JP2005241677A - 表示装置及び表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低消費電力化および演算量の削減を実現できる表示装置及び表示方法を提供する。
【解決手段】低周波成分抽出手段６は、ＬＣＤ１１に表示する１フレーム分の直交変換係数データから、低周波成分の係数データを抽出する。画像内容判別手段５は、低周波成分抽出手段６が抽出した低周波成分の係数データの特徴量を抽出する。バックライト制御手段４は、画像内容判別手段５が抽出した特徴量に基づいて、バックライト１２の輝度を変化させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ））のバックライトの輝度を変化させる表示装置及び表示方法に関する。

近年の携帯電話端末や携帯情報端末やコードレスモニタは、ストリーミング配信による動画像の再生や、カメラ機能を有しての静止画像や動画像の撮影、これらの画像のファイルとしての蓄積、また、これらのデータをメールに添付しての送受信を行い、ＬＣＤで表示することが可能なものも少なくない。

また、これらの画像を高精細な画質で、文字や図形などの情報も含めてはっきりと表示させたいという要求が高まってきている。

これらの要求を実現するために、輝度やコントラスト比を上げることが考えられる。

この手法として、バックライトの輝度を上げて、輝度やコントラスト比を上げる技術がある。しかし、バックライトの輝度を上げると消費電力が増大するため、バッテリ駆動しているこれら携帯端末では、長時間駆動させるために低消費電力化が更に求められることになる。

そこで、これらの問題を解決する従来技術として以下の技術がある。

第１の従来技術は、表示する画像の特徴に応じて、バックライトの輝度を変更する画面制御手段を有する。そして、この画面制御手段が、バックライトの輝度を調整することによって、コントラスト比を高くし、かつ低消費電力化を図る（例えば、特許文献１）。

第２の従来技術は、表示する画像の内容に応じて、バックライトの輝度を変更する画面制御手段を有する。そして、この画面制御手段が、バックライトの輝度を調整することによって、低消費電力化を図る（例えば、特許文献２）。
特開平５−６６５０１号公報 特開２００１−１５４６４２号公報 "光源の輝度を制御し、液晶パネルを高画質に"、村尾 次男、他２名、日経エレクトロニクス、1999.11.15（no.757）、P139〜146

しかしながら、上記の背景技術による表示方法では、１フレーム当たりの特徴量を抽出してバックライトの輝度を決定したり、画像データの輝度やコントラスト比の補正を行う。

１フレーム内の全ての画素データをモニタして特徴量を抽出しなければならず、演算回数が増加することになる。

近年では、表示する画像サイズが更に大きくなり、１フレーム内の画素数は増大し、その特徴量の抽出するための演算回数は更に増加する。

そこで、本発明は、低消費電力化および演算量の削減を実現できる表示装置及び表示方法を提供することを目的とする。

第１の発明では、バックライトと、前記バックライトからの光を受けて、画像データを表示する液晶ディスプレイと、前記液晶ディスプレイに表示する対象である画像の直交変換係数データから、低周波成分を抽出する低周波成分抽出手段と、前記低周波成分抽出手段が抽出した前記表示する対象である画像の特徴量を抽出する画像内容判別手段と、前記画像内容判別手段が抽出した前記特徴量に基づいて、前記バックライトの輝度を変化させるバックライト制御手段と、を備える。

この構成によれば、画像データの全画素データから特徴量を抽出するのでなく、液晶ディスプレイに表示する対象である画像の直交変換係数データの低周波成分から特徴量を抽出し、その特徴量に基づいて、バックライトの輝度を変化させる。その結果、特徴量を抽出するための演算回数を削減できる。その結果、低消費電力化を図ることができる。

第２の発明では、バックライトと、前記バックライトからの光を受けて、画像データを表示する液晶ディスプレイと、前記液晶ディスプレイに表示する対象である画像のウェーブレット変換係数データから、低周波成分を抽出する低周波成分抽出手段と、前記低周波成分抽出手段が抽出した前記表示する対象である画像の特徴量を抽出する画像内容判別手段と、前記画像内容判別手段が抽出した前記特徴量に基づいて、前記バックライトの輝度を変化させるバックライト制御手段と、を備える。

