JP2005352482A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示装置のダイナミックレンジをＡＰＬに合わせて調整し、出力輝度特性をＣＲＴの出力輝度特性に近似させる。
【解決手段】最小から最大までの平均信号レベルを複数のブロックに分割するとともに、平均信号レベルの分割ブロックに対する画素の白レベルは、平均信号レベルが上昇するにつれて、分割ブロック毎に、液晶パネルに表示する画像信号の白レベルが漸次減少するように割り当て、入力画像信号の平均信号レベルが属するブロックで規定されるダイナミックレンジで、入力画像信号のダイナミックレンジを調整する。
【選択図】図４

Description

本発明は、表示部の出力輝度を調整する機能を備えた画像表示装置および該画像表示装置を用いて画像を再生する画像再生方法に関するものである。

ＣＲＴ(cathode ray tube)を用いた画像表示装置は、従来から「花火シーン」など、背景が暗い場合、明るい小面積のスポットは光輝いて見えると言われている。これは、ＣＲＴの電子銃（カソード）の寿命を確保するために、カソードに過大な電流が流れないように制御が行われているためであり、同じ白を表示する場合でも、映像信号の平均映像信号レベルによって明るさが変動するためである。

そもそも、カソードに流れる電流密度を制御した映像表現は、派生的に、上記のようにユーザに「暗がりで光輝くような印象」を与えたと言える。

映像表現の観点から、この特徴をまとめると、
（１）平均映像信号レベルに応じて、白輝度のダイナミックレンジが変わる、
（２）同様に、平均映像信号レベルに応じて、黒輝度も変動する、
（３）従って、当然、コントラスト比も、平均映像信号レベルに応じて変動していると言える。

図１０に、現在市販されているブラウン管を使用した民生用ＴＶ（television; 以下、ＣＲＴ−ＴＶと記す）の白輝度特性および黒輝度特性として、上記ＣＲＴ−ＴＶの平均輝度レベル（以下、ＡＰＬと記す）
と白輝度および黒輝度との関係を測定した結果の一例を示す。また、図１０に、液晶カラーテレビの白輝度特性および黒輝度特性として、上記液晶カラーテレビのＡＰＬと白輝度および黒輝度との関係を測定した結果の一例を併せて示す。なお、図１０において、平均輝度レベル（ＡＰＬ）１００％とは、ＣＲＴのスクリーン上に全て白信号を表示したときを意味する。また、図１０の縦軸の白輝度は、ＡＰＬ０％から１００％の間における一般的な白輝度の特性を示すためのもので、相対値を示している。

図１０において、ＣＲＴ１はＡＰＬに対するＣＲＴ−ＴＶの黒輝度を示し、ＣＲＴ２はＡＰＬに対するＣＲＴ−ＴＶの白輝度を示し、ＬＣ１ａ，１ｂ，１ｃは、ＡＰＬに対する液晶カラーテレビの黒輝度を示し、ＬＣ２ａ，２ｂ，２ｃは、ＡＰＬに対する液晶カラーテレビの白輝度を示す。

図１０に示すように、ＣＲＴ−ＴＶにおいては、ＡＰＬの増加に伴い、白輝度（ＣＲＴ２）は低下し、逆に、黒輝度（ＣＲＴ１）は増加する。

一方、液晶カラーテレビの白輝度は、例えばＬＣ２ａに示すように、一般的にＡＰＬには依存しないでフラットな特性を示す。

従来、液晶カラーテレビの白輝度は、液晶パネルおよび光学系フィルムを総合した光透過率が低いこと、また、高効率のバックライトが高価であったことから、ＣＲＴ−ＴＶの白輝度に比ベてレベルが低いものとなっている。

そこで、液晶テレビにおいて、この白輝度を上げるため、特開平３−１７９８８６号公報では、映像信号の平均映像レベル（ＡＰＬ）に応じて液晶ライトバルブの白輝度を制御することが提案されている。

上記特開平３−１７９８８６号公報においては、液晶ライトバルブに入射させるランプ光量を、入力される映像信号のレベルに応じて制御し、平均映像レベルの高い絵柄の場合はランプ発光光量を下げ、平均映像レベルの低い絵柄の場合にはランプ発光光量を上げるようにランブの点灯回路を制御する方法で、平均映像レベルに応じてランプ発光光量を制御することにより、液晶ライトバルブにおける光の利用効率を低下させることなく、平均的に暗い映像の場合でも白ピークの輝度をあげ、コントラストを向上させ、輝きのある白文字などの画像を表示可能としている。

また、液晶ＴＶ（液晶ＡＩ(Adaptive brightness Intensifier；適応型輝度強調システム)技術による映像表現）日経エレクトロニクスpp.139-146, No.757(1999.11.15)（以下、液晶ＡＩ技術と記す）においても、バックライトの発光を制御する方法が開示されている。

図１１は、上記液晶ＡＩ技術における、ＡＰＬに対する輝度調整方法を示す説明図である。なお、図１１において、白輝度は、液晶ＡＩが作り出すＡＰＬに対する白輝度特性がわかるように相対値で示す。図１１に示すように、ＡＩ処理、すなわち、ＡＰＬに対してバックライトの発光量を調整しない場合、従来の黒輝度が、公表値で１．２ｃｄ／ｍ2 であったのに対し、上記液晶ＡＩ技術においては、バックライトの発光量を半減させることで、黒輝度を公表値０．６ｃｄ／ｍ2 まで削減させている。

しかしながら、ＡＰＬが低い時にバックライトを下げると、図１１に示すように、黒輝度と同時に白輝度も低下し、結果的にコントラスト比を下げ、見た目の映像品質としてメリハリ感の無いものになる。

このため、上記液晶ＡＩ技術においては、ＡＰＬの情報以外に、テレビ映像信号の最大値と最小値とを検出し、映像信号の黒レベルを下げることで映像信号のダイナミックレンジを広げる信号処理を施している。

この結果、ＡＰＬが低い時でも、バックライト制御で設定される黒輝度と白輝度との差分に相当する、輝度のダイナミックレンジをフルに使用してコントラスト比の向上を図っている。

一方、ＡＰＬが高い場合は、バックライトの輝度を通常の１．４倍に上げている。

つまり、上記液晶ＡＩ技術においては、
（１）白輝度を上げるため、暗いシーンでは黒輝度の絶対値を下げ、明るいシーンでは白輝度の絶対値を上げることでバックライトの発光を制御しており、
（２）この場合に、コントラスト比を向上させるべく、映像信号のダイナミックレンジを、バックライトで調整される白輝度と黒輝度との差に合わせ込むことで、映像信号の黒輝度レベルを下げ、白輝度レベルを上げている。

上記したように、液晶カラーテレビのピーク特性は、バックライト輝度をＡＰＬに応じて調整することにより得ることができる。しかしながら、このようにバックライトの発光を制御することで液晶カラーテレビのピーク特性を得る方法は、バックライトの調光回路が追加されることによる液晶カラーテレビのコストアップや、バックライトの寿命などの信頼性の面で問題がある。

また、上記特開平３−１７９８８６号公報並びに液晶ＡＩ技術は、何れも、液晶カラーテレビに表示されるＴＶ映像のコントラスト比の改善に、ＡＰＬが小さい時に黒輝度を下げるものであり、ＣＲＴ−ＴＶにおける、ＡＰＬに対する白輝度特性並びに黒輝度特性とは振る舞いが異なるものである。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、表示できる明るさのダイナミックレンジが表示する画像信号の平均信号レベルに無関係に決まっている画像表示装置、特に、液晶カラーテレビなどの液晶表示装置の出力輝度特性を、ＣＲＴの出力輝度特性に近似させることにある。

本発明にかかる液晶表示装置は、上記の課題を解決するために、入力画像信号の平均信号レベルに応じて、単位フレームの画像信号に対するダイナミックレンジを調整し、当該画像信号を液晶パネルに表示する液晶表示装置であって、最小から最大までの平均信号レベルを複数のブロックに分割するとともに、上記平均信号レベルの分割ブロックに対する画素の白レベルは、平均信号レベルが上昇するにつれて、分割ブロック毎に、上記液晶パネルに表示する画像信号の白レベルが漸次減少するように割り当て、上記入力画像信号の平均信号レベルが属するブロックにおいて規定される白レベル及び黒レベルによって、上記入力画像信号のダイナミックレンジを調整することを特徴としている。

本発明にかかる本発明にかかる液晶表示装置は、上記の課題を解決するために、上記平均信号レベルの分割ブロックに対する画素の黒レベルは、平均信号レベルが上昇するにつれて、分割ブロック毎に、上記液晶パネルに表示する画像信号の黒レベルが漸次増加するように割り当てられていることを特徴としている。

