JP2005525599A - 表示装置における多重解像度カラーマッピングのための装置および方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】 表示装置における色調整を可能にするための装置および方法が開示される。この装置は、色調整を行うための多重解像度構造（３）と、多重解像度構造の少なくとも１つのオフセットを補間するための補間構造（５）とを備える。本発明に従う装置および方法は、解像度の異なる二種類のカラールックアップテーブル（２０２，２０４）を組み合わせて使用し、次いで補間を行うことによって、高解像度ではあるがメモリ使用量が最小限である表示処理を可能にする。このとき、メモリは、高解像度を必要とする高解像度領域に対してのみ使用される。多重解像度構造は、高解像度を必要とする領域に関してのみ、理論マッピングテーブルを非常に良く近似する。また、高解像度領域が局在しているので、メモリ容量を大幅に減らすことができる。

Description

本発明は、概して、デジタル表示装置に関するものである。本発明は、特に、表示装置における多重解像度カラーマッピングのための装置および方法に関するものである。

ビデオディスプレイは、通常、色相および彩度を調整するための色調整機能を有する。色相調整機能は表示される色合いを調整し、彩度調整機能は表示される色の濃さを調整する。これらの調整機能は、全ての表示画素に影響を及ぼすという点でグローバルである。

肌の色合い調整などの用途では、グローバルな色調整機能を適用することができない。このような用途では、色空間の中のごく一部の色のみを、他の色に影響を及ぼすことなく局所的に修正する必要がある。

表示装置における局所的な色修正は、各入力色に対応する出力色を特定するマッピングテーブルによって実現される。これは、候補となる色の数が適度に少ない場合は適している。しかしながら、標準的な２４ビットのＲＧＢ表示装置では、およそ１，６００万色をマッピングする必要がある。ルックアップテーブル（ＬＵＴ）としても知られているこのマップは、４８メガバイトのメモリ容量を必要とする。ハードウェアまたはソフトウェアのいずれかに４８メガバイトのルックアップテーブルを実装する費用を考慮すると、この解決方法は明らかに非実用的である。優れた解決方法としては、ＹＵＶおよびＹＰｒＰｂなどのｌｕｍａ−ｃｈｒｏｍａ（光度−色度）色空間を使用する方法が挙げられる。こうすれば、各色がその成分の一部によって表現されるからである。しかしながら、ＵおよびＶを標準的な８ビット解像度にすると、１２８キロバイトのカラーマップが必要になる。これは、ハードウェアに実装するメモリとしては、やはり非常に大きい。

より実用的な解決方法としては、色空間をレギュラーグリッドでサンプリングして理論マップの近似を得る方法が挙げられる。

図１は、４×４のサンプリンググリッド１０の一例である。グリッド１０の交点における出力値は、テーブルに格納されている。グリッド内の固有な座標には、特定の色が対応付けられる。座標は、一般に、グリッドの頂点と一致しない。座標に関連する出力値は、最も近い出力値、すなわち最も近いグリッド座標に格納された値を補間するかたちで算出される。

空間のサンプリングに使用するグリッドを細かくすると、解像度が高くなるので、マップをより良く制御することが可能になる。しかしながら、これにはメモリ使用量の増大という犠牲が伴う。グリッドを粗くすると、メモリを節約できるが、色の解像度という代償が伴う。

したがって、非実用的な量のメモリを必要とせずに、理論マッピングテーブルを可能な限り近く近似する解決方法が、必要とされている。肌の色合い調整などの実例では、全色空間の中の小領域のみに焦点を合わせる。したがって、高解像度のマッピングが必要とされるのは、色空間の一部のみである。本発明は、このような場合のニーズに対処する。

表示装置における色調整を可能にするための装置および方法が開示される。この装置は、色調整を行うための多重解像度構造と、該多重解像度構造の少なくとも１つのオフセットを補間するための補間構造とを備える。

本発明に従う装置および方法は、カラールックアップテーブルの組み合わせを様々なレベルの解像度と共に使用し、次いで補間を行うことによって、高解像度ではあるがメモリ使用量は最小限である表示処理を可能にする。

