JP2004301976A - 映像信号処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】映像の多階調表示を確保する一方でＬＵＴのメモリ容量を低減して消費電力の低減を図った映像信号処理装置を提供する。
【解決手段】所定ビット数の入力映像信号ＲＳ１０を異なるビット数に変換する一方で入力映像信号と同等の多階調表現を行う映像信号として信号処理する多階調処理手段（ＦＲＣ）１１と、ビット数変換された映像信号の階調特性を予め設定された階調特性の映像信号に補正する階調特性補正手段（ＬＵＴ）１２とを備える。ＬＵＴ１２を構成しているメモリメモリ容量を低減し、映像信号処理装置１の小型化、低消費電力を実現する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は入力映像信号を出力側のビット数に適合するビット数に変換する一方で入力映像信号と同等の多階調表示を可能にした映像信号処理装置に関し、特に装置内に設けられるメモリ容量の縮小を実現して小規模化、低消費電力化を図った映像信号処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置等のディスプレイ装置、あるいはレーザプリンタ等の印刷装置等では表示画面や印刷画面における多階調化が進められている。多階調化のためには映像信号を多ビット化するが表示装置側あるいはプリンタ出力側でのビット数の増大には制約を受ける。そのため、入力映像信号と同等の多階調表示を実現する一方でビット数をディスプレイ装置や印刷装置のビット数に適合させる技術が提案されている。この種の技術としてＦＲＣ（フレームレートコントロール：Ｆｒａｍｅ Ｒａｔｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）装置やディザ変換装置がある。また、この種の映像信号処理装置では映像信号の階調特性（γ特性）をディスプレイ装置や印刷装置の階調特性に合わせるために、予め階調特性に対応したＬＵＴ（ルックアップテーブル：Ｌｏｏｋ Ｕｐ Ｔａｂｌｅ）を用いて映像信号の階調特性を補正する技術も提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１を参照すると、入力映像信号をＬＵＴにおいて階調特性を補正し、補正された映像信号をディザ変換装置において出力側のビット数に適合したビット数に低減する技術が開示されている。このような特許文献１の技術を用いて、例えば１０ビットの入力映像信号を８ビットで駆動する液晶表示装置に入力させる映像信号処理装置を構成した場合には、図９に示す構成となる。すなわち、映像信号処理装置１０１は１０ビットの入力映像信号Ｓ１０をＬＵＴ１１２において階調補正する。ＬＵＴ１１２は１０ビットで構成される映像信号の画素数１０２４（２の１０乗）をアドレスとするメモリで構成されており、各アドレスのメモリには予め補正階調データが格納されている。そして、入力映像信号Ｓ１０が入力されたときに、該当するアドレスに格納されている補正階調データを読み出して１０ビットの階調補正された映像信号Ｓ１０ａを出力するようになっている。そのため、ＬＵＴ１１２には少なくとも１０ビットの入力映像信号に対応した１０２４のメモリセルが必要となる。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−５０２６２号公報
【０００５】
次いで、ＬＵＴ１１２において階調特性が補正された１０ビットの映像信号Ｓ１０ａについてＦＲＣ１１１において液晶表示装置２に適合する８ビットの映像信号Ｓ８に変換する。この８ビットの映像信号Ｓ８を液晶表示装置２に入力することにより、液晶表示装置２においては画素表示を時間的に制御することによって１０ビットの映像信号と同程度の多階調である１０２４階調の表示が実現可能となる。なお、前記ＦＲＣに代えて、ディザ変換装置、誤差拡散装置等のように、画素表示を空間的に制御して多階調化を実現する装置も使用される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の技術では、映像信号の階調特性を補正するために用いられているメモリ構成のＬＵＴ１１２は映像信号の１０ビットに対応して１０２４個のメモリセルが必要である。カラー液晶表示装置の場合にはＲＧＢの各色のそれぞれについて同様にＦＲＣやＬＵＴが必要であり、合計で３個のＬＵＴの合計のメモリ容量は１０２４×３となる。そのため、映像信号処理装置におけるＬＵＴ全体のメモリ容量が極めて大きいものとなって消費電力も大きくなり、携帯電話の液晶表示装置に適用したような場合には消費電力が無視できないものとなる。