上記の構成によれば、平均信号レベルが上昇するにつれて、分割ブロック毎に、ダイナミックレンジが狭くなるようにダイナミックレンジを調整することができる。この結果、表示できる明るさのダイナミックレンジが表示する画像信号の平均信号レベルに無関係に決まっている画像表示装置、特に、液晶カラーテレビなどの液晶表示装置において、ＣＲＴのような白輝度ピーク特性を擬似的に作り出すことが可能であり、その出力輝度特性を、ＣＲＴの出力輝度特性に近似させることができる。この結果、平均信号レベル、特に、平均輝度レベルが小さい領域として、例えば暗闇のシーンで全体的に暗いシーンが続き、その画像信号の中で花火のシーンのような光る閃光がある場合に、その閃光部分は、画像表示装置、例えば液晶カラーテレビなどの液晶表示装置の最大白輝度をもって表示することができ、メリハリ感のあるＴＶ映像を再現できる。

本発明にかかる画像表示装置は、以上のように、画像を表示するための複数の画素を有する表示部を備え、各画素ごとの情報を表す画素信号を含む画像信号が入力される画像表示装置であって、入力された画素信号のレベルの平均を平均信号レベルとして演算する平均信号レベル演算部と、最小から最大までの平均信号レベルを複数のブロックに分割し、平均信号レベルの分割ブロック毎に、該平均信号レベルの分割ブロックに対する画素の白レベルと黒レベルとを割り当て、上記平均信号レベル演算部により算出された平均信号レベルの値に応じて、上記白レベルと黒レベルとの差で規定されるダイナミックレンジを求めるダイナミックレンジ設定部と、入力された画素信号のダイナミックレンジを上記ダイナミックレンジ設定部の設定に基づいて調整するダイナミックレンジ調整部とを備えている構成である。

本発明にかかる画像表示装置は、以上のように、上記平均信号レベルの分割ブロックに対する画素の白レベルは、平均信号レベルが上昇するにつれて、分割ブロック毎に、上記表示部に表示する画像信号の白レベルが漸次減少するように割り当てられている構成である。

本発明にかかる画像表示装置は、以上のように、上記平均信号レベルの分割ブロックに対する画素の黒レベルは、平均信号レベルが上昇するにつれて、分割ブロック毎に、上記表示部に表示する画像信号の黒レベルが漸次増加するように割り当てられている構成である。

本発明にかかる画像再生方法は、以上のように、各画素毎の情報を表す画素信号を含む画像信号に基づいて複数の画素を有する表示装置で画像を再生する画像再生方法であって、入力された画素信号のレベルの平均を平均信号レベルとして演算する平均信号レベル演算工程と、最小から最大までの平均信号レベルを複数のブロックに分割してなる平均信号レベルの分割ブロック毎に割り当てた、画素の白レベルと黒レベルとから、上記平均信号レベル演算工程で得られた平均信号レベルの値に応じて、上記白レベルと黒レベルとの差で規定されるダイナミックレンジを求めるダイナミックレンジ設定工程と、入力された画素信号のダイナミックレンジを上記ダイナミックレンジ設定工程で設定されたダイナミックレンジに基づいて調整するダイナミックレンジ調整工程とを備えている方法である。

本発明にかかるコンピュータ読取り可能な記録媒体は、以上のように、コンピュータに、画像を表示するための複数の画素を有する表示装置に入力された、各画素ごとの情報を表す画素信号を含む画像信号から、入力された画素信号のレベルの平均を平均信号レベルとして演算する機能と、最小から最大までの平均信号レベルを複数のブロックに分割してなる平均信号レベルの分割ブロック毎に割り当てた、画素の白レベルと黒レベルとから、入力された画素信号から演算した平均信号レベルの値に応じて、上記白レベルと黒レベルとの差で規定されるダイナミックレンジを求める機能と、入力された画素信号のダイナミックレンジを、入力された画素信号から演算した平均信号レベルの値から求めたダイナミックレンジに基づいて調整する機能とを実現させるためのプログラムを記録している構成である。

本発明にかかるプログラムは、以上のように、コンピュータに、画像を表示するための複数の画素を有する表示装置に入力された、各画素ごとの情報を表す画素信号を含む画像信号から、入力された画素信号のレベルの平均を平均信号レベルとして演算する機能と、最小から最大までの平均信号レベルを複数のブロックに分割してなる平均信号レベルの分割ブロック毎に割り当てた、画素の白レベルと黒レベルとから、入力された画素信号から演算した平均信号レベルの値に応じて、上記白レベルと黒レベルとの差で規定されるダイナミックレンジを求める機能と、入力された画素信号のダイナミックレンジを、入力された画素信号から演算した平均信号レベルの値から求めたダイナミックレンジに基づいて調整する機能とを実現させるためのプログラムである。

上記の構成によれば、平均信号レベルが上昇するにつれて、分割ブロック毎に、ダイナミックレンジが狭くなるようにダイナミックレンジを調整することができる。この結果、ＣＲＴのような白輝度ピーク特性を擬似的に作り出すことが可能であり、ＡＰＬが小さい領域として、例えば暗闇のシーンで全体的に暗いシーンが続き、その映像信号の中で花火のシーンのような光る閃光がある場合に、その閃光部分は画像表示装置の最大白輝度をもって表示でき、メリハリ感のあるＴＶ映像を再現できるという効果を奏する。

〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について図１ないし図６並びに図１０に基づいて説明すれば、以下の通りである。本実施の形態では、主に、画像表示装置としての液晶表示装置に表示する、各画素ごとの情報を表す画素信号を含む映像信号（画像信号）のダイナミックレンジを平均輝度レベル（ＡＰＬ）によって調整する方法について説明する。

図１は、本実施の形態にかかる液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。本実施の形態にかかる液晶表示装置（画像表示装置）は、図１に示すように、画像を表示するための複数の画素（図示せず）を有する液晶パネル１（表示部、表示装置）と、入力された画像信号を補正して上記液晶パネル１に出力するための画像信号補正部としてのダイナミックレンジ調整システム１１と、上記液晶パネル１を駆動するための液晶パネル駆動タイミング信号を発生させて上記液晶パネル１を駆動し、上記液晶パネル１に画像を表示させる液晶パネル駆動信号発生回路１２（駆動信号発生部）とを備え、各画素ごとの情報を表す画素信号を含む画像信号が、表示画像信号として、上記ダイナミックレンジ調整システム１１を介して液晶パネル１に入力されるようになっている。

上記ダイナミックレンジ調整システム１１は、入力された画素信号のレベルの平均を平均信号レベル、例えば平均輝度レベル（ＡＰＬ）として演算する平均信号レベル演算部２０と、最小から最大までの平均信号レベル、例えば平均輝度レベル（ＡＰＬ）を複数のブロックに分割し、得られた平均入力信号レベルの分割ブロック毎に、該平均入力信号レベルの分割ブロックに対する画素の輝度レベル（出力輝度特性）として、白レベル（白輝度レベル）と黒レベル（黒輝度レベル）とを割り当て、上記平均信号レベル演算部２０により算出された平均信号レベルの値に応じた輝度のダイナミックレンジを求めるダイナミックレンジ設定部３０（出力輝度特性設定部）と、ピーク特性を作り出すべく、上記ダイナミックレンジ設定部３０で設定された出力輝度特性を満たすように、入力された画素信号のダイナミックレンジを上記ダイナミックレンジ設定部３０の設定に基づいて調整することにより、入力された画素信号のダイナミックレンジを上記ダイナミックレンジ設定部３０により設定されたダイナミックレンジに変換して画像信号を補正するダイナミックレンジ調整部４０と、上記平均信号レベル演算部２０並びにダイナミックレンジ設定部３０で発生する遅延量を補償する遅延回路５０（遅延手段）とを備えている。

上記平均信号レベル演算部２０では、入力された画像信号のレベルの平均を平均信号レベルとして演算する。この場合、平均化される一定信号量分の画像信号は、１フィールドの画像分の画像信号でもよいし、適当な間隔でサンプリングした画素信号の電圧値であってもよい。

入力された画像信号が輝度−色差信号（ＹＰｂＰｒあるいはＹＣｂＣｒ）である場合は、輝度信号Ｙの平均信号レベルを演算すればよく、入力された画像信号が三原色信号（ＲＧＢ）である場合には、三原色信号（ＲＧＢ）の平均信号レベルを演算してもよく、三原色信号（ＲＧＢ）を輝度信号Ｙに変換してから輝度信号Ｙの平均信号レベルを演算してもよい。さらに、画像信号としてこのような各色成分信号を含むカラー映像信号が入力される場合、上記平均信号レベル演算部２０は、輝度値に相当する値のレベルの平均を算出するものでなくともよく、各色成分信号の少なくとも１つのレベルの平均を平均信号レベルとして演算するものであってもよい。例えば、ＲＧＢの三原色信号が画像信号として入力される場合、Ｇ信号のみを取り出してＧ信号のレベルの平均値を平均信号レベルとして算出してもよいし、各色成分信号毎のレベルの平均値を平均信号レベルとして算出してもよい。

