JP2004094247A - デルタ構造ディスプレイでのカラー映像の表現方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】　デルタ配列構造ディスプレイでのカラー映像の表現方法及びその装置を提供する。
【解決手段】　（ａ）入力映像と前記ディスプレイ装置間の解像度を一致させるのに使われるスケーリングフィルタを構成する段階と、（ｂ）前記入力映像のうち前記スケーリングフィルタにより処理される領域である考慮領域に対応するディスプレイ装置の副画素の代表値を求める段階と、（ｃ）前記入力映像のうち前記考慮領域の画素間の差に基づいて副画素値を得る段階と、（ｄ）前記副画素値が前記ディスプレイ装置に適するように前記副画素値にガンマ補正を行う段階と、（ｅ）前記ガンマ補正された副画素値を前記ディスプレイ装置に表示する段階と、を含むことを特徴とするデルタ構造ディスプレイ装置でカラー映像を表示する方法。これにより、ディスプレイ装置の副画素レンダリング方法を利用して解像度を向上させ、かつ副画素レンダリングにより発生できるカラーフリンジを減少させる。
【選択図】　　　図３

Description

　本発明はデルタ配列構造ディスプレイでのカラー映像を表現する方法及びその装置に係り、特に解像度の異なる入力映像についてデルタ構造ディスプレイ装置で副画素レンダリング方法を利用して最適なカラー映像を表現する方法及びその装置に関する。

　映像ディスプレイ装置では、図１と図２の点線で表示されたように一つの画素を表現するためＲ、Ｇ、Ｂの３つの副画素を必要とする。したがって、ディスプレイ装置では、それぞれの副画素を個別操作することによって、図２のストライプ構造の場合に水平解像度が理論的に３倍増加する効果をもたらし、図１のデルタ構造の場合には理論的に水平解像度が１．５倍、垂直解像度が２倍向上する効果がある。また高解像度の映像を低解像度のディスプレイ装置に表示しようとする時、一般的な画素別レンダリング方法では，イタリック体のような微細な文字などの境界でぎざぎざの（ｊａｇｇｅｄ）パターンが発生するが、これは副画素レンダリング、すなわち、副画素の個別操作により減少できる。しかし、副画素レンダリングは、映像の境界でカラーフリンジ（ｃｏｌｏｒ　ｆｒｉｎｇｅ）を発生させる短所を有する。このカラーフリンジは隣接した副画素間で認知される輝度値の突然の変化により発生し、このようなカラーフリンジは、副画素の配列構造によってストライプ構造では対角線の表現でよく見られ、デルタ構造では垂直方向の直線表現で見られる。

　このような特徴を有する映像ディスプレイ装置の副画素レンダリングの観点で作成された既存の特許のうち、特許文献１では低解像度のディスプレイ装置に高解像度のカラー映像を表示しようとする時、入力映像の一画素をＲ、Ｇ、Ｂの副画素に分けてそれぞれを表現することによって解像度の向上効果を期待できる。この技術では、それぞれの副画素を表現するためにそれぞれの位置に該当する入力映像の相異なる中心画素に対する周辺画素の平均値をとっている。しかし、この技術は解像度の向上効果はあるが、周辺画素の平均で副画素を表現するためにブラーリング（Ｂｌｕｒｒｉｎｇ）が激しくて、かつ急激な輝度変化ではカラーフリンジが発生し得る。したがって、周辺画素の単純な平均ではない人間の視覚の特性を考慮した副画素の表現が要求される。

　特許文献２では、ＬＣＤのようなデジタルディスプレイ装置で文字及び線のようなグラフィックを表現（レンダリング）しようとする時、エーリアシングが発生する副画素レンダリング方法でこれを減少させる方法を説明している。この技術では、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれについての副画素値を決定するために、該当位置の周辺画素まで考慮したＬＰＦ（ｌｏｗ ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ）を通過した平均値と、客体の前景と背景との差を考慮する。この方法は前景と背景の区分が明確なグラフィック映像や文字には効果があるが、自然映像のように前景と背景との区分が不明確な映像については適していない。またこの技術はストライプカラー配列のディスプレイ装置に限定して適用できる。