【０００７】
本発明の目的は、入力映像信号による映像の多階調表示を確保する一方で、ＬＵＴ等の階調特性補正手段のメモリ容量を低減して消費電力の低減を図った映像信号処理装置を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の映像信号処理装置は、所定ビット数の入力映像信号をビット数が異なる一方で入力映像信号と同等の多階調表現を行う映像信号として信号処理する多階調処理手段と、ビット数変換された映像信号の階調特性を予め設定された階調特性の映像信号に補正する階調特性補正手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
ここで、前記多階調処理手段は入力映像信号をそれよりも少ないビット数で、時間的な表示制御により入力映像信号と同等の多階調での表示を行なう映像信号に変換するＦＲＣで構成される。あるいは、入力映像信号をそれよりも少ないビット数で、空間的な表示制御により入力映像信号と同等の多階調での表示を行なう映像信号に変換するディザ装置で構成される。
【００１０】
また、前記階調特性変補正段は入力される映像信号をアドレスとして予め格納した階調データを読み出すメモリ構成のＬＵＴで構成される。この場合、階調特性補正手段から出力される映像信号のビット数は入力映像信号のビット数よりも少なくされ、あるいは、入力映像信号のビット数と同じとされる。
【００１１】
本発明によれば、階調特性補正手段に入力される映像信号はその前段の多階調処理手段によって入力映像信号よりもビット数が低減されているため、階調特性補正手段を構成しているメモリメモリ容量を低減することができ、映像信号処理装置の小型化、低消費電力を実現することが可能になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の映像信号処理装置の全体構成を示すブロック回路図である。ここでは１０ビットの入力映像信号により８ビットの映像信号で表示を行うように構成されたカラー液晶表示装置を駆動して映像表示するように構成した例を示しており、しかも当該カラー液晶表示装置においては入力映像信号と同等の１０ビットの多階調と同等の多階調での映像表示を実現する構成例を示している。映像信号処理装置１は赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各色の映像信号処理部で構成されている。例えば、赤色映像信号処理部１Ｒでは、１０ビットの赤色の入力映像信号ＲＳ１０は先ず多階調処理手段としてのＦＲＣ１１に入力され、このＦＲＣ１１において８ビットの赤色映像信号ＲＳ８に変換される。前記ＦＲＣ１１は既存のＦＲＣがそのまま利用することができる。ここでは、１０ビットの入力映像信号の下位２ビット分を複数フレーム間で時間的に配分させることで１０ビットの映像信号と同等の多階調数での表示が可能とされている。
【００１３】
変換された８ビットの映像信号ＲＳ８は階調特性補正手段としてのＬＵＴ１２に入力され、このＬＵＴ１２において階調特性が補正された赤色映像信号ＲＳ８ａとされる。前記ＬＵＴ１２はＦＲＣ１１で変換された映像信号が８ビットであるため、２の８乗の２５６のアドレスに対応するメモリセルを有するメモリとして構成されている。各メモリセルには補正する階調特性に対応したデータが格納されており、ＦＲＣ１１で変換された８ビットの映像信号は対応するメモリセルに格納されたデータが読み出され、階調特性が補正された８ビットの映像信号となる。
【００１４】
以上の構成は緑色映像信号処理部１Ｇ、青色映像信号処理部１Ｂの各色についても同様であるので、それぞれの内部構成については省略するが、それぞれ入力映像信号を階調補正された緑色映像信号ＧＳ８ａ，ＢＳ８ａとして出力される。。
【００１５】
このようにしてそれぞれ８ビットの映像信号に変換されたＲＧＢの各映像信号ＲＳ８ａ，ＧＳ８ａ，ＢＳ８ａは液晶表示装置２のドライバ回路２１に入力され、当該液晶表示装置２においてフレームレートコントロールされて映像表示を行うことにより、１０ビットの映像信号と同等な多階調での映像表示が実現される。