また、平均信号レベルを演算するに際しては、例えば、入力された全ての輝度信号ＹもしくはＧ信号の強度を加算して平均化すればよいが、画面サイズを等分するなど、適当なサイズ毎に平均信号レベルを計算するようになっていてもよく、一水平ライン毎に平均信号レベルを計算し、後で全てのラインの平均信号レベルを加算して平均化するようになっていてもよい。

通常、液晶パネル１のソースドライバに供給する映像信号はデジタルＲＧＢであり、また、信号処理もデジタル処理が主流である。したがって、本実施の形態では、主に、デジタル処理でピーク特性を作り出す処理について説明するものとする。

本発明を実現するには、先ず入力されたＴＶ映像信号などの画像信号の平均信号レベルをフレーム毎に計算する必要がある。従って、入力された画像信号を同一フレーム期間内で液晶パネル１に供給するのではなく、最初のフレームで平均信号レベルを計算し、次のフレームでその平均信号レベルに応じて、画像信号を補正する処理がベストである。

本実施の形態においては、平均信号レベルに応じて画像信号のダイナミックレンジを調整することにより画像信号を補正（調整）する。このため、最初のフレームで平均信号レベルを計算し、次のフレームでその平均信号レベルに応じて、画像信号のダイナミックレンジを調整する処理が最も好適である。

勿論、同一フレーム内で、もしくは前のフレームの平均信号レベルを使用して画像信号のダイナミックレンジを調整して画像信号を調整する処理も考えられるが、前のフレームと現在のフレームとで相関性がない場合、例えばシーンチェンジなど、前のフレームの平均信号レベル（ＡＰＬ）と、現在のフレームの平均信号レベル（ＡＰＬ）とが著しく齟齬する可能性もある。

このため、本実施の形態では、前のフレームの画像信号のＡＰＬを現在のフレームでもほぼ同等として扱うのではなく、先ず現在のフレームの画像信号のＡＰＬを計算し、次のフレーム期間でそのＡＰＬ値によって画像信号のダイナミックレンジ調整を行うものとして説明を行う。

最近では液晶カラーテレビの入力信号が、最近の各種デジタル放送やパソコンなどから幾つかのＴＶ映像フォーマット（画像フォーマット）で構成されるため、ＡＰＬの計算に際しては、デジタル化された映像信号を用いてフォーマット変換やスケーリング処理が行なわれる。

そこで、本実施の形態にかかる画像表示装置においては、平均信号レベル演算部２０が、ＩＰ変換、スケーリング処理等の、映像（画像）フォーマット変換（以下、ＩＰ変換、スケーリング処理を総合的に映像（画像）フォーマット変換と称する）を行う映像フォーマット変換部２１（画像フォーマット変換部）と、この映像フォーマット変換を行なうためのフレームメモリ２２と、平均輝度レベルの計算（ＡＰＬ計算）を行なうＡＰＬ計算部２３とを備えた構成を有している。

最近では映像フォーマット変換としてＩＰ変換が主流となる傾向があり、例えば入力された画像信号がインターレース走査の映像信号の場合、６０Ｈｚ（映像信号でいうフィールド期間）毎に１フィールドの映像信号が入力され、次のフィールドの映像信号を参照して順次走査信号を作り出すのが一般的である。

また、映像信号処理の同期タイミングの関係でフレーム期間毎に後段の信号処理部に信号を供給するような、一種のフレーム単位でのパイプライン処理が行なわれる。

つまり、ＴＶ映像信号は１フレーム期間で各種のフォーマット変換を行い、次のフレーム期間で次の処理に移ることになるために、このフォーマット変換の期間に、同時にフレーム単位のＡＰＬを計算することができる。上記ＡＰＬ計算部２３は、このＡＰＬ計算を行うようになっている。

上記ＡＰＬ計算部２３では、例えば、入力された画像信号における全ての輝度信号Ｙ（入力輝度信号）もしくはＧ信号の強度を加算して平均化することで、ＡＰＬ値の計算（演算）が行なわれる。このようにして算出されたＡＰＬ値は、ダイナミックレンジ設定部３０に入力され、該ダイナミックレンジ設定部３０にて上記ＡＰＬ値に応じて画素の輝度レベル（出力輝度特性）が設定される。

上記ダイナミックレンジ設定部３０は、最小から最大までの平均信号レベルを複数のブロックに分割し、平均信号レベルの分割ブロック毎に、該平均信号レベルの分割ブロックに対する画素の輝度レベル（出力輝度特性）として、白レベル（白輝度レベル）と黒レベル（黒輝度レベル）とを割り当てる輝度レベル設定部３１と、上記平均信号レベル演算部２０により算出された平均信号レベルの値が、どの範囲（分割ブロック）の平均信号レベルであるかを検出し、その平均信号レベルで表現する画像信号のダイナミックレンジを決定するダイナミックレンジ決定部３２とを備えている。

上記平均信号レベル値から所定のダイナミックレンジを求めるには、例えば、（１）輝度レベル設定部３１にて、予め、最小から最大までのＡＰＬ（平均信号レベル）を複数ブロックに分割し、各々のブロックに対応する白レベル値と黒レベル値とをメモリ３１ａ（例えばＲＯＭ）に格納し、ダイナミックレンジ決定部３２にて、このメモリ３１ａを使用し、上記平均信号レベル演算部２０においてＡＰＬ計算部２３で算出されたＡＰＬ値から所定のダイナミックレンジを引用するか、あるいは、（２）輝度レベル設定部３１にて、予め、最小から最大までのＡＰＬを複数のブロックに分割し、それぞれのブロックに対応する白レベルと黒レベルとの演算関数をメモリ３１ａ（例えばＲＯＭ）に格納し、ダイナミックレンジ決定部３２にて、このメモリ３１ａを使用して、上記平均信号レベル演算部２０においてＡＰＬ計算部２３で算出されたＡＰＬ値から所定のダイナミックレンジを関係づける計算を行えばよい。

ここで、ＡＰＬに対してピーク特性を作り出し、上記液晶表示装置に表示する画像信号としての映像信号のダイナミックレンジを、ＡＰＬに応じて調整する方法について、図２を参照して以下に説明する。

映像信号のダイナミックレンジを、ＡＰＬに応じて調整するには、まず、輝度レベル設定部３１において、最小から最大までのＡＰＬを複数のブロックに分割し、ＡＰＬの分割ブロック毎に、該ＡＰＬの分割ブロックに対する画素の輝度レベルの割り当てが行なわれる。

つまり、ＡＰＬに対してピーク特性を作り出すためには、液晶表示装置、例えば液晶カラーテレビの最大輝度を正規化して１．０と定義した場合、正規化輝度値が０．０から１．０までの間に複数の中間輝度レベルを設定し、それぞれの輝度レベルを、ＡＰＬ値、例えばＡＰＬの各分割ブロックと対応させればよい。

図２は、本実施の形態にかかるＡＰＬと白ピーク特性（白輝度ピーク特性）との関係を示す説明図であり、白輝度の正規化輝度（白輝度ピーク特性）とＡＰＬとを軸とする白ピーク特性を示している。

図２に示すように、高輝度領域、中輝度領域、および低輝度領域の３段階で白ピーク特性ＬＣ２を作り出すとすれば、ＡＰＬが０．０からＡＰＬ１までの分割ブロックを、正規化輝度値が、液晶カラーテレビ（液晶表示装置）が有する最大輝度レベル（正規化輝度１．０）の高輝度領域とし、ＡＰＬ１からＡＰＬ２までの分割ブロックを、輝度レベル（正規化輝度値）がＫｉｄｏ−ａの中輝度領域とし、ＡＰＬ２から１．００までの分割ブロックを、輝度レベル（正規化輝度値）がＫｉｄｏ−ｂの低輝度領域に割り当てる。

ダイナミックレンジ決定部３２は、上記平均信号レベル演算部２０において液晶カラーテレビに入力されるＴＶ映像信号（映像信号）のＡＰＬを計算した結果から、ＡＰＬが０．０からＡＰＬ１までの領域（分割ブロック）にあることが検出されると、白輝度の正規化輝度値（白レベル）を、液晶カラーテレビ（液晶表示装置）が有する最大輝度レベル（正規化輝度１．０）となるように設定する。この結果に基づき、ダイナミックレンジ調整部４０は、入力されたＴＶ映像信号（入力映像信号）の白レベルを、そのまま液晶パネル１のソースドライバに供給して、液晶パネル１で定義される最大白レベルになるように合わせる。

