JP2006146172A - 多階調表示装置における画質劣化低減方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 動画での擬似輪郭状の画質の劣化、隣接する画素での劣化を軽減する多階調表示装置における画質劣化低減方法を提供する。
【解決手段】 複数のサブフィールドからなる入力画像信号の１フィールド期間を、所定の値より小さい階調を表示し階調が増加するに応じて、連続するサブフィールドの重み付けの値が２進法に従った差分値で順次段階的に増加する複数のサブフィールドで構成される第１のサブフィールドグループと、所定の値以上の階調を表示し階調が増加するに応じて連続するサブフィールドの重み付けの値が第１のサブフィールドグループの中で一番大きい重み付けの値の２倍よりも小さい値から２倍の値まで順次段階的に増加する複数のサブフィールドで構成される第２のサブフィールドグループとに分割し、入力画像信号の入力階調に応じて第１及び第２のサブフィールドグループよりサブフィールドを選択し出力階調を得ることで多階調表示を行うようにしたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、画素ごとに２値のメモリを有し、多階調を持つ動画像をそれぞれ重み付けが行われる複数の２値の画像を時間的に重ねて表示するサブフィールド法を用いた多階調表示装置における画質劣化低減方法に関する。

近年、テレビ放送やコンピュータの表示装置として、プラズマディスプレイパネル（以下、ＰＤＰ（Plasma Display Panel）と称する）や液晶ディスプレイなどが普及してきている。

ＰＤＰや液晶ディスプレイなど画素ごとに２値のメモリを有する表示装置では、複数のサブフィールド画像を加算することにより、１枚のフィールド画像を作り出すサブフィールド法が用いられている。サブフィールド法により、２値のメモリ効果をもつ表示装置に多階調を持つ画像を表示することが可能になる。

しかし、従来のサブフィールド法を用いた表示方法では、動画像に対して独特の擬似輪郭状のノイズが見られ、画質が劣化するという問題があった。これは、動画像に対しては目がそれを追ってしまうので、目の時間的な積分領域が空間的に変化するために起こる。すなわち、視線が１フィールド表示期間内に複数の画素を移動する速度で動くと、サブフィールドの加算が１つの画素内ではなく複数の画素にまたがって行われ、正常な画像が得られなくなり、画質が劣化して見える。

この画質の劣化を減少させるための方法として、特許文献１に記載された中間調表示方法がある。特許文献１の中間調表示方法によりサブフィールドごとの発光期間を示す説明図を図８−１および図８−２に示す。図８−１および図８−２は２４個の２値画像であるサブフィールドを用いて表示するときの例であり、図８−１は２４個のサブフィールドを表示する順に並べたうちの前半の１２個を示し、図８−２は後半の１２個を示す。

各サブフィールドにおいて、図８−１および図８−２の斜線部分が発光する期間である。この部分の発光時間、あるいはこの期間内で発光するパルス数に対し、それぞれのサブフィールドでの重み付けを行う。それぞれのサブフィールドで重み付けを行うことにより、サブフィールドが加算され表示される１フィールドの画像の輝度を変えることができる。

また、それぞれの階調に対してどのサブフィールドが発光するかを示す表を図９に示す。図９は特許文献１の中間調表示方法により、２４ビット、６３９階調の動画像を表示する例である。

図８−１および図８−２において、サブフィールド番号「１」から「５」までの５個のサブフィールドでは、それぞれ２進法に従って「１」、「２」、「４」、「８」、「１６」の重み付けが行われ表示される。また、サブフィールド番号「６」から「２４」までの１９個のサブフィールドでは「３２」の重み付けが行われ、連続的な時間幅で変調され表示される。すなわち図９に示すように、階調が３２増えるごとに、サブフィールド番号「６」から「２４」までの発光するサブフィールドが連続的に１つずつ増えていく。「１」から「３１」、「３３」から「６３」・・・等の間の階調は、サブフィールド番号「１」から「５」までのサブフィールドにおいて２進法に従って発光することにより６３９階調が表示される。

この方法により、毎フィールド表示期間中に５画素の速度で左の方向に動かしたときの目の時間的な積分量を計算し、２進法に従って増加する重み付けが行われるサブフィールドのみで構成された従来例と比べると、階調が「１２７」から「１２８」、あるいは「６３」から「６４」の画素に視線が変化するとき、すなわち２進法表示で新たなビットが立つ場所でのノイズが軽減される。これにより、動画での擬似輪郭状の画質の劣化を減少させることができる。
特許第３０７５３３５号