この構成によれば、画像データの全画素データから特徴量を抽出するのでなく、液晶ディスプレイに表示する対象である画像のウェーブレット変換係数データの低周波成分から特徴量を抽出し、その特徴量に基づいて、バックライトの輝度を変化させる。その結果、特徴量を抽出するための演算回数を削減できる。その結果、低消費電力化を図ることができる。

第３の発明では、直交変換係数データを復号して表示画像データを生成する復号手段と、画像内容判別手段が抽出した特徴量に基づいて、表示画像データの輝度を補正する画質補正手段、をさらに備える。

この構成によれば、直交変換係数を復号して液晶ディスプレイで表示する場合に、結果的に、バックライトの輝度の変化に応じて、液晶ディスプレイに表示する対象である画像データの輝度が補正されることになるので、バックライトの輝度の変化に対する見かけ上の画質劣化を防止できる。

第４の発明では、ウェーブレット変換係数データを復号して表示画像データを生成する復号手段と、画像内容判別手段が抽出した特徴量に基づいて、表示画像データの輝度を補正する画質補正手段、をさらに備える。

この構成によれば、ウェーブレット変換係数を復号して液晶ディスプレイで表示する場合に、結果的に、バックライトの輝度の変化に応じて、液晶ディスプレイに表示する対象である画像データの輝度が補正されることになるので、バックライトの輝度の変化に対する見かけ上の画質劣化を防止できる。

第５の発明では、画質補正手段は、表示画像データに対して、予め定められたしきい値を超えないように補正する。

この構成によれば、画像データに対する補正は、予め定められたしきい値を越えないようにクリップ制御することにより実行できるので、輝度補正に必要な演算量を削減できる。

第６の発明では、画質補正手段は、バックライト制御手段で求めたバックライトの輝度値を更に入力して、表示画像データの輝度を補正する。

この構成によれば、画質補正手段は予め補正後のバックライトの輝度値を得て画質を補正できるので、画素単位の画像データの最大輝度がこの値を超えないように補正することができ、補正前の最大輝度を越える補正により、全体的に画像が白っぽくなってしまうことを防止することができる。

第７の発明では、画像内容判別手段は、更に液晶ディスプレイに表示する表示画像データを入力して、表示画像データの特徴量を抽出し、画質補正手段は、更に表示画像データを入力して、画像データの特徴量に基ずいて、液晶ディスプレイに表示する表示画像データの輝度を補正する。

この構成によれば、表示画像データが、直交変換係数やウェーブレット変換係数等の場合と、ＲＧＢやＹＵＶ等の画像データの場合とで、切り換えて動作することが可能であるため、何れの画像データが入力されてもバックライト制御機能を有効にすることができる。

第８の発明では、バックライトを制御して、画像データを液晶ディスプレイに表示させる表示方法であって、前記液晶ディスプレイに表示する対象である画像の直交変換係数データから、低周波成分を抽出するステップと、抽出した前記表示する対象である画像の特徴量を抽出するステップと、抽出した前記特徴量に基づいて、前記バックライトの輝度を変化させるステップと、を含む。

この構成によれば、画像データの全画素データから特徴量を抽出するのでなく、液晶ディスプレイに表示する対象である画像の直交変換係数データの低周波成分から特徴量を抽出し、その特徴量に基づいて、バックライトの輝度を変化させる。その結果、特徴量を抽出するための演算回数を削減できる。その結果、低消費電力化を図ることができる。

第９の発明では、バックライトを制御して、画像データを液晶ディスプレイに表示させる表示方法であって、前記液晶ディスプレイに表示する対象である画像のウェーブレット変換係数データから、低周波成分を抽出するステップと、抽出した前記表示する対象である画像の特徴量を抽出するステップと、抽出した前記特徴量に基づいて、前記バックライトの輝度を変化させるステップと、を含む。

この構成によれば、画像データの全画素データから特徴量を抽出するのでなく、液晶ディスプレイに表示する対象である画像のウェーブレット変換係数データの低周波成分から特徴量を抽出し、その特徴量に基づいて、バックライトの輝度を変化させる。その結果、特徴量を抽出するための演算回数を削減できる。その結果、低消費電力化を図ることができる。