　前記のように高解像度の映像を低解像度のディスプレイ装置に表示する副画素レンダリングの従来の技術では、境界でブラーリングが発生したりあるいはカラーフリンジが発生して、グラフィックのような特殊な状況にのみ適用できる問題点がある。
米国特許第５３４１１５３号明細書（カラー映像を表示する方法及び装置、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｍａｃｈｉｎｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，ＵＳ５３４１１５３，１９８８．６） 米国特許第６３８４８３９号明細書（アンチエーリアシンググラフィックの副画素レンダリング方法及びその装置、Ａｇｆａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，ＵＳ６３８４８３９，１９９９．９）

　本発明が解決しようとする技術的課題は、前景と背景とが区分されていない一般的な映像について、デルタ配列構造のディスプレイ装置で副画素レンダリングを使用して解像度の向上効果を得、かつ副画素レンダリングで発生するカラーフリンジを減少させる、デルタ構造に適した副画素レンダリング方法の具現を特徴とする、入力された映像信号の入力映像を表示する画素がデルタ配列構造の副画素で構成されるディスプレイ装置でカラー映像を表示（レンダリング）する方法及び装置を提供するところにある。

　前記問題点を解決するための本発明による入力された映像信号の映像である入力映像を表示する画素がデルタ配列構造の副画素で構成されるディスプレイ装置でカラー映像を表示する方法は、（ａ）入力映像とディスプレイ装置間の解像度を一致させるのに使われるスケーリングフィルタを構成する段階と、（ｂ）入力映像のうちスケーリングフィルタにより処理される領域である考慮領域に対応するディスプレイ装置の副画素の代表値を求める段階と、（ｃ）副画素の代表値をディスプレイ装置に表示する段階と、を含む。

　また、前記問題点を解決するための本発明による入力された映像信号の映像である入力映像を表示する画素がデルタ配列構造の副画素で構成されるディスプレイ装置でカラー映像を表示する他の方法は、（ａ）入力映像とディスプレイ装置間の解像度を一致させるのに使われるスケーリングフィルタを構成する段階と、（ｂ）入力映像のうちスケーリングフィルタにより処理される領域の考慮領域に対応するディスプレイ装置の副画素の代表値を求める段階と、（ｃ）入力映像のうち考慮領域の画素間の差に基づいて副画素値を得る段階と、（ｄ）副画素値が前記ディスプレイ装置に適するように副画素値にガンマ補正を行う段階と、（ｅ）ガンマ補正された副画素値を前記ディスプレイ装置に表示する段階と、を含むことを特徴とする。

　前記デルタ配列構造の副画素で構成されるディスプレイ装置でカラー映像を表示する方法の前記（ａ）段階は、（ａ１）前記入力映像とディスプレイ装置間の解像度比を計算する段階と、（ａ２）前記（ａ１）段階で得られる解像度比を利用して計算される前記入力映像の画素と、デルタ構造の前記ディスプレイ装置の副画素との間の水平方向と垂直方向における交差する周期に基づいてスケーリングフィルタのマスク数を決定する段階と、（ａ３）前記マスクに各々対応する副画素の重心を前記マスクの中心とし、前記マスクの大きさに比例して前記マスクの係数を決定する段階と、を含むことを特徴とするが、ここで、前記（ａ３）段階のマスクは副画素の構造によって決定されることを特徴とする。

　また、前記デルタ配列構造の副画素で構成されるディスプレイ装置でカラー映像を表示する方法の前記（ｂ）段階は、前記考慮領域の入力映像の画素値に前記ディスプレイ装置の副画素の中心位置との距離に基づいた加重値を付与して前記副画素の代表値を求めることを特徴とする。

　また、前記デルタ配列構造の副画素で構成されるディスプレイ装置でカラー映像を表示する方法の前記（ｃ）段階は、前記副画素値が、前記副画素に対応する前記入力画素に該当スケーリングフィルタの係数、及び前記（ｂ）で得られた出力副画素の代表値と該当領域内の周辺入力画素との差の積を考慮して表現することを特徴とする。

　また、前記デルタ配列構造の副画素で構成されるディスプレイ装置でカラー映像を表示する方法の前記（ｄ）段階は、前記出力副画素値を前記副画素の各成分別のガンマ値に基づいて補正することを特徴とする。