このとき、メモリは、高解像度を必要とする高解像度領域でのみ使用される。多重解像度構造は、高解像度を必要とする領域でのみ、理論マッピングテーブルを非常に良く近似する。また、高解像度領域が限定されるので、メモリ容量を大幅に減少させることができる。

本発明は、概して、デジタル表示装置に関するものである。本発明は、特に、表示装置における多重解像度カラーマッピングのための装置および方法に関するものである。以下の説明は、当業者による本発明の実現および使用を可能にするべく提示され、特許出願およびその要件との関連のもとで提供される。当業者ならば、好ましい実施形態ならびに一般の原則および特徴の各種の変更を容易に見いだすことができる。したがって、本発明は、以下で示す実施形態に限定されることはなく、以下で説明される原則および特徴に矛盾しない限りにおいて、最も広範囲に及ぶものとみなされる。

定義
デジタル表示装置：デジタル化された（サンプリングされ且つ量子化された）画像データを使用する電子型の画像表示装置である。入力データ自体がアナログで、そのデータを装置内でデジタル化して、ＬＣＤ、ＯＬＥＤ、またはプラグマパネルなどのデジタルディスプレイに最終的に表示して良い。あるいは、入力データ自体がデジタルで、最終的に、ＣＲＴなどのアナログディスプレイに表示しても良い。
画素：デジタル表示装置上における最小の不連続領域であって、表示のためにアドレス指定することができる。
光度：入力画像データ値の成分であって、表示されるデータ値のうち、知覚される光度に相関する成分である。
色度：入力画像データ値の成分であって、表示されるデータ値のうち、知覚される色彩に相関する成分である。ＹＵＶ色空間において、色度成分は、ＵおよびＶのデータ値として定義される。

本発明に従う装置および方法は、カラールックアップテーブルの組み合わせを様々なレベルの解像度と共に使用し、次いで補間を行うことによって、高解像度ではあるがメモリの使用量は最小限である表示処理を可能にする。

このとき、メモリは、高解像度を必要とする高解像度領域でのみ使用される。多重解像度構造は、高解像度を必要とする領域でのみ、理論マッピングテーブルを非常に良く近似する。また、高解像度領域が限定されるので、メモリ容量を大幅に減少させることができる。

本発明にしたがって用いられる装置は、ハードウェアによって実現されても良いし、ハードウェアとソフトウェアを組み合わせたものであっても良いし、あるいは、ソフトウェアによって実現されても良い。ハードウェアの形態を採る解決方法の一例に、ＦＰＧＡまたはＡＳＩＣの設計が含まれる。ハードウェアとソフトウェアを組み合わせた実装形態の一例には、ＤＳＰ実装および組み込みファームウェア実装が含まれる。

本発明の特徴の更なる詳細な説明に関しては、以下を参照。

装置
図２は、本発明に従う多重解像度のＵＶカラーテーブル１００を示している。この実施形態に見られるように、正方形（四角形）Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄによって示されるグリッド２００上の複数の正方形は同一の解像度を有し、他の正方形の少なくとも１つは図４に示された別の解像度を有する。本発明のための装置は、メモリおよびレジスタのかたちでハードウェアに組み込まれるまたは配列のかたちでソフトウェアに組み込まれることが可能なデータ構造セットである。一次データ構造は、カラーＬＵＴを様々な解像度で格納するために使用される。二次データ構造は、使用される最終的なＬＵＴを指し示すために使用される。

データ入力は、２つの成分で特定される色度値である。これら２つの成分は、本明細書の説明ではＹＵＶ表現のＵＶ成分として定義されるが、一般には色度値の任意の直交表現である。これらの成分は、例えば８ビットまたは１０ビットなど、一定の精度で特定されるデジタル値である。

以下の説明は、下記の前提のもとで行われる。
１． ８ビットのＵＶ色空間。
２． 二段階の解像度。
３． 二次元のＵＶ色空間を１６の正方形に分割した（軸ごとに４つに分割した）１つの低解像度テーブル。
４．低解像度の各正方形を更に１６の小正方形に分割した複数の高解像度テーブル。
５．各ＬＵＴ入力は、各正方形の全４頂点に関するＵおよびＶの色オフセットを含むデータワードである。