以下に、図３を参照してより具体的に説明する。図３は、液晶カラーテレビの輝度ダイナミックレンジの調整方法について説明する図である。ここで、入力映像信号Ｄのダイナミックレンジは、白レベルＢ（白信号レベル）と黒レベルＣ（黒信号レベル）との差分である。

一方、液晶パネル１が有する白輝度と黒輝度との差分（液晶パネル１の輝度ダイナミックレンジ）をＥに示すものとすれば、該液晶パネル１が有する輝度のダイナミックレンジ（白輝度と黒輝度との差分）をフルに使用して入力映像信号Ｄのダイナミックレンジと１：１対応させてそのまま液晶パネル１に入力すれば、Ｆに示す液晶カラーテレビの最終的な表示輝度になる。つまり、ＡＰＬが小さい領域（ＡＰＬ０．０〜ＡＰＬ１）として、例えば暗闇のシーンで全体的に暗いシーンが続き、その映像信号の中で花火のシーンのような光る閃光がある場合に、その閃光部分は液晶カラーテレビの最大白輝度をもって表示できる。このため、メリハリ感のあるＴＶ映像を再現することができる。

一方、図２のＡＰＬ１からＡＰＬ２の領域（分割ブロック）で、Ｋｉｄｏ−ａを使用して中輝度領域を作り出す方法を、図４を用いて説明する。

本実施の形態においては、ＡＰＬが、図２のＡＰＬ１からＡＰＬ２の領域に入るＴＶ映像信号（映像信号）が入力された場合、図４に示すように、先ず入力映像信号Ｄの黒レベルＣを、液晶パネル１の最小黒輝度となるように設定する。次いで、上記入力映像信号Ｄの白レベルＢを、そのまま液晶パネル１に供給するのではなく、液晶カラーテレビの最終白輝度が図２のＫｉｄｏ−ａになるように、該Ｋｉｄｏ−ａに相当する白レベルＧ（図４参照）に合わせ込む。

このように、入力された映像信号（入力映像信号Ｄ）のダイナミックレンジを狭めて液晶パネル１に表示すれば、Ｈで示す液晶パネル１のダイナミックレンジ（輝度ダイナミックレンジ）を全て使うことなく、入力映像信号Ｄの黒レベルが最小輝度であり、入力信号の白レベルが図２のｋｉｄｏ−ａに相当する輝度値であるときの白レベルと黒レベルとの差分に相当するＩで示す輝度の範囲、つまり、図２のＫｉｄｏ−ａに相当する白レベルＧと最小黒レベルである黒レベルＣとの差分の輝度の範囲（ダイナミックレンジ）で最終的にＴＶ映像を表示させることができる。

この結果、ＡＰＬが図２の０．０％からＡＰＬ１までの領域では白レベルは液晶パネル１の最大輝度レベルとなり、図２のＡＰＬ１からＡＰＬ２までのＡＰＬ範囲では、液晶パネル１の最大輝度レベルまでを使用せず、白輝度を落とすことができ、図２に示すような白ピーク特性ＬＣ２を、ＴＶ映像信号のダイナミックレンジ調整だけで作り出すことができる。

なお、図２の低輝度領域も上述した中輝度領域の作り出し方法に準拠して入力映像信号Ｄのダイナミックレンジを調整することで作り出すことができる。

なお、図２では、ピーク特性を３つの輝度レベルで表現して説明を行ったが、当然、ｎ（ｎは０以外の正の整数）個のレベルでピーク特性を作る場合であっても、上述した作り出し方法に準拠して入力映像信号のダイナミックレンジを変換することで作り出すことができる。

本実施の形態によれば、以上のような概念によって、液晶カラーテレビでもピーク特性を作り出すことができる。

また、図１に示す遅延回路５０は、上記平均信号レベル演算部２０並びにダイナミックレンジ設定部３０で発生する遅延量、特に、上記ＡＰＬ計算部２３並びにダイナミックレンジ決定部３２にて発生する遅延量を補償するものであり、映像フォーマット変換された、上記映像信号などの画像信号がダイナミックレンジ調整部４０に入力されるタイミングと、上記液晶カラーテレビなどの液晶表示装置のダイナミックレンジ（出力輝度特性）の設定パラメータであるダイナミックレンジ決定信号が上記ダイナミックレンジ調整部４０に入力されるタイミングとが同期するように、上記ＡＰＬ計算部２３におけるＡＰＬ値の演算および上記ダイナミックレンジ決定部３２におけるＡＰＬ値の検出並びに該ＡＰＬ値で表現する映像信号のダイナミックレンジの決定に要する時間だけ画像信号を遅延させるようになっている。これにより、上記映像フォーマット変換部２１の出力映像信号は、そのままダイナミックレンジ調整部４０に入力されるのではなく、遅延回路５０により遅延して上記ダイナミックレンジ調整部４０に入力されるようになっている。

なお、当然、映像信号を液晶パネル１に供給する時に発生するブランキング期間などでダイナミックレンジ決定処理を行い、遅延回路５０を無くすことも可能であるが、本実施の形態では、遅延回路５０が必要なものとして説明する。

次に、本実施の形態にかかる画像再生方法として、液晶カラーテレビを用いた画像再生方法を例に挙げ、ＴＶ映像信号の入力から、デジタル処理でピーク特性を作り出し、液晶パネル１に、補正したＴＶ映像信号を供給するまでの処理について以下に説明する。

まず、図１に示すように、映像フォーマット変換部２１に、各画素毎の情報を表す画素信号を含む画像信号として、γ特性が除去された、デジタル化されたＴＶ映像信号である映像信号が入力されると、該映像フォーマット変換部２１は、フレームメモリ２２を用いて、フォーマット変換やスケーリング処理などの映像フォーマット変換を１フレーム期間で行い、フレーム期間毎に、輝度信号ＹもしくはＧ信号を後段のＡＰＬ計算部２３に供給する。

映像フォーマット変換部２１は、該フォーマット変換部２１の信号を、フィールドもしくはフレーム同期信号としてＡＰＬ計算部２３に出力すると共に、タイミング信号として、液晶パネル駆動信号発生回路１２に出力するようになっている。

本実施の形態では、入力された映像信号は１フレーム期間で上記した各種フォーマット変換処理を行い、次のフレーム期間で次の処理に移ることになるため、このフォーマット変換処理の期間に、同時にフレーム単位のＡＰＬが計算される。

ＡＰＬ計算部２３では、ＡＰＬを計算する対象画素もしくは計算するタイミングで、入力された輝度信号ＹもしくはＧ信号の強度を積算し、平均化することにより、ＡＰＬ値が演算（計算）される。

このように計算されたＡＰＬ値は、ダイナミックレンジ決定部３２に出力される。なお、ＡＰＬ計算部２３におけるＡＰＬの計算精度は、例えば図２に示すようにピーク特性を３つの輝度レベルで表現する場合には、３つのＡＰＬ領域が判定できる程度のもので十分である。

従来、アナログテレビで扱われているＡＰＬは、単なる積分回路で構成されたものであり、あくまでも大凡のＡＰＬ値がわかる程度のものである。

ダイナミックレンジ決定部３２では、上記ＡＰＬ値に基づき、フレームメモリ２２を用いて、ダイナミックレンジ設定部３０にて予め設定された、図２に示したようなピーク特性（出力輝度特性）のうち、どの範囲のＡＰＬであるかを検出し、そのＡＰＬで表現する映像信号のダイナミックレンジ（映像ダイナミックレンジ）を求める（設定する）。

ここで、映像信号のダイナミックレンジは、例えば図２では３つあるため、高輝度領域の映像信号のダイナミックレンジは０番、中輝度領域は１番、低輝度領域は２番と番号付けしておいて、ＡＰＬ値と対応させればよい。この場合、図１のダイナミックレンジ決定部３２からの出力信号であるダイナミックレンジ決定信号がこの番号となる。

図１の遅延回路５０は、映像フォーマット変換部２１の出力映像信号をそのままピーク特性を作り出すダイナミックレンジ調整部４０に入力せず、ＡＰＬ計算部２３並びにダイナミックレンジ決定部３２で発生する遅延量を補償する。

遅延回路５０の出力映像信号はダイナミックレンジ調整部４０に入力される。ダイナミックレンジ調整部４０では、先ず、黒レベルはそのままにして、ダイナミックレンジ決定信号に応じて映像信号のダイナミックレンジを調整する処理を行う。ダイナミックレンジ調整部４０からは、ダイナミックレンジを調整することにより補正された表示映像信号が液晶パネル１に出力される。