本発明によれば、特徴量を抽出するための演算回数を削減できる。その結果、低消費電力化を図ることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による表示装置のブロック図である。

図１に示すように、この表示装置は、表示手段１、ＬＣＤ制御手段２、画質補正手段３、バックライト制御手段４、画像内容判別手段５、低周波成分抽出手段６、及び、復号手段７、を具備する。表示手段１は、ＬＣＤ１１およびバックライト１２、を含む。

低周波成分抽出手段６および復号手段７には、表示手段１で表示する１フレーム分の画像データの直交変換係数データが入力される。

そして、復号手段７は、１フレーム分の直交変換係数データを復号し画像データを生成する。なお、この係数データは、例えば、JPEGの離散コサイン変換（DCT）データであり、各ブロック毎に復号され画像データを生成する。

さらに、低周波成分抽出手段６は、１フレーム分の直交変換係数データから、低周波成分の係数データを抽出する。この係数データは、例えば、JPEGの離散コサイン変換（DCT）データであり、各ブロックの直流成分が抽出される。

低周波成分抽出手段６は、抽出した低周波成分の係数データを、画像内容判別手段５に入力する。

画像内容判別手段５は、入力された低周波成分の係数データの特徴量を抽出する。この特徴量は、例えば、表示手段１で表示する１フレーム分の画像データの輝度値の平均である平均輝度、表示手段１で表示する１フレーム分の画像データのブロック単位の直流成分の最大輝度、および、直流成分の最小輝度など、がある。

バックライト制御手段４は、画像内容判別手段５が抽出した特徴量（平均輝度、直流成分の最大値、および直流成分の最小値）で表される表示する1フレーム分の画像の輝度レベルを基に、バックライト１２の輝度を決定し制御する。

一方、バックライト１２の輝度が変更されても画質が劣化しないように、画質補正手段３は、画像内容判別手段５が抽出した特徴量をパラメータとして、復号手段７で生成した１フレーム分の画像データの輝度をバックライト１２の輝度に連動して補正し、最適な輝度とコントラスト比を保持する。

これは、一般に、ＬＣＤのパネルの明るさ（輝度）は、バックライトの輝度だけで決まるものではなく、バックライトの輝度と各画素の透過率との積、即ち、バックライトの輝度と各画素の輝度との積、で決まるためである。

具体的には、バックライト制御手段４は、１フレーム分の画像データの画像データの輝度レベルが低いときは、バックライト１２を暗く、逆に１フレーム分の画像データの輝度レベルが高いときは、バックライト１２を明るくする。

一方、画質補正手段３は、１フレーム分の画像データの輝度やコントラスト比を調整する。なぜなら、バックライト制御手段４の制御によりバックライト１２の最大輝度が変われば、見た目上画質が変化するため、これを抑制する必要があるからである。

より具体的に説明する。

バックライト制御手段４は、１フレーム分の画像データが全体的に高輝度であり平均輝度が高い場合は、１フレーム分の画像データのブロック単位の直流成分の最大輝度及び最小輝度を考慮した上で、バックライト１２の輝度を上げるように制御する。

一方、画質補正手段３は、１フレーム分の画像データの輝度やコントラスト比を補正して、各画素の透過率（各画素の輝度）を下げて、ＬＣＤ１１のパネルの最大輝度を補正前と同程度にする。

なお、上記したように、ＬＣＤ１１のパネルの明るさ（輝度）は、バックライト１２の輝度と各画素の透過率との積（バックライト１２の輝度と各画素の輝度との積）により決まる。

逆に、バックライト制御手段４は、１フレーム分の画像データが全体的に低輝度であり平均輝度が低い場合は、１フレーム分の画像データのブロック単位の直流成分の最大輝度及び最小輝度を考慮した上で、バックライト１２の輝度を下げるように制御する。

一方、画質補正手段３は、１フレーム分の画像データの輝度やコントラスト比を補正して、各画素の透過率（各画素の輝度）を高めて、ＬＣＤ１１のパネルの最大輝度を補正前と同程度にする。

つまり、画質補正手段３により、１フレーム分の画像データの輝度を最大限（例えば、１画素の輝度が８ビットで表現されるときは、「２５５」）に上げ、バックライト制御手段４により、バックライト１２の輝度を下げる。