ＵおよびＶのオフセットがビットで表されると仮定すると、１つの頂点の色度オフセットを格納するには２ビットが必要である。したがって、１つの正方形の全４頂点のオフセットを格納するためには、４×２ビット＝８ビットが必要である。低解像度テーブルは１つ必要である。高解像度テーブルがＮｈ個であると仮定すると、多重解像度のテーブル構造は、ハードウェア実装のために（Ｎｈ＋１）×８ビットのメモリ構造を必要とする。

こうすれば、明らかに、解像度の効果を同じくしたままメモリを節約することができる。ＵＶ色空間を１６×１６のグリッドに分割すると、１６×１６×８ビット＝２０４８ビットが必要になる。これに対し、４×４の低解像度テーブルを１つと４×４の高解像度テーブルを４つとを有する多重解像度混合テーブルは、（４＋１）×８ビット＝４０ビットを必要とする。

図３は、二段階の８ビットのＵＶ色空間を使用した多重解像度マッピングシステム２００を示している。図からわかるように、低解像度テーブル２０２は１つ、高解像度テーブル２０４は２つである。解像度が二段階である実装形態では、二次データ構造２０６が１つ使用される。これは、１６の入力を伴う一次元のタグテーブルである。このテーブルへのインデックスは、低解像度テーブル上の固有な正方形を特定する。このインデックスへのタグ入力がゼロでない場合は、それは、低解像度テーブル上のその正方形に、固有な高解像度テーブル２０４が重ねられることを意味する。タグ入力がゼロである場合は、低解像度テーブル２０２が、色オフセットのルックアップおよび補間に使用される。タグ入力がゼロでない場合は、対応する高解像度テーブル２０４が、色オフセットのルックアップおよび補間に使用される。上記の実施例は、１６×３＝４８ビットのレジスタ記憶を追加で必要とする。

低解像度および高解像度のＵＶグリッドとは、単なる概念上の表現である。実際に必要なデータ構造は、色度オフセットＬＵＴ２０８およびタグルックアップテーブル２０６のみである。

低解像度テーブルにおいて、入力画素色度値のＵＶ空間内の位置は、正方形９の中の黒点として示されている。高解像度テーブルは、インデックス１および２の二種類を使用することができる。低解像度テーブルの正方形９には、タグルックアップテーブルにおけるインデックスの指定に基づいて、インデックス２の高解像度テーブルが重ねられている。

方法
図４は、二段階の解像度を使用する８ビットのＵＶ空間における多重解像度の色度マッピングを示したフローチャートである。下記の方法の説明は、二段階の解像度および４分割数のグリッドを使用する上記の実施例に対応しているが、より高階層の解像度およびより多い分割数のグリッドを使用する場合にも容易に拡張することができる。

多重解像度のカラーマッピングによる処理を必要とする入力画素について考える。色度値は、ともに８ビットの値であるＵ成分およびＶ成分によって定義される。

１． インデックス付け：ＵおよびＶの最上位ビットが２つずつ連結され、４ビットのインデックスが生成される。インデックスは、この画素色度値の位置する高解像度の正方形を固有に特定する（ステップ４０２）。

２． タグのルックアップ：インデックスは、タグルックアップテーブルからタグを読み出すために使用される。タグ値は、解像度の粗いこの特定の正方形の上に高解像度テーブルが重ねられているか否かを、そしてもし重ねられているならばそれがどのテーブルであるかを決定する。タグがゼロである場合は、低解像度テーブルを使用することが望ましい。タグがゼロでない場合は、その値は、どの高解像度テーブルが重ねられているかを特定する（ステップ４０４）。

３． 低解像度テーブルによる補間：タグがゼロである場合は、ＵおよびＶに残る最下位ビットは、その低解像度正方形の四隅の頂点を基準にして、入力色度値の位置を定義する。次いで、ＵおよびＶに残る最下位ビットを補間の重みとして使用して、四隅の頂点に格納されたプログラム済みの色度オフセットを補間することによって、実際に適用される色度オフセットが決定される。補間された色度オフセットは入力値に加算され、出力色度値を得る（ステップ４０８および４１２）。