図５に、ダイナミックレンジ調整処理の内容を示す。図５において、ダイナミックレンジ調整部４０に入力される、γ特性が除去された映像信号の最大値と最小値とで規定される輝度の範囲（すなわち、最大白レベルと最小黒レベルとの差）が映像信号の最大のダイナミックレンジである。

ダイナミックレンジ調整部４０では、該ダイナミックレンジ調整部４０に入力された、γ特性が除去された映像信号のダイナミックレンジを、予め準備された、図５に示す入力信号と出力信号との変換特性に基づいて、該ダイナミックレンジ調整部４０に入力された所定のダイナミックレンジ決定信号に応じて変換する。

例えば、図２の高輝度領域とするＡＰＬの時、入力映像信号を、図３に示す入力映像信号Ｄとすると、上記ダイナミックレンジ調整部４０は、図５のＤの変換特性を参照して、Ｋの映像信号を出力する。このときは、図３並びに図５に示すように、入力信号（入力映像信号）がスルー状態となる。

また、図２の中輝度領域では、図５に示すように、図４に示す方法を用いて変換特性Ｇを参照してＬの出力信号を得るようにする。同様に、図２の低輝度領域では、変換特性Ｊを参照してＭの出力信号に変換すればよい。

変換自体は、入力映像信号とＡＰＬとで決まるダイナミックレンジを係数化しておき、〔入力映像信号×係数〕の計算を行なう方法や、前記したようにＲＯＭ（メモリ３１ａ）を使用するなどの方法を用いて行うことができるが、入力映像信号のダイナミックレンジを図１に示すダイナミックレンジ決定信号に応じて調整する手段であれば、何れの方法を用いても構わない。

また、この変換特性に、液晶カラーテレビに表示されるＴＶ映像のコントラスト感を改善したり、メリハリ感や黒レベルの解像度を高めるなどのために、図５のＮで示すような曲線的な特性をつけて液晶パネル１に出力することが行なわれる場合がある。

そこで、図５に示した変換特性Ｋ，Ｌ，Ｍを、ただ単に直線的に変換するのでなく、Ｎで示すような曲線特性を付けて同時に本発明を実施しても構わない。

また、例えば、図２の高輝度領域では８ビットに量子化されたデジタル映像信号はそのままにし、中輝度領域ではダイナミックレンジを高輝度領域の１／２にするならば、８ビットに量子化されたデジタル映像信号を下位ビット方向に１ビットシフトし、低輝度領域におけるダイナミックレンジを高輝度領域の１／４にするならば、８ビットに量子化されたデジタル映像信号を下位ビット方向に２ビットシフトする方法もある。この場合、ダイナミックレンジ変換を計算する場合よりも回路規模を簡素化することができる。

以上のように、本実施の形態にかかる画像表示装置は、画像を表示するための複数の画素を有する表示部（表示装置）としての液晶パネル１を備え、各画素ごとの情報を表す画素信号を含む画像信号が入力される画像表示装置であって、入力された画素信号のレベルの平均を平均信号レベル（平均輝度レベル）として演算する平均信号レベル演算部２０と、最小から最大までの平均信号レベルを複数のブロックに分割し、平均信号レベルの分割ブロック毎に、該平均信号レベルの分割ブロックに対する画素の白レベルと黒レベルとを割り当て、上記平均信号レベル演算部２０により算出された平均信号レベルの値に応じて、上記白レベルと黒レベルとの差で規定されるダイナミックレンジを求めるダイナミックレンジ設定部３０と、入力された画素信号のダイナミックレンジを上記ダイナミックレンジ設定部３０の設定に基づいて調整するダイナミックレンジ調整部４０とを備えている構成を有し、上記平均信号レベルの分割ブロックに対する画素の白レベルは、平均信号レベルが上昇するにつれて、分割ブロック毎に、上記液晶パネル１に表示する画像信号の白レベルが漸次減少するように割り当てられている。

また、本実施の形態にかかる画像表示装置は、上記平均信号レベル演算部２０が、入力された画像信号に対して画像フォーマット変換を行う画像フォーマット変換部２１と、フレームメモリ２２とを備え、フォーマット変換の期間に、同時にフレーム単位の平均信号レベルの演算を行う構成を有している。

また、本実施の形態にかかる画像表示装置は、画像を表示するための複数の画素を有する表示部を備え、各画素ごとの情報を表す画素信号を含む画像信号が入力される画像表示装置であって、映像フォーマット変換部２１と、フレームメモリ２２と、ＡＰＬ計算部２３と、ダイナミックレンジ決定部３２と、ダイナミックレンジ調整部４０と、遅延回路５０とを有する、ダイナミックレンジ制御部としてのダイナミックレンジ調整システム１１を有する構成を有している。

また、本実施の形態にかかる画像表示装置は、画像を表示するための複数の画素を有する表示部を備え、各画素ごとの情報を表す画素信号を含む画像信号が入力される画像表示装置であって、入力信号の平均レベルを演算する平均信号レベル演算部と、上記平均信号レベル演算部により演算された平均信号レベルに応じて設定する出力輝度特性設定部と、設定された出力輝度特性を満たすように画像信号を補正する信号補正部を有する画像表示装置において、最小から最大までのＡＰＬを複数に分割し、ＡＰＬが上昇するにつれて分割ブロック毎に上記表示部に表示する映像信号の白レベル（最大白レベル）を漸次減少させて設定する構成を有している構成であってもよい。

さらに、本実施の形態にかかる画像再生方法（画像表示装置の映像信号の表示方法）は、各画素毎の情報を表す画素信号を含む画像信号に基づいて複数の画素を有する表示装置（液晶パネル１）で画像を再生する画像再生方法であって、入力された画素信号のレベルの平均を平均信号レベルとして演算する平均信号レベル演算工程と、最小から最大までの平均信号レベルを複数のブロックに分割してなる平均信号レベルの分割ブロック毎に割り当てた、画素の白レベルと黒レベルとから、上記平均信号レベル演算工程で得られた平均信号レベルの値に応じて、上記白レベルと黒レベルとの差で規定されるダイナミックレンジを求めるダイナミックレンジ設定工程と、入力された画素信号のダイナミックレンジを上記ダイナミックレンジ設定工程で設定されたダイナミックレンジに基づいて調整するダイナミックレンジ調整工程とを備えている構成であり、上記ダイナミックレンジ設定工程では、上記平均信号レベルの分割ブロックに対する画素の白レベルが、平均信号レベルが上昇するにつれて、分割ブロック毎に、上記表示装置に表示する画像信号の白レベルが漸次減少するように割り当てられる。

また、本実施の形態にかかる画像再生方法（画像表示装置の映像信号の表示方法）は、画像を表示するための複数の画素を有する表示部を備え、各画素ごとの情報を表す画素信号を含む画像信号が入力される画像表示装置における映像信号の表示方法であって、映像フォーマット変換ステップと、ＡＰＬ計算ステップと、ダイナミックレンジ決定ステップと、映像信号のタイミングを合わせて該ダイナミックレンジによる信号調整ステップとでなるダイナミックレンジ制御を行なう方法である。

本実施の形態にかかる画像表示装置並びに画像再生方法は、上記した構成により、平均信号レベルが上昇するにつれて、分割ブロック毎に、ダイナミックレンジが狭くなるようにダイナミックレンジを設定している。

この結果、本実施の形態にかかる画像表示装置によれば、ＣＲＴのような白輝度ピーク特性を擬似的に作り出すことが可能であり、ＡＰＬが小さい領域として、例えば暗闇のシーンで全体的に暗いシーンが続き、その映像信号の中で花火のシーンのような光る閃光がある場合に、その閃光部分は、例えば液晶パネル１の最大白輝度をもって表示でき、メリハリ感のあるＴＶ映像を再現できる。また将来、現状よりデバイス自体の絶対黒輝度がより下がり、絶対白輝度がより向上した場合でも本発明を採用することによってより一層臨場感が増したＴＶ映像を再現することができる。また、バックライトの輝度を平均輝度レベルに応じて調整することもないため、液晶ＴＶの低コスト化や信頼性を向上することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、上記平均信号レベルに応じて、ダイナミックレンジにより、画素信号のレベルに対する画素の輝度の変化を表す入力信号−出力輝度特性が設定され、上記液晶パネル１に表示する画像信号のダイナミックレンジを、入力された画素信号の平均信号レベルに応じて調整することで、設定された入力信号−出力輝度特性を満たすように、上記液晶パネル１に表示する画像信号を補正して再生することができる。