例えば、１フレーム分の画像データの最大輝度が５０％だとすると、バックライト１２の輝度を５０％、１フレーム分の画像データの輝度を１００％となるように補正する。

以上のように、本実施の形態では、１フレーム分の特徴量を直交変換係数の直流成分から抽出し、その特徴量に基づいて、バックライト１２の輝度の制御および１フレーム分の画像データの補正を行うことにより、最適な輝度とコントラスト比を得ることができる。

また、１フレーム分の画像データのブロック単位の直流成分の平均輝度、最大輝度及び最小輝度は、画素単位での平均輝度、最大輝度および最小輝度ではない。

例えば、バックライト制御手段４によりバックライト１２の輝度を上げるように制御された場合は、画質補正手段３は、１フレーム分の画像データの輝度やコントラスト比を補正して、各画素の透過率（各画素の輝度）を下げるが、画素単位の特徴量でないためＬＣＤ１１のパネルにおいて、補正前の最大輝度を越える場合がある。

この場合、全体的に画像が白っぽくなってしまうため、画質補正手段３は、画像データの輝度の補正は、低輝度になるよう制御する。これにより、全体的に暗い画像となり、全体的に画像が白っぽくなるのを防止できる。

逆に、バックライト制御手段４によりバックライト１２の輝度を下げるように制御された場合は、画質補正手段３は、１フレーム分の画像データの輝度やコントラスト比を補正して、各画素の透過率（各画素の輝度）を上げるが、画素単位の特徴量でないためＬＣＤ１１のパネルにおいて、補正前の最大輝度を越える場合がある。この場合も同様に、全体的に画像が白っぽくなってしまうため、画像データの輝度の補正は、低輝度になるよう制御する。これにより、全体的に暗い画像となり、全体的に画像が白っぽくなるのを防止できる。

その後、ＬＣＤ制御手段２は、画質補正手段３が補正した１フレーム分の画像データをＬＣＤ１１で表示するよう制御する。

そして、ＬＣＤ１１は、バックライト制御手段４により制御されたバックライト１２からの光を受けて、画質補正手段３が補正した１フレーム分の画像データを表示する。

以上のように、本実施の形態では、１フレーム分の画像データのブロック単位の直交変換係数の直流成分の最大輝度及び最小輝度の特徴量を抽出し、その特徴量に基づいて、バックライト１２の輝度の制御および１フレーム分の画像データの補正を行う。従って、表示画像は、最適な輝度とコントラスト比を得ることができる。

さらに、１フレーム分の画像データの直交変換係数データが、例えば、JPEGの離散コサイン変換（DCT）データであれば、６４（８x８）画素からなるブロックには１つの直流成分しかなく、画素ごとの輝度データから特徴量を求めるより、１／６４のデータ量しかなく特徴量を抽出するための処理量の削減が可能となる。

また、画質補正手段３による補正は、次のようにすることもできる。

１フレーム分の画像データのブロック単位の直流成分の最大輝度及び最小輝度は、画素単位での最大輝度および最小輝度ではない。したがって、画像データの補正をする際、ＬＣＤ１１のパネルの最大輝度のしきい値を予め設定し、補正後の最大輝度を設定されたしきい値を超えないようにクリップ制御する。

この場合は、補正前の最大輝度を越える補正により、全体的に画像が白っぽくなってしまうことを防止するための最大輝度の補正を、しきい値によるクリップ処理のみで実行できるため、輝度補正に必要な演算量を削減できる。

なお、上記では、画質内容判別手段５は、特徴量として、１フレーム分の画像データのブロック単位の直流成分の、平均輝度、最大輝度、及び、最小輝度を抽出した。しかし、必ずしも、これら３つの特徴量を抽出しなければならないわけではなく、いずれか１つ、又は、２つでもよい。

また、画質補正手段３による補正は、次のようにすることもできる。

図２に示すように、画質補正手段３はバックライト制御手段４で求めた、バックライトの輝度データを入力する。予め、バックライトの輝度データを入手し、この値により表示画像の補正を行う。