　副画素レンダリング方法で発生するぎざぎざのパターン及びカラーフリンジのような問題点を解決するための本発明による入力された映像信号の入力映像を表示する画素がデルタ配列構造の副画素で構成されるディスプレイ装置において、カラー映像表現装置は、前記入力映像と前記ディスプレイ装置間の解像度を一致させるのに使われるスケーリングフィルタを構成するスケーリングフィルタ構成部と、前記入力映像のうち前記スケーリングフィルタにより処理される領域の考慮領域に対応する前記ディスプレイ装置の副画素の代表値を求める副画素代表値抽出部と、前記入力映像のうち前記考慮領域の画素間の差に基づいて前記副画素値を得る副画素値調整部と、前記副画素値が前記ディスプレイ装置に適するように前記副画素値にガンマ補正を行うガンマ補正部と、前記ガンマ補正された副画素値を前記ディスプレイ装置に表示する表示部と、を含むことを特徴とする。

　本発明は、ディスプレイ装置の副画素レンダリング方法を利用して解像度を向上させ、かつ副画素レンダリングにより発生し得るカラーフリンジを減少させる効果がある。また本発明のデルタ構造ディスプレイでのカラー映像の表現方法及びその装置は、高解像度の入力映像を低解像度の映像ディスプレイ装置に表示するスケーラ機能を有し、装置の副画素をレンダリングすることによってディスプレイ装置の実際の解像度より解像度が向上する効果があり、かつデルタ副画素構造で現れるカラーフリンジを効率的に減少させる。またディスプレイの正確なカラーの表現のためにガンマ補正をすることにより、さらに正確な映像を再現できる効果がある。

　以下、図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。
　図３はデルタ構造ディスプレイでのカラー映像の表現方法による各段階のフローチャートであって、本発明で提案する低解像度のデルタ配列構造のディスプレイ装置で副画素レンダリングを通じて高解像度カラー映像を表現する方法を示している。

　本発明のデルタ構造ディスプレイ装置でカラー映像を表現する方法は、第１に、入力された映像について出力ディスプレイ装置に適したスケーリングフィルタを構成し（３０１）、第２に、入力映像の考慮領域についての出力副画素の代表値を得た後（３０２）、第３に、入力映像の該当画素間の差を考慮した副画素値を得る（３０３）。

　そして第４に、副画素値を表示するディスプレイ装置に適したガンマ補正を行った後（３０４）、第５に、前記副画素値をディスプレイ装置に表示する（３０５）。

　前記段階は、コンピュータシステムにおけるソフトウェアによって具現したり、ディスプレイ装置のハードウェアによって具現したりできる。
　前記の各段階を詳細に説明すれば次の通りである。

　まず、段階３０１では、図４に示す過程を通じて、入力された映像とディスプレイ装置間の解像度調整を行う。すなわち、副画素レンダリングで副画素の出力値を決定するためのスケーリングフィルタの数及び係数を決定する。

　図４は、スケーリングフィルタのマスク係数を決定する方法のフローチャートである。
　段階４０１では、入力映像とディスプレイ装置間の解像度比を計算する。
　その後、段階４０２では、スケーリングフィルタのマスク数を決定する。
　そして、段階４０３では、各マスクの係数を決定する。

　前記段階４０２では、段階４０１で得られた解像度比により装置間の交差周期が決定され、入力映像の画素とデルタ構造のディスプレイでの副画素間の水平と垂直方向に対して交差する周期により垂直と水平方向で一周期間に現れうるマスクの数を得る。

　段階４０３では、段階４０２で決定されたマスクの数だけそれぞれのマスク係数を定義する。この時、スケーリングフィルタにより定義されるマスクの形態は、図５に示すように、既存のディスプレイ装置の一画素と同じ形態になっているが、図６のように垂直と水平コントラストに敏感度の高い人間視覚のＭＴＦ（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）の特性を考慮した対角線方向に比べて垂直と水平の領域をさらに多く考慮できる菱形に表現されることもある。特に、デルタ構造の副画素は、垂直方向の直線境界でカラーフリンジが多く現れるので、垂直よりは水平方向の入力画素値が副画素値を決定するのにさらに大きい加重値を有するようにせねばならない。したがって、デルタ構造に適した副画素値を決定するスケーリングフィルタのマスクは、図６に実線で示すように垂直より水平軸が大きい菱形であり、この時、生成された菱形のマスクは、入力映像の画素と重なる面積に比例してその係数が決定できる。この時、副画素を表現するためのマスクは、正確な位置のカラーを表現するために、形態に関係なく重心が常に副画素の中心と一致しなければならない。