【００１６】
以上の構成の映像信号処理装置１について詳細に説明する。前記ＦＲＣ１１は、例えば、図２に示すように、１０ビットの入力映像信号の階調を単純に８ビットの階調に変換した場合には、同図の破線に示すように２ビット相当分の階調が失われることになる。そこで、図３に示すように、入力映像信号を構成する１０ビットのうち、下位２ビットについては第１フレームから第４フレームに時間的に配分した表示を行うことで、図２の実線に示したように、階調０，０．２５，０．５，０．７５のように多階調化することが可能になる。すなわち、各画素について、４個のフレーム期間において、表示しない場合と、１フレーム期間表示する場合と、２フレーム期間表示する場合と、３フレーム期間表示する場合とで平均的な輝度は０／４，１／４，２／４，３／４となり、４つの階調数での表示が可能である。このようにすることで、８ビット（２の８乗）個の輝度レベルで（２の１０乗）個の階調が得られることになり、１０ビットの輝度レベルと同程度の多階調表示が可能になる。
【００１７】
また、本発明にかかる多階調処理手段は、前記ＦＲＣ１１に代えてディザ変換装置で構成してもよく、この場合には、例えば、特許文献１に記載の技術と同様なディザ変換装置として構成することが可能である。特許文献１の技術を利用すれば、図４に示すように、１０ビットの映像信号のうち下位２ビットを比較器１１１によりディザマスクのしきい値と比較し、しきい値よりも大きい場合にはマルチプレクサ１１２において上位８ビットに「１」を加えて出力し、小さい場合には上位８ビットをそのまま出力するように構成する。これにより、ディザ変換装置から出力される８ビットの映像信号により液晶表示装置において１０ビットの階調と同程度の多階調が得られることになる。
【００１８】
次いで、ビット数が８ビットに低減された映像信号はＬＵＴ１２に入力される。ＬＵＴ１２は、例えば図５に示すように、２の８乗（＝２５６）個のメモリセルにそれぞれ補正階調データが格納されており、入力された８ビットの映像信号の階調に対応するメモリセルから格納された補正階調データが出力される。具体的に、図６（ａ）に実線で示すように、ＬＵＴ１２の入出力関係を線形とし、そのときの液晶の輝度特性が図６（ｂ）の実線である場合を考える。図６（ｂ）の破線で示す所望の輝度特性を得る場合、ａ階調のＬＵＴでは輝度が不足しており、所望の輝度はｂ階調のＬＵＴ入力が相当する。よって、図６（ａ）の破線のように、ａ階調入力にはｂ階調出力が対応する補正階調データがメモリセルに格納される。このようなアルゴリズムにより、メモリセルには補正階調データが全て格納される。これにより、階調補正された映像信号によって液晶表示装置２では所望の輝度特性を持った映像表示が可能になる。
【００１９】
このように、入力映像信号が１０ビットであるのにかかわらずＬＵＴ１２は８ビットに対応したメモリで構成することができ、従来の１０ビット（＝１０２４個）のメモリ容量から８ビット（＝２５６個）のメモリ容量へと１／４にメモリ容量を低減することができる。このことはカラー液晶表示装置２の１画素を構成しているＲＧＢの各色にそれぞれ対応する３つの各色の映像信号処理部１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの各ＬＵＴ１２についても同様であり、これら３つのＬＵＴ１２の全体を考慮すれば、前記したメモリ容量の低減効果は極めて大きなものになる。これにより、ＬＵＴ１２の小型化、低消費電力化が実現でき、さらには映像信号処理装置１全体の小型化、低消費電力化が実現できる。
【００２０】
ここで、図１０に示したような従来の映像信号処理装置１０１のように、入力映像信号を先にＬＵＴ１１２において階調特性を補正した後、ＦＲＣ１１１においてビット数を変換した場合と、図１に示した本発明装置のように、入力映像信号を先にＦＲＣ１１においてビット数を低減した後に、ＬＵＴ１２において階調特性を補正した場合を比較する。ＦＲＣ１１１，１１においては、いずれも入力が１０ビットであり出力が８ビットであるので、入力映像信号に対する出力映像信号の関係は両者とも同等である。
【００２１】