先にも述べたが、ＬＣＤ１１のパネルの明るさ（輝度）は、バックライト１２の輝度と各画素の透過率との積（バックライト１２の輝度と各画素の輝度との積）により決まる。従って、ＬＣＤ１１のパネルの最大輝度を設定し、バックライトの輝度データで割った値が、画素単位の画像データの最大輝度がこの値を超えないように補正する。

このことにより、補正前の最大輝度を超える補正は行われない。従って、補正前の最大輝度を越える補正により、全体的に画像が白っぽくなってしまうことを防止することができる。

また、入力する画像データは、１フレーム分の画像データのウェーブレット変換係数データとすることもできる。

この変換係数データは、例えば、ＪＰＥＧ２０００のウェーブレット変換係数であり、復号手段７はこのウェーブレット変換係数から画像データを生成する。また、低周波成分抽出手段６は、このウェーブレット変換係数の内、最低域成分を抽出し特徴量を抽出する。この特徴量は、例えば、表示手段１で表示する１フレーム分の画像データのウェーブレット変換係数データの輝度値の平均である平均輝度、最大輝度、および、直流成分の最小輝度など、がある。

この場合は、ＪＰＥＧ２０００のウェーブレット変換をベースにした符号化方式の画像データは、ウェーブレット変換後の各成分データはダウンサンプリング行いデータ量が１／４になる。さらに、低域成分をウェーブレット変換すると、最低域成分は１／１６までデータ量が削減されている。したがって、画素ごとの輝度データから特徴量を求めるより、１／４以下のデータ量しかなく特徴量を抽出するための処理量の削減が可能となる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２による表示装置のブロック図である。なお、図３において、図１と同様の部分については、同一の符号を付して、説明を適宜省略する。

図３に示すように、この表示装置は、表示手段１、ＬＣＤ制御手段２、画質補正手段３、バックライト制御手段４、画像内容判別手段５、低周波成分抽出手段６、及び、復号手段７、を具備する。表示手段１は、ＬＣＤ１１およびバックライト１２、を含む。

画像補正手段３および画像内容判別手段５は、更に、ＲＧＢやＹＵＶ等の表示画像データを入力する。

画像内容判別手段５は、入力されるＲＧＢやＹＵＶ等の表示画像データまたは、低周波成分抽出手段６入力される低周波成分の係数データから、表示する画像の特徴量を抽出する。この特徴量は、例えば、ＲＧＢやＹＵＶ等の表示画像データの場合は、表示する１フレーム分の画像データの画素単位の最大輝度、および、直流成分の最小輝度など、がある。

また、低周波成分抽出手段６入力される低周波成分の係数データの場合は、表示手段１で表示する１フレーム分の画像データの輝度値の平均である平均輝度、表示手段１で、表示する１フレーム分の画像データのブロック単位の直流成分の最大輝度、および、直流成分の最小輝度など、がある。

画質補正手段３は、特徴量を抽出した画像データの入力に対して、この特徴量に基づき、画像の補正を行う。本実施の形態では、入力される画像データの種別によって、画質補正手段３および、画像内容判別手段５は動作を切り換える。

バックライト制御手段４は、画像内容判別手段５が抽出した特徴量（平均輝度、直流成分の最大値、および直流成分の最小値）で表される表示する1フレーム分の画像の輝度レベルを基に、バックライト１２の輝度を決定し制御する。

一方、バックライト１２の輝度が変更されても画質が劣化しないように、画質補正手段３は、画像内容判別手段５が抽出した特徴量をパラメータとして、復号手段７で生成した１フレーム分の画像データの輝度をバックライト１２の輝度に連動して補正し、最適な輝度とコントラスト比を保持する。

これは、一般に、ＬＣＤのパネルの明るさ（輝度）は、バックライトの輝度だけで決まるものではなく、バックライトの輝度と各画素の透過率との積、即ち、バックライトの輝度と各画素の輝度との積、で決まるためである。

具体的には、バックライト制御手段４は、１フレーム分の画像データの画像データの輝度レベルが低いときは、バックライト１２を暗く、逆に１フレーム分の画像データの輝度レベルが高いときは、バックライト１２を明るくする。

一方、画質補正手段３は、１フレーム分の画像データの輝度やコントラスト比を調整する。なぜなら、バックライト制御手段４の制御によりバックライト１２の最大輝度が変われば、見た目上画質が変化するため、これを抑制する必要があるからである。