４． 高解像度テーブルへのインデックス付け：タグがゼロでない場合は、その値は、化解像度の細かいどのテーブルが重ねられるべきかを固有に特定する。次いで、ＵおよびＶの続く最上位ビットが２つずつ連結され、４ビットのインデックスが形成される。これは、入力色度値を含む正方形を高解像度テーブルの中で固有に特定する（ステップ４１４および４１６）。

５． 高解像度テーブルによる補間：ＵおよびＶのそれぞれに残る４つの最下位ビットは、解像度の細かい正方形の四隅の頂点を基準として、入力色度値の位置を定義する。次いで、ＵおよびＶに残る最下位ビットを補間の重みとして使用して、四隅の頂点に格納されたプログラム済みの色度オフセットを補間することによって、実際に適用される色度オフセットが決定される。補間された色度オフセットは入力値に加算され、出力色度値を得る（ステップ４１８および４１２）。図５は、二次元ルックアップテーブル用の双線型補間構造のハードウェア実装の一例である。

上記の処理は、より高階層の解像度にも容易に拡張することができる。三段階構造の場合は、カラーＬＵＴに加えて２つのタグテーブルが必要である。最上位ビットは、いずれかのタグエントリがゼロになるまで、または最も高い解像度に達するまで、タグテーブルへのインデックス付けを進めるために使用される。残る最下位ビットは、四隅の頂点をもとにして色度オフセットを補間するために使用される。このオフセットは、次いで、もとの値に加算され、出力色度値を得る。

テーブルへの最終的なインデックス付けは、テーブルのルックアップに次いで色度データを連結するだけで良いので、非常に効率的である。

ハードウェアによって実現される場合には、四隅の頂点のオフセットを１つのメモリワードに格納し、それと共に、タグ入力を別個のデータ構造に格納することによって、解像度のレベルにかかわらず、単一のサイクルでメモリにアクセスして補間を行うことが可能になる。また、あらゆるレベルの解像度のカラーＬＵＴを単一の物理メモリに格納することも可能になる。

例えば肌の色合い調整などの特定の用途では、高解像度テーブルは、肌の色合いの色度値を含む低解像度の正方形の上にのみ重ねられる。このように、高解像度領域をユーザ定義によってマップ上で局在化させれば、メモリ全般が管理可能であるための要件を満たしつつ、対象となる領域を最大解像度の理論カラーマップに非常に良く近似させることが可能である。

色度成分の絶対値ではなくオフセット値を格納するのは、必要とされるメモリ容量を減らすためである。これが可能であるのは、色度のダイナミックレンジと比べて使用されるオフセットの量が小さく、したがって、より少ないビット数で表現できるからである。

以上では、図示された実施形態にしたがって本発明が説明されたが、当業者ならば容易にわかるように、これらの実施形態は様々に変更することが可能であり、それらの変更形態もまた、本発明の趣旨および範囲に含まれる。したがって、当業者ならば、添付した特許請求の範囲の趣旨および範囲から逸脱することなく、多くの変更形態を実現することが可能である。

４×４のサンプリンググリッド１０の一例である。 本発明に従う多重解像度のＵＶカラー構造を示した図である。 二段階の８ビットのＵＶ色空間を使用する多重解像度のマッピングシステムを示した図である。 二段階の解像度を使用する８ビットのＵＶ空間における多重解像度の色度マッピングを示したフローチャートである。 二次元ルックアップテーブル用の双線型補間構造のハードウェアによる実現の一例を示した図である。

Claims (27)