なお、上記の画像表示装置あるいは画像再生方法において、ダイナミックレンジの設定は、上記画像信号を上記表示部に供給するときに発生するブランキング期間に行なわれる構成であってもよい。

また、上記の画像表示装置あるいは画像再生方法は、白レベル制御用と黒レベル制御用とで分割ブロックが異なる構成であってもよい。

さらに、上記の画像表示装置あるいは画像再生方法において、平均信号レベルの演算（ＡＰＬ演算）は、画面を分割し、該分割画面毎に演算する構成であってもよい。

また、上記の画像表示装置あるいは画像再生方法において、平均信号レベルの演算（ＡＰＬ演算）は、一水平ライン毎に平均レベルを計算した後に全ラインを加算し、平均化する構成であってもよい。

さらに、上記の画像表示装置あるいは画像再生方法において、平均信号レベルの演算（ＡＰＬ演算）は、一フレーム内で間引かれた画素の平均レベル演算であってもよい。

また、上記の画像表示装置は、最小から最大までのＡＰＬを複数ブロックに分割し、各々のブロックに対応する最大白レベル値と最小黒レベル値が格納されたメモリを有する構成であってもよい。

さらに、上記の画像表示装置は、最小から最大までのＡＰＬを複数ブロックに分割し、各々のブロックに対応する最大白レベルと最小黒レベルの演算関数が格納されたメモリを有する構成であってもよい。

また、上記の画像表示装置あるいは画像再生方法は、最小から最大までのＡＰＬを複数ブロックに分割し、各々のブロックに対応する最大白レベル値と最小黒レベル値の設定演算処理は映像信号のブランキング期間に行われる構成であってもよい。

最近の液晶テレビの白ピークは、液晶パネル１やバックライト（図示せず）の技術改善によって、図１０に示すＬＣ２ｂ，２ｃのように、ＣＲＴのピーク時の輝度に近づきつつある。

また、液晶カラーテレビ（液晶テレビ）の黒輝度は、バックライト（図示せず）が点灯している時に完全に遮光すれば０．０ｃｄ／ｍ2 となるが、実際には光漏れが発生することから、図１０に示すＬＣ１ａのようにＡＰＬに依存しないである黒輝度で一定となる。

しかしながら、最近の液晶パネル１の光漏れも改善される傾向にあり、図１０に示すＬＣ１ｂ，１ｃのように、黒輝度が下がりつつある。

このように、液晶パネル１で決まる白輝度と黒輝度とは、ますます従来のＣＲＴが有する値に近づきつつある。

このため、このような画像表示装置において本発明を適用し、図２に示すように、ＬＣ２ｂ，２ｃに対し、例えば高輝度領域、中輝度領域、および低輝度領域の３段階で白ピーク特性ＬＣ２を作り出すことにより、図６に示すように、その出力輝度特性を、ＣＲＴの出力輝度特性により近似させることができる。なお、図６において、平均輝度レベル（ＡＰＬ）は、最大値を１００％として表した相対値を示す。また、図６において、平均輝度レベル（ＡＰＬ）１００％とは、ＣＲＴのスクリーン上に全て白信号を表示したときを意味する。また、図６の縦軸の白輝度、黒輝度は、ＡＰＬ０％から１００％の間における一般的な白輝度、黒輝度の特性を示すためのもので、図６に示すようにＡＰＬを設定したときの相対値を示す。

なお、本実施の形態において、図１は、説明の都合上、ＡＰＬ値から所定のダイナミックレンジを求めるために必要な機能ブロックとして表現し、説明したにすぎず、例えば、ＡＰＬ計算部２３とダイナミックレンジ決定部３２とを一体化して形成することもできる。

また、本実施の形態では、ＡＰＬの計算を、映像フォーマット変換処理などのフレーム単位もしくはフィールド単位で遅延が発生する信号処理と同時に行うものとして説明したが、本発明にかかる画像表示装置としては、必ずしも、映像フォーマット変換処理機能を有する、液晶カラーテレビなどの画像表示装置である必要はない。つまり、本発明は、フレームもしくはフィールド単位でＡＰＬを計算し、そのために発生する時間遅延分だけ映像信号を遅延させれば問題がないため、必ずしも図１に示す映像フォーマット変換部２１が設けられていることを前提とする必要はない。

〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について、図１、図２、図７、図８、および図１０に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態において、実施の形態１における構成要素と同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付記し、その説明を省略する。本実施の形態では、主に、前記実施の形態１との相違点について説明するものとする。

本実施の形態では、液晶表示装置に表示する映像信号のＡＰＬと黒輝度との関係についても白輝度のピーク特性と合わせて実現する方法について説明するものとする。

一般的に、ＣＲＴでピーク特性があることが、暗闇のシーンで花火の閃光のような明るい個所が光輝くように見えるという、映像のメリハリ感を生むと言われている。

一方、白輝度のピーク特性だけに着目するのではなく、コントラスト比（同一ＡＰＬにおける白輝度÷黒輝度）という観点で図１０に示す出力輝度特性をみると、黒輝度とＡＰＬの関係も映像表現にとって重要である。

つまり、図１０に示されるように、ＣＲＴでは、ＣＲＴ１にて示すように、ＡＰＬの低い領域では黒輝度がほぼ０．０ｃｄ／ｍ2 となり、液晶カラーテレビに比べて黒輝度の絶対値が低いこと、および、白輝度の絶対値が大きいことから、コントラスト比は液晶カラーテレビに比べて桁違いに大きな値となる。

また、ＡＰＬの大きい領域では、ＣＲＴでは、ＣＲＴ１にて示すように黒輝度が上昇し、かつＣＲＴ２にて示すように白輝度が低下するため、コントラスト比は、液晶カラーテレビのものに比べて小さい値となる。

図１０で示されるように、一般の民生用ＴＶ（ＣＲＴ−ＴＶ）における黒輝度は、ＡＰＬの上昇により、数ｃｄ／ｍ2 まで増加するのが一般的である。

そこで、図２に示す白輝度のピーク特性ＬＣ２と同様に黒輝度もＡＰＬによって調整すれば、図１０のＡＰＬに対応して、ＣＲＴの出力輝度特性に近似の黒輝度特性を作り出すことができる。

ここで、ＡＰＬに対してピーク特性を作り出し、上記液晶パネル１に表示する画像信号としての映像信号のダイナミックレンジを、ＡＰＬに応じて調整する方法について、図７を参照して以下に説明する。図７は、本実施の形態にかかるＡＰＬと黒輝度ピーク特性との関係を示す説明図である。

図７に示すように、黒輝度の場合は、白輝度の場合と逆に、ＡＰＬの０．０％からＡＰＬ１までを、液晶パネル１で決まる黒輝度の正規化輝度値Ｋｉｄｏ−ｄに割り当て、ＡＰＬ１からＡＰＬ２までを、黒信号の正規化輝度値が液晶パネル１で決まる黒輝度値より高い値（Ｋｉｄｏ−ｃ）となるように割り当て、ＡＰＬ２からＡＰＬ１．００までをさらに高い値に設定すればよいことになる。

なお、本実施の形態では、図２および図７に示すように、白輝度および黒輝度特性の変わるＡＰＬ値を同じとしたが、各々別々に設定しても構わない。黒輝度もＡＰＬに応じて調整するには、図１と同様の機能ブロックを用いればよく、この場合、図１に示すダイナミックレンジ調整部４０において、ＡＰＬに応じて、入力映像信号から、液晶パネル１に出力する映像信号（表示映像信号）への変換特性を、上記したように変更すればよい。

図８に、ＡＰＬに応じて、液晶カラーテレビに表示する白輝度と黒輝度とを変換する処理の概念を説明する。

図８の変換特性Ｑ（高輝度領域），Ｒ（中輝度領域），Ｓ（低輝度領域）の特徴は、図６に示すＫ，Ｌ，Ｍと異なり、入力映像信号（すなわち、映像フォーマット変換部２１に入力される映像信号）の黒レベルをＡＰＬに応じて上昇させるようにしている点である。

例えば、変換特性Ｑ（図７に示す高輝度領域）では液晶パネル１の有する絶対黒輝度（最小黒レベル）になるように入力映像信号Ｄの最小信号を割り当てる。言い換えれば、図７の高輝度領域では、図８に示すように変換特性Ｄを参照してＱの出力信号に変換している。

一方、変換特性Ｒ（図７に示す中輝度領域）のＡＰＬである場合、図８において、Ｏで示すように、液晶パネル１の有する絶対黒輝度に比べて高めの黒輝度（黒レベル）となるようにしている。また、図７の低輝度領域では、図８に示すように変換特性Ｓ（図７に示す低輝度領域）のＡＰＬである場合、Ｐで示すように、さらに高めの黒輝度（黒レベル）となるようにしている。また、黒輝度をＡＰＬに応じて信号処理で調整する場合も、図８に示すように、図６においてＮで示す変換特性と同様のＳ字カーブ特性Ｔを併せもっても構わない。