しかし、サブフィールド数は駆動素子やドライバ等の性能により制限されるため充分なサブフィールド数がとれない場合があり、この場合、上記の特許文献１の技術では隣接する画素間に擬似輪郭状の輝度変化が残ってしまう。これは図１０に示すように、電圧がかかっている画素セルとかかっていない画素セルとが隣り合っている場合、電圧がかかっている画素セルの電荷が、電圧がかかっていない画素セルとの境目に流れてしまい、その境界部分が不安定になり暗く発光してしまうことにより起こるものである。特に低階調部分においては高階調部分と比較してデータの大きさに対する輝度の跳躍が大きく、擬似輪郭状の輝度変化が残りやすい。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、動画での擬似輪郭状の画質の劣化、特に低階調において隣接する画素間での劣化を軽減できる画質劣化低減方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための多階調表示装置における画質劣化低減方法は、互いに異なる重み付けをした複数のサブフィールドからなる入力画像信号の１フィールド期間を、所定の値より小さい階調を表示する第１のサブフィールドグループと所定の値以上の階調を表示する第２のサブフィールドグループとに分割し、第１のサブフィールドグループは、階調が増加するに応じて、連続するサブフィールドの重み付けの値が２進法に従って順次段階的に増加する複数のサブフィールドで構成され、第２のサブフィールドグループは、階調が増加するに応じて、連続するサブフィールドの重み付けの値が第１のサブフィールドグループの中で一番大きい重み付けの値の２倍よりも小さい値から２倍の値まで順次段階的に増加する複数のサブフィールドで構成され、入力画像信号の入力階調に応じて第１及び第２のサブフィールドグループよりサブフィールドを選択し出力階調を得ることで多階調表示を行うようにしたことを特徴とする。

本発明の多階調表示装置における画質劣化低減方法によれば、動画での擬似輪郭状の画質の劣化、特に低階調において隣接する画素間での劣化を減少させることができる。

（第１実施形態）
本発明の画質劣化低減方法を実行する多階調表示装置の第１実施形態を図１に示す。本実施形態においては、８ビット２５６階調で入力される画像を、１フィールドあたり２４個のサブフィールドを用いて表示する場合について説明する。

本実施形態による多階調表示装置１は、駆動装置１０と、反射型液晶表示素子２０と、偏光ビームスプリッタ（以下、「ＰＢＳ」と称する）３０と、ランプ４０と、カラーフィルタ５０と、スクリーン７０とを有する。

駆動装置１０は、色信号変換テーブル１１と、シフトレジスタ１２と、フレームバッファＡ１３と、フレームバッファＢ１４と、サブフィールドシーケンサ１５と、サブフィールドシーケンサテーブル１６とを有する。

色信号変換テーブル１１は、予め格納されている画像信号を異なるビット数の信号に変換するための情報を基に、ＤＶＤプレーヤ等の映像機器２から受信した８ビット２５６階調の映像信号を２４ビット５２０階調のサブフィールド信号に変換する。

シフトレジスタ１２は、変換されたサブフィールド信号を設定されたプレーンごとにまとめる。

フレームバッファＡとフレームバッファＢとは併せてダブルバッファ構造を成しており、シフトレジスタ１２で得られたプレーンごとのサブフィールド信号をフレーム毎に交互に一時保存する。

サブフィールドシーケンサ１５は、サブフィールドシーケンサテーブル１６の情報を基にフレームバッファＡまたはフレームバッファＢから取得したプレーンごとのサブフィールド信号に重み付けを行って反射型液晶表示素子２０に出力する。

サブフィールドシーケンサテーブル１６は、発光期間に対する重み付けに関する情報が格納されている。

反射型液晶表示素子２０は、それぞれ取得したプレーンごとのサブフィールド信号がＯＮのときは、重み付けされた発光期間に従ってＰＢＳ３０から入射した光をＰＢＳ３０を透過して投射させる。サブフィールド信号がＯＦＦのときは、入射した光を偏光せずにランプ４０方向に反射させる。