　段階３０２では、入力された映像で該当出力副画素に重なる領域について考慮領域が決定され、考慮領域に含まれた入力画素とのマスク演算によって、出力副画素を示す代表値を下記数式１を通じて得る。

　前記数式１は、任意の出力副画素に該当するｋ個の入力画素（Ｖi_k）を該当ｎ番目スケーリングフィルタの係数（Ｃ_nk）との積の形態で表わす。この数式１は、それぞれの出力副画素の代表値を得るために、該当入力画素値に出力副画素の中心位置との距離を考慮した加重値を与えるように作られた数式である。

　段階３０３では、解像度低下によるブラーリングを減少させるために、考慮領域に含まれる入力画素と出力副画素値を表示する代表値との間の差を考慮して向上した出力副画素値を得る。これは下記の数式２で表現できる。

　数式２は、ｋ個の入力画素（Ｖi_k）の積と、該当スケーリングフィルタの係数を入力画素（Ｖi_k）と、数式３で表わされる段階２で得られた出力副画素の代表値（Ｍｉ）と該当領域内の周辺画素（Ｖi_k）との差Ｄ_kを考慮した値の積とを用いて、任意の副画素値（Ｖo´）を表わす。これは隣の画素との差が大きいほど該当入力画素の考慮加重値が増加するために、値の差が激しい境界を含む映像についても解像度の減少によって発生するブラーリングを減少させることができる。

　段階３０４では、副画素値を表示するディスプレイ装置に適したガンマ補正が行われる。一般的に映像ディスプレイ装置では２．０〜２．４の値をガンマ特性として有する。したがって、任意の入力映像のカラー情報を該当ディスプレイ装置に適したカラーで表現するために、映像を表示しようとするディスプレイ装置のガンマ特性を各副画素の成分別に補正しなければならない。このような過程を通じて、ディスプレイに表示される副画素値は、線形的な値の分布により示される。この時のディスプレイ装置のガンマ補正は、入力される副画素値（Ｖo´）に対して数式４のように表される。

　数式４は、段階３で得られたディスプレイに表示される副画素値（Ｖo´）をディスプレイ装置で正確なカラー値、すなわち、出力副画素値（Ｖo）にするために、ガンマ補正１／γを行うことを表現した数式である。この時、数式４で表現されるγは、各副画素の成分別に測定された値を表す。

　段階３０５は、段階３０４で得られたディスプレイ装置で表示される出力副画素値（Ｖo）をディスプレイする段階である。この段階で、デルタ副画素配列構造を有する各種ディスプレイ装置にそれぞれの副画素値が表示されることによって、向上した解像度の映像が表示され得る。

　図７は、ディスプレイ装置でのカラー映像のレンダリング方法の実施例のフローチャートである。図７において、入力映像からディスプレイ装置との比を利用したスケーリングフィルタのマスクは、図４の段階によって得ることができ、定義されたマスクは、ディスプレイ装置の副画素のラインの順序によって順次適用される。また、入力映像を利用したディスプレイ装置の副画素のレンダリングは、数式１、数式２、数式３と数式４により求めることができる。

　前記過程を順次に説明すれば、先に映像データが入力される（７０１）。その後、計算される副画素ラインが新しい副画素ラインに該当するかどうかを判断（７０２）して、該当する場合にはスケーリングフィルタを構成する（７０３）。そして、菱形の処理領域（考慮領域）の入力画素値を読み取って副画素の代表値を得る（７０４）。次に、前記映像データの該当画素間の差を考慮した副画素値を得る（７０５）。その後、副画素値を表示するディスプレイ装置に適したガンマ補正を行い（７０６）、この副画素値をディスプレイ装置に表示する（７０７）。段階７０２における判断の結果、次の出力副画素のラインが新しいものではない場合には段階７０４に移動する。