以上のように、本実施の形態にかかる画像表示装置は、画像を表示するための複数の画素を有する表示部としての液晶パネル１を備え、各画素ごとの情報を表す画素信号を含む画像信号が入力される画像表示装置であって、入力された画素信号のレベルの平均を平均信号レベル（平均輝度レベル）として演算する平均信号レベル演算部２０と、最小から最大までの平均信号レベルを複数のブロックに分割し、平均信号レベルの分割ブロック毎に、該平均信号レベルの分割ブロックに対する画素の白レベルと黒レベルとを割り当て、上記平均信号レベル演算部２０により算出された平均信号レベルの値に応じて、上記白レベルと黒レベルとの差で規定されるダイナミックレンジを求めるダイナミックレンジ設定部３０と、入力された画素信号のダイナミックレンジを上記ダイナミックレンジ設定部３０の設定に基づいて調整するダイナミックレンジ調整部４０とを備えている構成を有し、上記平均信号レベルの分割ブロックに対する画素の黒レベルは、平均信号レベルが上昇するにつれて、分割ブロック毎に、上記液晶パネル１に表示する画像信号の黒レベルが漸次増加するように割り当てられている。

また、このとき、上記平均信号レベルの分割ブロックに対する画素の白レベルは、平均信号レベルが上昇するにつれて、分割ブロック毎に、上記液晶パネル１に表示する画像信号の最大白レベルが漸次減少するように割り当てられていることがより好ましい。

すなわち、本実施の形態にかかる画像表示装置は、例えば、画像を表示するための複数の画素を有する表示部を備え、各画素ごとの情報を表す画素信号を含む画像信号が入力される画像表示装置であって、入力信号の平均レベルを演算する入力信号平均レベル演算部と、上記入力信号平均レベル演算部により演算された入力信号平均レベルに応じて設定する出力輝度特性設定部と、設定された出力輝度特性を満たすように画像信号を補正する信号補正部を有する画像表示装置において、最小から最大までのＡＰＬを複数に分割し、ＡＰＬが上昇するにつれて分割ブロック毎に上記表示部に表示する映像信号の黒レベル（最小黒レベル）を漸次増加させて設定する構成を有していてもよい。

また、本実施の形態にかかる画像表示装置は、例えば、画像を表示するための複数の画素を有する表示部を備え、各画素ごとの情報を表す画素信号を含む画像信号が入力される画像表示装置であって、入力信号の平均レベルを演算する平均信号レベル演算部と、上記平均信号レベル演算部により演算された平均信号レベルに応じて設定する出力輝度特性設定部と、設定された出力輝度特性を満たすように画像信号を補正する信号補正部を有する画像表示装置において、最小から最大までのＡＰＬを複数に分割し、ＡＰＬが上昇するにつれて分割ブロック毎に上記表示部に表示する映像信号の白レベル（最大白レベル）を漸次減少させて設定すると共に、ＡＰＬが上昇するにつれて分割ブロック毎に上記表示部に表示する映像信号の黒レベル（最小黒レベル）を漸次増加させて設定する構成を有していてもよい。

また、上記画像表示装置は、白レベル制御用と黒レベル制御用とで分割ブロックが異なっていてもよい。つまり、上記画像表示装置では、各分割ブロックに対し、最大白レベルと最小黒レベルとが独立して設定されていてもよく、最大白レベルを変更する分割ブロックと、最小黒レベルを変更する分割ブロックとが異なっていてもよい。

さらに、本実施の形態にかかる画像再生方法（画像表示装置の映像信号の表示方法）は、各画素毎の情報を表す画素信号を含む画像信号に基づいて複数の画素を有する表示装置（液晶パネル１）で画像を再生する画像再生方法であって、入力された画素信号のレベルの平均を平均信号レベルとして演算する平均信号レベル演算工程と、最小から最大までの平均信号レベルを複数のブロックに分割してなる平均信号レベルの分割ブロック毎に割り当てた、画素の白レベルと黒レベルとから、上記平均信号レベル演算工程で得られた平均信号レベルの値に応じて、上記白レベルと黒レベルとの差で規定されるダイナミックレンジを求めるダイナミックレンジ設定工程と、入力された画素信号のダイナミックレンジを上記ダイナミックレンジ設定工程で設定されたダイナミックレンジに基づいて調整するダイナミックレンジ調整工程とを備えている構成であり、上記ダイナミックレンジ設定工程では、上記平均信号レベルの分割ブロックに対する画素の黒レベルが、平均信号レベルが上昇するにつれて、分割ブロック毎に、上記表示装置に表示する画像信号の黒レベルが漸次増加するように割り当てられてもよいし、平均信号レベルが上昇するにつれて分割ブロック毎に上記表示装置に表示する映像信号の白レベル（最大白レベル）を漸次減少させて設定すると共に、ＡＰＬが上昇するにつれて分割ブロック毎に上記表示装置に表示する映像信号の黒レベル（最小黒レベル）を漸次増加させて設定する構成を有していてもよい。

本実施の形態においても、平均信号レベルが上昇するにつれて、分割ブロック毎に、ダイナミックレンジを狭くすることができる。この結果、ＣＲＴのような黒輝度ピーク特性、好適にはＣＲＴのような白輝度ピーク特性並びに黒輝度ピーク特性を擬似的に作り出すことが可能であり、メリハリ感のあるＴＶ映像を再現できる。また将来、現状よりデバイス自体の絶対黒輝度がより下がり、絶対白輝度がより向上した場合でも本発明を採用することによってより一層臨場感が増したＴＶ映像を再現することができる。また、バックライトの輝度を平均輝度レベルに応じて調整することもないため、液晶ＴＶの低コスト化や信頼性を向上することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、上記平均信号レベルに応じて、ダイナミックレンジにより、画素信号のレベルに対する画素の輝度の変化を表す入力信号−出力輝度特性が設定され、上記液晶パネル１に表示する画像信号のダイナミックレンジを、入力された画素信号の平均信号レベルに応じて調整することで、設定された入力信号−出力輝度特性を満たすように、上記液晶パネル１に表示する画像信号を補正して再生することができる。

以上のように、上記実施の形態１および２では、主に、デジタル処理でピーク特性を作り出す処理について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、勿論、ピーク特性を作り出す方法をアナログ回路で構成し、最終的にアナログ／デジタル信号変換処理を行ってソースドライバに供給する映像信号を作り出しても構わない。

本発明は、液晶カラーテレビのように、ＴＶ映像信号のＡＰＬに関わらず白輝度と黒輝度とが一定となるＴＶ映像信号の表示デバイスにおいて、ＣＲＴで再現されているようなＡＰＬに対して白輝度がピーク特性を作り出し、臨場感あるＴＶ映像を表示する基本的な方法に関するものであることから、アナログ回路で実現しても本発明の権利化範囲である。

そこで、以下の実施の形態３では、デジタル信号処理でなくても本発明を容易に実現することができることを説明する。

〔実施の形態３〕
本発明の他の実施の形態について、図９に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態において、実施の形態１および２における構成要素と同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付記し、その説明を省略する。本実施の形態では、主に、前記実施の形態１および２との相違点について説明するものとする。

本実施の形態にかかる発明のポイントは、ＡＰＬに応じて輝度のダイナミックレンジを調整することにある。

輝度のダイナミックレンジを調整（制御）するに際しては、例えばパソコンのモニタなどに液晶パネル１を採用している場合に、ハードディスクに録画されている映像信号に対して、プログラムなどを用いてＡＰＬ値を計算し、その結果を、図９に示すように、前記した変換特性を決める制御情報や、映像信号とともにダイナミックレンジ調整部４０に入力し、該ダイナミックレンジ調整部４０にて、上記ＡＰＬ値を参照して映像信号のダイナミックレンジを調整し、この結果を、表示映像信号としてハードディスクに再度録画しておくような処理を行なってもよく、ＣＰＵ（中央演算処理装置）の制御により、リアルタイムで図９に示す上記した処理をソフトウェアで実施してもよい。

すなわち、上記各演算処理は、回路によってハードウェアで実現することが望ましいが、ソフトウェアで実現してもかまわない。すなわち、実施の形態１・２において前記した各構成における演算を行う部分（平均信号レベル演算部、ダイナミックレンジ設定部、ダイナミックレンジ調整部）は、回路によってハードウェア的に実現されていることが望ましいが、ソフトウェア的に実現されていてもかまわない。