ＰＢＳ３０は、ランプ４０から入射された光を反射して反射型液晶表示素子２０に入射させる。

カラーフィルタ５０は、ランプ４０から放出された光から不要な成分を除去する。

投射レンズ６０は、反射型液晶表示素子２０から入射した光をスクリーン７０に投射する。

スクリーン７０は、投射された光を表示する。

本実施形態における多階調表示装置１の動作について説明する。

まず、ＤＶＤプレーヤ等の映像機器２から入力された８ビット２５６階調の映像信号が、色信号変換テーブル１１で取得される。色信号変換テーブル１１で取得された８ビット２５６階調の映像信号は、２４個のサブフィールドの「ＯＮ」、「ＯＦＦ」を表す２４ビットの信号に変換される。

２４ビットに変換された映像信号は、シフトレジスタ１２で３２個ずつの信号にまとめられ、２４ビット×３２プレーンごとのサブフィールド信号として送出される。

送出されたサブフィールド信号は、ダブルバッファ構造を有するフレームバッファＡ１３またはフレームバッファＢ１４にフレーム毎に格納される。この格納処理は、フレームバッファＡ１３とフレームバッファＢ１４とに対し、１クロックごとに交互に行われる。

フレームバッファＡ１３およびフレームバッファＢ１４に格納されたサブフィールド信号のうち、先に格納された方の信号がサブフィールドシーケンサ１５により取得され、サブフィールドシーケンサテーブル１６の情報を基に重み付けが行われて反射型液晶表示素子２０に出力される。

一方、ランプ４０から放出された光はカラーフィルタ５０で不要な成分が除去され、ＰＢＳ３０で反射されて反射型液晶表示素子２０に入射される。

反射型液晶表示素子２０で取得されたサブフィールド信号がＯＮのときは、入射された光がサブフィールド信号の重み付けによる発光期間で駆動され、投射レンズ６０に入射される。

投射レンズ６０に入射された光はスクリーン７０に投射され、１フレームの画像が表示される。

本実施形態において、サブフィールドシーケンサテーブル１６に格納されているサブフィールドごとの発光期間に対する重み付けについて、図２−１および図２−２を参照して説明する。

図２−１は、２４個のサブフィールドを表示する順に並べたうちの前半の１２個を示し、図２−２は後半の１２個を示す。図２−１および図２−２において、図８−１および図８−２の中間調表示方法によるサブフィールドごとの発光期間を示す説明図と同様に、各サブフィールドの斜線部分が発光する期間である。

本実施形態において、１フィールドの画像は２４個のサブフィールドを用いて表示される。２４個のサブフィールドのうち、サブフィールド番号「１」から「５」までの５個のサブフィールドは、階調が増加するに応じて連続するサブフィールドの重み付けの値が２進法に従った差分値で順次段階的に増加する第１のサブフィールドグループであり、「１」、「２」、「４」、「８」、「１６」の重み付けが行われる。

残りのサブフィールド番号「６」から「２４」までの１９個のサブフィールドは、階調が増加するに応じて連続するサブフィールドの重み付けの値が第１のサブフィールドグループの中で一番大きい重み付けの値の２倍よりも小さい値から２倍の値まで順次段階的に増加する第２のサブフィールドグループであり、「１６」、「１８」、「２０」、「２０」、「２０」、「２０」、「２０」、「２１」、「２３」、「２６」、「２９」、「３２」、「３２」、「３２」、「３２」、「３２」、「３２」、「３２」、「３２」の重み付けが行われる。このような重み付けの値により、０〜５２０階調での表示を行うことができる。第２のサブフィールドにおいて「段階的に増加する」とは、上述の「２０」の重み付けのように、連続して同じ重み付けの値が続く場合を含むものとする。

この重み付けに関する情報は、サブフィールドシーケンサテーブル１６に予め保存される。

これらの重み付けの値に従って、反射型液晶表示素子２０で駆動される階調で、スクリーン７０に表示が行われる。例えば、すべてのサブフィールドがＯＮの場合は、すべてのサブフィールドの重み付けの値を加算した５２０／５２０の階調での表示が行われ、サブフィールド番号「１」、「３」、「５」、「６」、「７」のサブフィールドだけがＯＮの場合は、（１＋４＋１６＋１６＋１８）／５２０つまり、５５／５２０の階調での表示が行われる。