以上のように、本実施の形態では、表示画像データが、直交変換係数やウェーブレット変換係数等の場合と、ＲＧＢやＹＵＶ等の画像データの場合とで、切り換えて動作することが可能であるため、何れの画像データが入力されてもバックライト制御機能を有効にすることができる。

本発明は、ＬＣＤの消費電力削減に有効であり、ＬＣＤを備えた携帯電話端末やＰＤＡ等に適用できる。

本発明の実施の形態１における表示装置のブロック図 本発明の実施の形態１における表示装置のブロック図 本発明の実施の形態２における表示装置のブロック図

符号の説明

１ 表示手段
２ ＬＣＤ制御手段
３ 画質補正手段
４ バックライト制御手段
５ 画像内容判別手段
６ 低周波成分抽出手段
７ 復号手段
１１ ＬＣＤ
１２ バックライト

Claims (9)

1. バックライトと、
   前記バックライトからの光を受けて、画像データを表示する液晶ディスプレイと、
   前記液晶ディスプレイに表示する対象である画像の直交変換係数データから、低周波成分を抽出する低周波成分抽出手段と、
   前記低周波成分抽出手段が抽出した前記表示する対象である画像の特徴量を抽出する画像内容判別手段と、
   前記画像内容判別手段が抽出した前記特徴量に基づいて、前記バックライトの輝度を変化させるバックライト制御手段と、を備える、ことを特徴とする表示装置。
2. バックライトと、
   前記バックライトからの光を受けて、画像データを表示する液晶ディスプレイと、
   前記液晶ディスプレイに表示する対象である画像のウェーブレット変換係数データから、低周波成分を抽出する低周波成分抽出手段と、
   前記低周波成分抽出手段が抽出した前記表示する対象である画像の特徴量を抽出する画像内容判別手段と、
   前記画像内容判別手段が抽出した前記特徴量に基づいて、前記バックライトの輝度を変化させるバックライト制御手段と、を備える、ことを特徴とする表示装置。
3. 前記直交変換係数データを復号して表示画像データを生成する復号手段と、
   前記画像内容判別手段が抽出した前記特徴量に基づいて、前記表示画像データの輝度を補正する画質補正手段、をさらに備える、ことを特徴とする請求項１記載の表示装置。
4. 前記ウェーブレット変換係数データを復号して表示画像データを生成する復号手段と、
   前記画像内容判別手段が抽出した前記特徴量に基づいて、前記表示画像データの輝度を補正する画質補正手段、をさらに備える、ことを特徴とする請求項２記載の表示装置。
5. 前記画質補正手段は、前記表示画像データに対して、予め定められたしきい値を超えないように補正する、ことを特徴とする請求項３または４記載の表示装置。
6. 前記画質補正手段は、前記バックライト制御手段で求めたバックライトの輝度値を更に入力して、前記表示画像データの輝度を補正する、ことを特徴とする請求項３〜５の何れかに記載の表示装置。
7. 前記画像内容判別手段は、更に前記液晶ディスプレイに表示する表示画像データを入力して、前記表示画像データの特徴量を抽出し、前記画質補正手段は、更に前記表示画像データを入力して、前記画像データの特徴量に基づいて、前記液晶ディスプレイに表示する表示画像データの輝度を補正する、ことを特徴とする請求項４〜６の何れかに記載の表示装置。
8. バックライトを制御して、画像データを液晶ディスプレイに表示させる表示方法であって、
   前記液晶ディスプレイに表示する対象である画像の直交変換係数データから、低周波成分を抽出するステップと、
   抽出した前記表示する対象である画像の特徴量を抽出するステップと、
   抽出した前記特徴量に基づいて、前記バックライトの輝度を変化させるステップと、を含む、ことを特徴とする表示方法。
9. バックライトを制御して、画像データを液晶ディスプレイに表示させる表示方法であって、
   前記液晶ディスプレイに表示する対象である画像のウェーブレット変換係数データから、低周波成分を抽出するステップと、
   抽出した前記表示する対象である画像の特徴量を抽出するステップと、
   抽出した前記特徴量に基づいて、前記バックライトの輝度を変化させるステップと、を含む、ことを特徴とする表示方法。

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