つまり、上記各演算処理は、各演算部の演算処理を記述したコンピュータプログラムを記憶するＲＡＭ等の記憶手段と、該コンピュータプログラムを実行するＣＰＵとによって実現してもよく、上記各構成における演算を行う各部は、各演算部の演算処理を記述したコンピュータプログラムを記憶するＲＡＭ等の記憶手段と、該コンピュータプログラムを実行するＣＰＵとによって実現されていてもよい。

この場合、入力信号で最低必要なものは映像信号、ＡＰＬ値、最終的に液晶パネルに出力するタイミングを決める同期信号であり、後は、必要に応じて、ダイナミックレンジを調整する際に、変換特性を単なる直線でなく映像表現で必要な曲線カーブを描くように調整するための制御情報などが入力される。以上のように、前記実施の形態１または２に示した処理は、デジタル回路のみならず、アナログ回路を用いて実現することもできる。

以上のように、本実施の形態にかかるコンピュータ読取り可能な記録媒体は、コンピュータに、（１）画像を表示するための複数の画素を有する表示装置（液晶パネル１）に入力された、各画素ごとの情報を表す画素信号を含む画像信号から、入力された画素信号のレベルの平均を平均信号レベルとして演算する機能と、（２）最小から最大までの平均信号レベルを複数のブロックに分割してなる平均信号レベルの分割ブロック毎に割り当てた、画素の白レベルと黒レベルとから、入力された画素信号から演算した平均信号レベルの値に応じて、上記白レベルと黒レベルとの差で規定されるダイナミックレンジを求める機能と、（３）入力された画素信号のダイナミックレンジを、入力された画素信号から演算した平均信号レベルの値から求めたダイナミックレンジに基づいて調整する機能とを実現させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体である。

また、本実施の形態にかかるプログラムは、コンピュータに、（１）画像を表示するための複数の画素を有する表示装置（液晶パネル１）に入力された、各画素ごとの情報を表す画素信号を含む画像信号から、入力された画素信号のレベルの平均を平均信号レベルとして演算する機能と、（２）最小から最大までの平均信号レベルを複数のブロックに分割してなる平均信号レベルの分割ブロック毎に割り当てた、画素の白レベルと黒レベルとから、入力された画素信号から演算した平均信号レベルの値に応じて、上記白レベルと黒レベルとの差で規定されるダイナミックレンジを求める機能と、（３）入力された画素信号のダイナミックレンジを、入力された画素信号から演算した平均信号レベルの値から求めたダイナミックレンジに基づいて調整する機能とを実現させるためのプログラムである。

上記コンピュータ読取り可能な記録媒体あるいはプログラムは、上記平均信号レベルの分割ブロックに対する画素の白レベルを、平均信号レベルが上昇するにつれて、分割ブロック毎に、上記表示装置に表示する画像信号の白レベルが漸次減少するように割り当てる機能を有していてもよく、上記平均信号レベルの分割ブロックに対する画素の黒レベルを、平均信号レベルが上昇するにつれて、分割ブロック毎に、上記画像表示装置に表示する画像信号の黒レベルが漸次増加するように割り当てる機能を有していてもよく、平均信号レベルが上昇するにつれて分割ブロック毎に上記表示装置に表示する映像信号の白レベル（最大白レベル）を漸次減少させて設定すると共に、ＡＰＬが上昇するにつれて分割ブロック毎に上記表示装置に表示する映像信号の黒レベル（最小黒レベル）を漸次増加させて設定する構成を有していてもよい。

本実施の形態によれば、上記のコンピュータ読取り可能な記録媒体あるいはプログラムを用いることで、ソフトウェア的に、ＣＲＴのような白輝度ピーク特性を擬似的に作り出すことが可能であり、ＡＰＬが小さい領域として、例えば暗闇のシーンで全体的に暗いシーンが続き、その映像信号の中で花火のシーンのような光る閃光がある場合に、その閃光部分は例えば液晶パネル１の最大白輝度をもって表示でき、メリハリ感のあるＴＶ映像を再現できる。また将来、現状よりデバイス自体の絶対黒輝度がより下がり、絶対白輝度がより向上した場合でも本発明を採用することによってより一層臨場感が増したＴＶ映像を再現することができる。また、バックライトの輝度を平均輝度レベルに応じて調整することもないため、液晶ＴＶの低コスト化や信頼性を向上することができる。本発明は、単に、従来のＴＶチューナで受信した映像信号の表示ばかりでなく、例えばインターネットで配信された動画信号を表示するときの動画ビューア等にもソフトウェアで組み込むことが可能である。

なお、上記実施の形態１〜３においては、画像表示装置として、主に、液晶カラーテレビなどの液晶表示装置を例に挙げて説明したが、本発明にかかる画像表示装置としては、表示できる明るさのダイナミックレンジが表示する映像信号の平均輝度レベルに無関係に決まっている表示デバイス全般に使用することができる。

また、本実施の形態では、画像表示装置として、主に、液晶カラーテレビなどの液晶表示装置を例に挙げて説明したが、本発明にかかる画像表示装置としては、表示できる明るさのダイナミックレンジが表示する映像信号の平均輝度レベルに無関係に決まっている表示デバイス、例えば、輝度のダイナミックレンジが平均輝度レベルに無関係なＦＰＤ（Flat Panel Display）を表示デバイスとするＴＶ映像信号表示装置においても、メリハリがあり、かつ暗いシーンで光輝く白信号を作り出し、ＣＲＴと同等なＴＶ映像信号の再現を行なうことができることは明らかである。

本発明は、このような表示デバイス、例えばＴＶ映像信号表示装置において、ＣＲＴで構成されるテレビのように平均輝度レベルに応じて白輝度と黒輝度を制御して暗いシーンでも光輝く白信号を作り出し、ＣＲＴと同等な視聴感をユーザに与えるものであり、このような表示デバイスにおいて、特別なコストアップや信頼性の低下を招くことなく、ＣＲＴのような白輝度ピーク特性を擬似的に作り出すものである。

なお、上記した実施の形態１〜３は、適宜組み合わせて、あるいは適用、応用して用いることができ、上記した実施の形態１〜３に示したものにのみ限定されるものではない。

本発明の実施の一形態にかかる液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施の一形態にかかる平均輝度レベルと白輝度の正規化輝度との関係の一例を示す説明図である。 輝度のダイナミックレンジの調整方法について説明する図である。 輝度のダイナミックレンジの調整方法について説明する他の図である。 ダイナミックレンジ調整処理の内容を示す説明図である。 本発明を適用した液晶カラーテレビの平均輝度レベルと白輝度および黒輝度との関係を測定した結果の一例を示すグラフである。 本発明の実施の一形態にかかる平均輝度レベルと黒輝度の正規化輝度との関係の一例を示す説明図である。 ダイナミックレンジ調整処理の内容を示す他の説明図である。 本発明の他の実施の形態にかかる輝度のダイナミックレンジの調整方法について説明するブロック図である。 ＣＲＴ−ＴＶ並びに液晶カラーテレビの平均輝度レベルと白輝度および黒輝度との関係を測定した結果の一例を示すグラフである。 従来のＡＰＬに対する輝度調整方法を示す説明図である。

符号の説明

１ 液晶パネル（表示部、表示装置）
１１ ダイナミックレンジ調整システム
１２ 液晶パネル駆動信号発生回路
２０ 平均信号レベル演算部
２１ フォーマット変換部
２１ 映像フォーマット変換部
２１ 画像フォーマット変換部
２２ フレームメモリ
２３ ＡＰＬ計算部
３０ ダイナミックレンジ設定部
３１ 輝度レベル設定部
３１ａ メモリ
３２ ダイナミックレンジ決定部
４０ ダイナミックレンジ調整部
５０ 遅延回路

Claims (2)

1. 入力画像信号の平均信号レベルに応じて、単位フレームの画像信号に対するダイナミックレンジを調整し、当該画像信号を液晶パネルに表示する液晶表示装置であって、
   最小から最大までの平均信号レベルを複数のブロックに分割するとともに、上記平均信号レベルの分割ブロックに対する画素の白レベルは、平均信号レベルが上昇するにつれて、分割ブロック毎に、上記液晶パネルに表示する画像信号の白レベルが漸次減少するように割り当て、
   上記入力画像信号の平均信号レベルが属するブロックにおいて規定される白レベル及び黒レベルによって、上記入力画像信号のダイナミックレンジを調整することを特徴とする液晶表示装置。
2. 上記平均信号レベルの分割ブロックに対する画素の黒レベルは、平均信号レベルが上昇するにつれて、分割ブロック毎に、上記液晶パネルに表示する画像信号の黒レベルが漸次増加するように割り当てられていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
   
   
   
   

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