビデオ画像処理方法であって、前記速度係数f(n) は、放電遅延時間(DLT)を測定し、全体の速度係数を確定するために利用される前期放電遅延時間の最大値を、各ラインに設定することによって、実験的に決定されることを特徴とする方法。
- 請求項1乃至6のうち、いずれか一項記載のビデオ画像処理方法であって、前記速度係数 f(n)は、所与のパネル技術に対して一括して決定され、パネル制御装置の記憶部に記録されることを特徴とする方法。
- 入力としてRGBデータを受け取り、それを計算し、平均パワー値を出力する平均パワー測定回路と、
入力として前記平均パワー値を受け取る、請求項2により定義されるような各ラインの速度係数を記録するための記憶部を有するPWE(Peak White Enhancement)制御回路とから成る、表示装置上にビデオ画像を表示するためのビデオ画像処理装置。 - 請求項8記載のビデオ画像処理装置であって、前記記憶部は、PROM(Programmable Read Only Memory)または参照テーブル(Look Up Table)であることを特徴とする装置。
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