　図８は、本発明によるデルタ構造ディスプレイ装置にカラー映像を表示する装置の望ましい実施例のブロック構成図である。前記デルタ構造ディスプレイ装置にカラー映像を表示する装置は、スケーリングフィルタ構成部８０１、出力副画素代表値測定部８０２、副画素値調整部８０３、ガンマ調整部８０４及び表示部８０５を含む。

　スケーリングフィルタ構成部８０１は、入力された映像信号の映像である入力映像と前記ディスプレイ装置との間の解像度を一致させるのに使われるスケーリングフィルタを構成する機能を有する。

　副画素代表値測定部８０２は、前記入力映像のうち、前記スケーリングフィルタにより処理される領域である、考慮領域に対応する前記ディスプレイ装置の副画素代表値を求める機能を有する。

　副画素値調整部８０３は、前記入力映像のうち前記考慮領域の画素間の差に基づいて前記副画素値を得る機能を有する。

　ガンマ補正部８０４は、前記副画素値が前記ディスプレイ装置に適するように前記副画素値にガンマ補正を行う機能を有する。

　表示部８０５は、前記ガンマ調整された副画素値を前記ディスプレイ装置に表示する機能を有する。

　本発明は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体上にコンピュータによって読み取り可能なコードで具現化できる。前記コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、コンピュータで読み取り可能なデータが記録されている記録装置の全種を含む。前述した本発明の実施例はコンピュータにて実行できるプログラムで作成でき、コンピュータにて読み取り可能な記録媒体を利用して前記プログラムを実行できる汎用ディジタルコンピュータで具現できる。

　前記コンピュータにて読み取り可能な記録媒体は、磁気貯蔵媒体（例えば、フロッピーディスク、ハードディスク等）、光学的読み取り可能な媒体（例えば、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等）及びキャリヤウェーブ（例えば、インターネットを介した伝送）などの貯蔵媒体を含む。

　これまで本発明についてその望ましい実施例を中心に説明した。本発明が属する技術分野の当業者であれば本発明が本発明の本質的な特性を逸脱しない範囲内で変形された形態で具現できることを理解できる。したがって、開示された実施例は限定的な観点ではなく説明的な観点で考慮されねばならない。本発明の範囲は前述した説明ではなく特許請求の範囲に現れており、それと同等な範囲内にあるあらゆる差異点は本発明に含まれていると解釈されねばならない。

　本発明のカラー映像表現方法は、ＰＤＰ、ＬＣＤ、有機ＥＬのようなマトリックス構造の平板ディスプレイにいずれも適用可能である。したがって、本発明のカラー映像表現方法及びその装置は、一般的なＴＶ及びコンピュータモニタだけでははく、かかる平板ディスプレイを採用するモバイルホンとＰＤＡのような携帯装置のディスプレイにも利用できる。

デルタ構造ディスプレイに表示される一画素で表現されるＲＧＢ副画素の構成図である。 ストライプ構造ディスプレイに表示される一画素で表現されるＲＧＢ副画素の構成図である。 デルタ構造ディスプレイでのカラー映像の表現方法のフローチャートである。 スケーリングフィルタのマスク係数を決定する方法のフローチャートである。 デルタ構造における副画素値を決定するスケーリングフィルタの一般的なマスク形態である。 デルタ構造に適した副画素値を決定するスケーリングフィルタのマスク形態である。 ディスプレイ装置でのカラー映像の表現方法の好適実施形態のフローチャートである。 本発明によるデルタ構造ディスプレイ装置でのカラー映像表現装置の好適実施形態のブロック図である。

Claims (9)