一方、ＬＵＴ１１２，１２について比較すると、従来装置では入力映像信号に対応するアドレスが１０ビット対応でかつ出力が１０ビットであるのに対し、本発明装置では入力映像信号に対応するアドレスが８ビット対応でかつ出力が８ビットである。そのため、ＬＵＴ１２における階調特性補正に際してのビット間の間隔が大きくなり、階調特性補正の忠実性の点でＬＵＴ１１２におけるよりも不利になるおそれがある。しかしながら、携帯電話機等のように階調特性の忠実性の要求が緩やかな液晶表示装置に適用した場合には、実用的に問題が生じることがない程度の特性が得られることは確認されている。
【００２２】
ところで、一般にモノクロ液晶表示装置において、カラー液晶表示装置のＲＧＢの３つのドットを１つの画素として多階調表示する技術が提案されており、理論的に（２５５×３）＋１＝７６６階調が実現できる。具体的に図７を参照して説明する。縦にｍ、横にｎをとり、７６６個のマトリクスが示されている。階調は０階調から７６５階調までの（３ｍ＋ｎ）で表される。例えば、０階調はｍ＝０，ｎ＝０の座標をとり、それぞれ３つのドットの階調は（０，０，０）となる。２階調はｍ＝０，ｎ＝２の座標をとり、それぞれ３つのドットの階調は（０，１，１）と示され、７６５階調はｍ＝２５５，ｎ＝０の座標をとり、それぞれ３つのドットの階調は（２５５ ，２５５ ，２５５ ）となる。図７の各３つのドットの階調は例として示しているが、それぞれの階調は任意の値をとることができる。このような技術を本発明の映像信号処理装置に適用した場合には、７６６×４＝３０６４の階調を実現できる。すなわち、ＬＵＴは７６６階調≒９．５ビットのアドレスを持ち、２ビットのＦＲＣを持つと入力は１１．５ビットの映像信号に対応することができる。これにより、１１．５ビットと同等の多階調モノクロ表示ができることになり、従来の構成を適用したときに１１．５ビット対応のＬＵＴを用いる場合に比較してＬＵＴのさらなる小型化、低消費電力化を実現することが可能になる。
【００２３】
以上の説明は液晶表示装置の対応ビット数が入力映像信号のビット数よりも小さい場合の例であるが、本発明は液晶表示装置の対応ビット数が入力映像信号のビット数と同じ場合にも適用することが可能である。図８（ａ）はその実施形態のブロック図であり、８ビットの入力映像信号で８ビット対応の液晶表示装置に映像表示を行う例を示している。映像信号処理装置１ａでは８ビットの入力映像信号Ｓ８をＦＲＣ１１ａに入力し、当該入力映像信号と同等の多階調での表示が可能な６ビットの映像信号Ｓ６に変換する。そして、このＦＲＣ１１ａから出力される映像信号Ｓ６を６ビット対応のＬＵＴ１２ａにおいて階調特性を補正する。このとき、ＬＵＴ１２ａは出力する映像信号に対して補間を行って８ビットの階調変換された映像信号Ｓ８ａとして出力し、この８ビットの映像信号Ｓ８ａにより液晶表示装置２での映像表示を行っている。
【００２４】
このようにＬＵＴ１２ａにおいて補間を行って映像信号のビット数を増加させることで、ＬＵＴ１２ａに入力される映像信号Ｓ６の階調特性のビット間を狭めることになり、階調特性を改善する上で有利になる。特に、ＦＲＣ１１ａによってビット数が低減された映像信号をそのまま階調特性を補正した場合には前記実施形態のように忠実性が低下するおそれがあるが、このような補間を行うことでメモリ容量を低減しながらも階調特性の劣化を防止することが可能になる。
【００２５】
因みに、図８（ｂ）にこの実施形態に対応する従来の映像信号処理装置１ｂの構成例を示すと、８ビットの入力映像信号Ｓ８をＬＵＴ１２ｂにおいて出力の補間を行って階調特性が補正された１０ビットの映像信号Ｓ１０として出力し、この映像信号Ｓ１０をＦＲＣ１１ｂにおいて１０ビットと同等の多階調表示が可能な８ビットの映像信号Ｓ８ａに変換し、液晶表示装置２での映像表示を行なうことになる。
【００２６】
この実施形態では、入力映像信号が８ビットであるのに対しＬＵＴ１２ａは６ビット対応で良く、図８（ｂ）の従来の構成例の８ビット対応のＬＵＴ１２ｂに比較してＬＵＴの小型化、低消費電力化を図ることができることは前記実施形態と同じである。なお、ＬＵＴのメモリ容量を低減することで従来の構成例に比較すれば階調特性の忠実性が若干低下することも同様であるが、前記したように補間によってこの点は改善されることになる。
【００２７】