1. 非グローバルな色調整を可能にするための方法であって、
   色度値のマッピングに使用される複数の多重解像度ルックアップテーブルを提供することを備える方法。
2. 非グローバルな色調整を可能にするためのシステムであって、
   色度値のマッピングに使用される複数の多重解像度ルックアップテーブルを提供することを備えるシステム。
3. 表示装置における色調整を可能にするための装置であって、
   色値を含む多重解像度構造と、
   前記多重解像度の要求に基づいて色値を補間するための補間構造と
   を備える装置。
4. 請求項３に記載の装置であって、
   ある特定の色に対する前記色調整は、前記色のサブセットに対する所定の色調整から導かれる、装置。
5. 請求項３に記載の装置であって、
   多重解像度構造は、前記色度空間内において、高解像度テーブルと低解像度テーブルとの間で指定を行う、装置。
6. 請求項３に記載の装置であって、
   多重解像度のカラーＬＵＴは、個別のＬＵＴを重ねることによって構成される、装置。
7. 請求項６に記載の装置であって、
   前記個別のＬＵＴには、単一の物理メモリ領域が用いられる、装置。
8. 請求項３に記載の装置であって、
   適用される最終的なＬＵＴを指し示すために、前記入力画素データのうち、連続する最上位ビットを使用する装置。
9. 請求項３に記載の装置であって、
   前記低解像度テーブルに重ねられた前記高解像度テーブルを指定するために、個別のルックアップテーブルが用いられる、装置。
10. 請求項３に記載の装置であって、
    二次ルックアップテーブルへのアクセスが必要であるか否かを示すために、一次ルックアップテーブルの入力ごとに、少なくとも１つのタグビットが用いられる、装置。
11. 請求項１０に記載の装置であって、
    前記少なくとも１つのタグビットは、少なくとも１つの個別のレジスタまたはメモリに格納される、装置。
12. 請求項１０に記載の装置であって、
    前記少なくとも１つのタグビットは、前記ルックアップテーブルデータと同じメモリに格納される、装置。
13. 請求項１３に記載の装置であって、
    前記多重解像度構造は、ＲＧＢ、ＹＵＶ、ＹＣｒＣＢ、ＹＰｒＰｂ、または他の任意のカラー領域に用いることができる、装置。
14. 請求項３に記載の装置であって、
    前記多重解像度構造は、アナログまたはデジタルのディスプレイに用いることができる、装置。
15. 表示装置におけるカラーマッピングのための方法であって、
    （ａ）多重解像度構造内に色値を提供することと、
    （ｂ）前記多重解像度構造に基づいて前記色値の補間を行うことと
    を備える方法。
16. 請求項１５に記載の方法であって、
    前記補間構造は、格納された色に対する調整をあらかじめ定義する、方法。
17. 請求項１５に記載の方法であって、
    前記多重解像度構造は、前記色度空間内において、高解像度と低解像度との間で指定を行う、方法。
18. 請求項１５に記載の方法であって、
    前記高解像度および低解像度は、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）を通して提供される、方法。
19. 請求項１５に記載の方法であって、
    多重解像度のカラーＬＵＴは、個別のＬＵＴを重ねることによって構成される、方法。
20. 請求項１５に記載の方法であって、
    前記個別のＬＵＴには、単一の物理メモリ領域が用いられる、方法。
21. 請求項１５に記載の方法であって、
    適用される最終的なＬＵＴを指し示すために、前記入力画素データのうち、連続する最上位ビットを使用する方法。
22. 請求項１５に記載の方法であって、
    前記低解像度テーブルに重ねられた前記高解像度テーブルを指定するために、個別のルックアップテーブルが用いられる、方法。
23. 請求項１５に記載の方法であって、
    二次ルックアップテーブルへのアクセスが必要であるか否かを示すために、一次ルックアップテーブルの入力ごとに、少なくとも１つのタグビットが用いられる、方法。
24. 請求項２３に記載の方法であって、
    前記少なくとも１つのタグビットは、少なくとも１つの個別のレジスタまたはメモリに格納される、方法。
25. 請求項２３に記載の方法であって、
    前記少なくとも１つのタグビットは、前記ルックアップテーブルデータと同じメモリに格納される、方法。
26. 請求項１５に記載の方法であって、
    前記多重解像度構造は、ＲＧＢ、ＹＵＶ、ＹＣｒＣＢ、ＹＰｒＰｂ、または他の任意のカラー領域に用いることができる、方法。
27. 請求項１５に記載の方法であって、
    前記多重解像度構造は、アナログまたはデジタルのディスプレイに用いることができる、方法。

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