1. 　入力された映像信号の映像である入力映像を表示する画素がデルタ構造の副画素で構成されるディスプレイ装置でカラー映像を表示する方法において、
   　（ａ）前記入力映像と前記ディスプレイ装置間の解像度を一致させるのに使われるスケーリングフィルタを構成する段階と、
   　（ｂ）前記入力映像のうち前記スケーリングフィルタにより処理される領域である考慮領域に対応する前記ディスプレイ装置の副画素の代表値を求める段階と、
   　（ｃ）前記副画素の代表値をディスプレイ装置に表示する段階と、を含むことを特徴とするデルタ構造ディスプレイ装置でカラー映像を表示する方法。
2. 　前記（ａ）段階は、
   　（ａ１）前記入力映像とディスプレイ装置間の解像度比を計算する段階と、
   　（ａ２）前記（ａ１）段階で得られる解像度比を利用して計算される前記入力映像の画素と、デルタ構造の前記ディスプレイ装置の副画素間の水平方向と垂直方向に対して交差する周期に基づいてスケーリングフィルタのマスク数を決定する段階と、
   　（ａ３）前記マスクに各々対応する副画素の重心を前記マスクの中心とし、前記マスクの大きさに比例して前記マスクの係数を決定する段階と、を含むことを特徴とする請求項１に記載のデルタ構造ディスプレイ装置でカラー映像を表示する方法。
3. 　前記（ａ３）段階のマスクは前記副画素の構造によって決定されることを特徴とする請求項２に記載のデルタ構造ディスプレイ装置でカラー映像を表示する方法。
4. 　前記（ｂ）段階は、
   　前記考慮領域の入力映像の画素値に前記ディスプレイ装置の副画素の中心位置との距離に基づいた加重値を付与して前記副画素の代表値を求めることを特徴とする請求項１に記載のデルタ構造ディスプレイ装置でカラー映像を表示する方法。
5. 　入力された映像信号の映像である入力映像を表示する画素がデルタ配列構造の副画素で構成されるディスプレイ装置でカラー映像を表示する方法において、
   　（ａ）前記入力映像と前記ディスプレイ装置間の解像度を一致させるのに使われるスケーリングフィルタを構成する段階と、
   　（ｂ）前記入力映像のうち前記スケーリングフィルタにより処理される領域である考慮領域に対応する前記ディスプレイ装置の副画素の代表値を求める段階と、
   　（ｃ）前記入力映像のうち前記考慮領域の画素間の差に基づいて前記副画素値を得る段階と、
   　（ｄ）前記副画素値が前記ディスプレイ装置に適するように前記副画素値にガンマ補正を行う段階と、
   　（ｅ）前記ガンマ補正された副画素値を前記ディスプレイ装置に表示する段階と、を含むことを特徴とするデルタ構造ディスプレイ装置でカラー映像を表示する方法。
6. 　前記（ｃ）段階は、
   　前記出力副画素値は、前記副画素の位置に対応する入力画素に該当スケーリングフィルタの係数と前記（ｂ）段階で得られた出力副画素の代表値と該当領域内の周辺入力画素との差を積の形態に考慮して表現することを特徴とする請求項５に記載のデルタ構造ディスプレイ装置でカラー映像を表示する方法。
7. 　前記（ｄ）段階は、
   　前記出力副画素値を前記副画素の各成分別ガンマ値に基づいて補正することを特徴とする請求項５に記載のデルタ構造ディスプレイ装置でカラー映像を表示する方法。
8. 　入力された映像信号の映像である入力映像を表示する画素がデルタ配列構造の副画素で構成されるディスプレイ装置でカラー映像を表示する装置において、
   　前記入力映像と前記ディスプレイ装置間の解像度を一致させるのに使われるスケーリングフィルタを構成するスケーリングフィルタ構成部と、
   　前記入力映像のうち前記スケーリングフィルタにより処理される領域の考慮領域に対応する前記ディスプレイ装置の副画素の代表値を求める副画素代表値抽出部と、
   　前記入力映像のうち前記考慮領域の画素間の差に基づいて前記副画素値を得る副画素値調整部と、
   　前記副画素値が前記ディスプレイ装置に適するように前記副画素値にガンマ補正を行うガンマ補正部と、
   　前記ガンマ補正された副画素値を前記ディスプレイ装置に表示する表示部と、を含むことを特徴とするデルタ構造ディスプレイ装置でカラー映像を表示する装置。
9. 　請求項１ないし６のうちいずれか１項の方法をコンピュータにて実行するためのプログラムを記録したコンピュータにて読み取り可能な記録媒体。

Images