実際のサブフィールドごとの発光期間は、予め設定された係数をこの重み付けの値に乗算した値の駆動クロック数分である。

図３は、それぞれの階調に対してどのサブフィールドが発光して表示するかを示す表である。

図３において、駆動階調「０」から「１５」までは、サブフィールド番号「１」から「５」の５個のサブフィールドを用いて２進法に従って増加する重み付けで表示される。また、駆動階調「１６」から「３３」までは、サブフィールド番号「６」のサブフィールドをＯＮにし、駆動階調からサブフィールド番号「６」の重み付けである「１６」を引いた階調である「０」から「１７」がサブフィールド番号「１」から「５」の５個のサブフィールドを用いて２進法に従って増加する重み付けで表示される。

次の駆動階調「３４」は、サブフィールド番号「１」から「５」のサブフィールドをすべてＯＦＦにし、サブフィールド番号「６」および「７」のサブフィールドをＯＮにすることによりサブフィールド番号「６」の重み付け「１６」とサブフィールド番号「７」の重み付け「１８」が加算されて表示が行われる。

同様に、駆動階調「１１４」から「１３３」までは、サブフィールド番号「６」から「１１」のサブフィールドをＯＮにし、駆動階調からサブフィールド番号「６」から「１１」の重み付けの合計である「１１４」を引いた階調である「０」から「１９」がサブフィールド番号「１」から「５」の５個のサブフィールドを用いて２進法に従って増加する重み付けで表示される。

次の駆動階調「１３４」は、サブフィールド番号「１」から「５」のサブフィールドをすべてＯＦＦにし、サブフィールド番号「６」から「１２」のサブフィールドをＯＮにすることによりサブフィールド番号「６」から「１２」の重み付けの合計「１３４」で表示が行われる。

また図４は、本実施形態の各サブフィールドにおいて、最初にＯＮになったときの階調における、全階調により正規化された階調の値および階調により正規化された位相差の値を示す表である。ここで、全階調により正規化された階調の値とは、該当する階調を全階調数である５２０で割った値である。また、階調により正規化された位相差の値とは、位相差（連続する階調間で「ＯＮ」「ＯＦＦ」が異なる重み付けの値の合計）を該当する階調で割った値である。

図５は、比較のために算出された従来例の各サブフィールドにおいて、図４と同様に、最初にＯＮになったときの階調における、全階調により正規化された階調の値および階調により正規化された位相差の値を示す表である。

図４および図５において算出された正規化された階調の値を横軸に、正規化された位相差の値を縦軸にとったグラフを図６に示す。図６において、点線は図４の本実施形態によるサブフィールドの重み付けで算出された値によるグラフであり、実線は図５の従来例によるサブフィールドの重み付けで算出された値によるグラフである。

図６のグラフにより、従来例のグラフと比較して本実施形態では、正規化された階調の値が約０．４より下で位相差が明らかに減少していることがわかる。位相差が減少することにより、隣接する画素間での輝度の飛躍が小さくなる。

例えば３１階調と３２階調とを例にとると、従来の方法では図９に示すように、３１階調を表すときにサブフィールド番号「１」から「５」までがすべて発光してサブフィールド番号「６」以降がすべて消灯し、３２階調を表すときにはサブフィールド番号「６」のみが発光して他のサブフィールドはすべて消灯している。これにより、発光しているサブフィールド番号は３１階調と３２階調とですべて異なり、正規化された位相差の値は１．９６８７５になる。

これに対し、図３に示す本実施形態では、３１階調を表すときにサブフィールド番号「１」から「４」および「６」が発光して他のサブフィールドが消灯し、３２階調を表すときにはサブフィールド番号「６」および「７」が発光して他のサブフィールドが消灯している。これにより、３１階調と３２階調とも発光しているサブフィールドがあること（サブフィールド「６」）、３２階調で新たに発光したサブフィールド番号「７」の重み付けが「１６」であり図９の従来例の半分であることから正規化された位相差の値は０．９６８７５と従来例の約半分以下になっている。また、発光するサブフィールドが番号順ではなく「１」〜「４」および「６」とし、「５」を跳ばすことによりそれ以降の高階調の表示との位相差が少なくなる。

このように本実施形態においては、発光するサブフィールドの順番は、滑らかな位相差で階調が上がっていくように任意に決めることができる。滑らかな位相差で階調が上がることにより、階調間での位相差が縮まってノイズが減少し、隣り合った画素間での輝度差も従来例より小さくなるため表示画像の疑似輪郭状の画質劣化は大きく改善される。本実施形態では、特に画質の向上が難しい低階調において顕著な効果がある。