ここで、前記各実施形態では、多階調処理手段としてＦＲＣを用いた例について説明したが、ディザ処理装置や誤差拡散装置のように、映像信号のビット数を低減する一方で低減前の映像信号と同等の多階調での表示を実現する信号処理装置であれば本発明を同様に適用することが可能である。
【００２８】
また、前記各実施形態では入力映像信号が１０ビット、あるいは８ビットで、液晶表示装置が８ビット対応の例を説明したが、本発明はこれらのビット数に限定されるものでないことは言うまでもない。
【００２９】
さらに、本発明では映像信号に基づいて液晶表示装置での映像表示を行うための映像信号処理装置として構成した例を示しているが、その他の画像表示装置、あるいはレーザプリンタ等のいわゆる出力装置に映像信号を出力するための映像信号処理装置に本発明を適用することが可能であることは言うまでもない。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、前段の多階調処理手段によって所定ビット数の入力映像信号を少ないビット数に変換する一方で入力映像信号と同等の多階調表現を行う映像信号となるように信号処理し、後段の階調特性補正手段によってビット数変換された映像信号の階調特性を予め設定された階調特性に補正する構成とすることにより、階調特性補正手段に入力される映像信号のビット数を入力映像信号のビット数よりも低減でき、当該階調特性補正手段を構成しているメモリメモリ容量を低減し、映像信号処理装置の小型化、低消費電力を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の映像信号処理装置のブロック構成図である。
【図２】ＦＲＣの多階調処理機能を説明するための図である。
【図３】ＦＲＣのフレーム動作を説明するための図である。
【図４】ディザ回路の多階調処理機能を説明するための図である。
【図５】ＬＵＴの階調特性補正機能を説明するための図である。
【図６】階調特性の補正動作を説明するための図である。
【図７】モノクロ液晶表示装置における多階調表示を説明するための図である。
【図８】本発明の他の実施形態と対応する従来構成を比較したブロック図である。
【図９】従来の映像信号処理装置のブロック図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ 映像信号処理装置
１Ｒ 赤色映像信号処理部
１Ｇ 緑色映像信号処理部
１Ｂ 青色映像信号処理部
２ 液晶表示装置
１１，１１ａ，１１ｂ，１１１ ＦＲＣ（多階調処理手段）
１２，１２ａ，１２ｂ，１１２ ＬＵＴ（階調特性補正手段）
２１ ドライバ回路

Claims (6)

1. 所定ビット数の入力映像信号をビット数が異なる一方で前記入力映像信号と同等の多階調表現を行う映像信号として信号処理する多階調処理手段と、ビット数変換された前記映像信号の階調特性を予め設定された階調特性の映像信号に補正する階調特性補正手段とを備えることを特徴とする映像信号処理装置。
2. 前記多階調処理手段は入力映像信号をそれよりも少ないビット数で、時間的な表示制御により前記入力映像信号と同等の多階調での表示を行なう映像信号に変換するフレームレートコントロール装置で構成されることを特徴とする請求項１に記載の映像信号処理装置。
3. 前記多階調処理手段は入力映像信号をそれよりも少ないビット数で、空間的な表示制御により前記入力映像信号と同等の多階調での表示を行なう映像信号に変換するディザ装置で構成されることを特徴とする請求項１に記載の映像信号処理装置。
4. 前記階調特性補正手段は入力される映像信号をアドレスとして予め格納した階調データを読み出すメモリ構成のルックアップテーブルで構成されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の映像信号処理装置。
5. 前記階調特性補正手段から出力される映像信号のビット数は前記入力映像信号のビット数よりも少ないことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の映像信号処理装置。
6. 前記階調特性補正手段から出力される映像信号のビット数は前記入力映像信号のビット数と同じであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の映像信号処理装置。

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