（第２実施形態）
本発明の画質劣化低減方法を実行する多階調表示装置の第２実施形態によるサブフィールドの構成を図７−１および図７−２に示す。ここで、図７−１は、２４個のサブフィールドを表示する順に並べたうちの前半の１２個を示し、図７−２は後半の１２個を示す。

本実施形態は、第１実施形態と同じ値で重み付けが行われたサブフィールド番号「１」から「２４」のサブフィールドが、順番を変更して表示されるようにしたものである。

本実施形態では、サブフィールド番号が「２４」、「２２」、「２０」、「１８」、「１６」、「１４」、「１２」、「１０」、「８」、「６」、「１」、「２」、「３」、「４」、「５」、「７」、「９」、「１１」、「１３」、「１５」、「１７」、「１９」、「２１」、「２３」の順に表示される。

このように変更することにより、サブフィールド番号「６」〜「２４」のサブフィールドの位置が、第１実施形態に比べて、２進法に従って重み付けが行われるサブフィールド番号「１」〜「５」のサブフィールドの位置に近くなる。

この結果、さらに重みの移動距離が短くなり、さらに動画表示時に現れる疑似輪郭状の画質劣化が改善される。

本発明のサブフィールド数は２４に限定されず、また重み付けの値も本実施形態の値に限定されない。

本発明の画質劣化低減方法を実行する多階調表示装置の第１実施形態を示すブロック図である。 本発明の多階調表示装置における画質劣化低減方法の第１実施形態において前半に表示するサブフィールドの構成を示す説明図である。 本発明の多階調表示装置における画質劣化低減方法の第１実施形態において後半に表示するサブフィールドの構成を示す説明図である。 本発明の多階調表示方法の第１実施形態において各階調に対してどのサブフィールドが発光するかを示す表である。 本発明の多階調表示方法の第１実施形態における各階調の正規化された階調の値および正規化された位相差の値を示す表である。 従来の中間調表示方法における各階調の正規化された階調の値および正規化された位相差の値を示す表である。 図５および図６で算出された値を表す折れ線グラフである。 本発明の多階調表示装置における画質劣化低減方法の第２実施形態において前半に表示するサブフィールドの構成を示す説明図である。 本発明の多階調表示装置における画質劣化低減方法の第２実施形態において後半に表示するサブフィールドの構成を示す説明図である。 従来の中間調表示方法において前半に表示するサブフィールドの構成を示す説明図である。 従来の中間調表示方法において後半に表示するサブフィールドの構成を示す説明図である。 従来の中間調表示方法において各階調に対してどのサブフィールドが発光するかを示す表である。 従来の中間調表示方法において表示された画素間の電荷の状態を示す概念図である。

符号の説明

１…多階調表示装置
２…映像機器
１０…駆動装置
１１…色信号変換テーブル
１２…シフトレジスタ
１３…フレームバッファＡ
１４…フレームバッファＢ
１５…サブフィールドシーケンサ
１６…サブフィールドシーケンサテーブル
２０…反射型液晶表示素子
３０…ＰＢＳ
４０…ランプ
５０…カラーフィルタ
６０…投射レンズ
７０…スクリーン

Claims (1)

1. 互いに異なる重み付けをした複数のサブフィールドからなる入力画像信号の１フィールド期間を、所定の値より小さい階調を表示する第１のサブフィールドグループと前記所定の値以上の階調を表示する第２のサブフィールドグループとに分割し、
   前記第１のサブフィールドグループは、階調が増加するに応じて、連続するサブフィールドの重み付けの値が２進法に従って順次段階的に増加する複数のサブフィールドで構成され、
   前記第２のサブフィールドグループは、階調が増加するに応じて、連続するサブフィールドの重み付けの値が前記第１のサブフィールドグループの中で一番大きい重み付けの値の２倍よりも小さい値から２倍の値まで順次段階的に増加する複数のサブフィールドで構成され、
   前記入力画像信号の入力階調に応じて前記第１及び第２のサブフィールドグループよりサブフィールドを選択し出力階調を得ることで多階調表示を行うようにしたことを特徴とする多階調表示装置における画質劣化低減方法。
   
   

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