JP2007003848A - 信号変換方法および信号変換装置 - Google Patents
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Abstract
液晶表示装置において、パネルのRGBWサブ画素の波長透過特性と、バックライトのRGB発光の波長透過特性の組み合わせを利用して、効率の良い表示動作を実現することを課題としている。
【解決手段】
パネル側には、RGBに加えて、RGBの各単色よりも広い波長分布を持つ色として例えばWをサブ画素として備える。バックライト側には、RGBの3色、あるいはRGBにWを加えた4色を用意して、各色の発光量を制御する駆動回路を備える。そして、入力
RGB信号を信号変換することで、表示装置のパネル駆動信号およびバックライト駆動信号を算出して、それぞれを独立に駆動する信号変換方法。
【選択図】図1
Description
RWBの組み合わせで画素を構成することで、一定面積内の画素密度を維持しながらサブ画素数の増加を抑えることができる。これらのパネル上のサブ画素配置に応じて、表示画質を向上させるための輪郭補正,平滑化,色補正等の信号処理を行うことができるが、本発明はこれらの画質向上の信号処理の内容を限定するものではない。
Ri=Rp×Rb+Wp×Rb
Gi=Gp×Gb+Wp×Gb
Bi=Bp×Bb+Wp×Bb
ここでバックライト駆動信号は画面全体において設定するのに対して、パネル駆動信号は画素ごとに設定する信号であるから、上式は画面全体の画素それぞれの関係式となる。
22がバックライト駆動信号14を算出して、その結果をバックライト駆動信号蓄積回路24に一時的に蓄積する。また、入力された映像信号に基づいて、R,G,B,Wの各波長透過率特性を有するサブ画素から構成されるパネルを駆動するパネル駆動信号を算出する手段であるパネル駆動信号算出回路23は、画面メモリ21とバックライト駆動信号蓄積回路24を参照しながら、パネル駆動信号13の算出を行う。そして、パネル駆動信号13とバックライト駆動信号14の組み合わせで表示装置を駆動する。また上記回路と同等の機能をソフトウェア処理で実現できることは言うまでもない。具体的な処理手順,回路の動作を以下に述べる。
手順1:
面内の入力RGB信号から、各色信号の最大値Rmax,Gmax,Bmaxを算出して、バックライト駆動信号RGBの仮設定値(Rb′,Gb′,Bb′)=(Rmax,Gmax,Bmax)とする。
手順2:
バックライト駆動信号RGBの仮設定値(Rb′,Gb′,Bb′)を用いて、各画素のパネル駆動信号RGBの仮設定値(Rp′,Gp′,Bp′)を、次式の反比例の関係を満たすように算出する。ここでは、画素mと画素nの表記を略してある。
Ri=Rb′×Rp′
Gi=Gb′×Gp′
Bi=Bb′×Bp′
明らかなように、入力RGB信号の面内の最大値に基づいてバックライト駆動信号を設定するならば、バックライトの発光量はフレーム毎に変化することになる。これは、表示画面を維持しながら消費電力を削減できる効果となる。このとき、パネル駆動信号は、該表示画面内の最大値である画素において、最大振幅(=1)となる。
手順3:
上記手順2で求めたパネル駆動信号RGBの仮設定値(Rp′,Gp′,Bp′)を利用して表示を行っても問題ないが、次に、該仮設定値の画面内の最小値を求めてWサブ画素の駆動信号の仮設定値Wp′とする。なお画素mと画素nの表記を略してある。
Wp′=MIN(Rp′,Gp′,Bp′)
仮設定値Wp′は、画面内の全ての画素が共通的に有するRGBの信号レベルであるから、白色に置き換えることができる。ただし置き換えのために利用するのであるから、仮設定値Wp′の大きさは、Wp′以下で0以上の範囲内であって良い。これらの関係は次式で表されて、パネル駆動信号RGBを、仮設定値(Rp′,Gp′,Bp′)からWp′を引き算した値で置き換えて、新たにWp′を加算することで入力RGB信号を表示する。ただし原理を示すためであって、信号処理手順において演算は不要である。
Ri=Rb′×(Rp′−Wp′)+Rb′×Wp′
Gi=Gb′×(Gp′−Wp′)+Gb′×Wp′
Bi=Bb′×(Bp′−Wp′)+Bb′×Wp′
手順4:
上式は、入力RGB信号を表示するために、パネルのサブ画素のRGBとWによる分担割合を示していることになる。つまり第一項はRGBサブ画素による表示出力、第二項はWサブ画素による表示出力であり、両者を組み合わせて入力RGB信号と同値となる。そして、両者の分担割合は、仮設定値Wp′の大きさに依存した補完(一方を増加させれば他方は減少する)関係にあることが分かる。上述したように仮設定値Wp′は0からWp′の範囲内で選んで良いから、上記の分担割合を設定するにおいて自由度が残る。
Wp′=MIN(Wp′,0.5)
手順5:
Wpを用いて各色サブ画素の駆動信号の修正は、パネル駆動信号を低くする方向に働く。ここでパネルとバックライトの駆動信号の関係が反比例にあることから、上記のパネル駆動信号の修正は、バックライト駆動信号の修正に反映することができる。つまり、表示画面内のサブ画素の駆動信号の修正を、バックライト発光量の削減に利用できることになる。手順(2)で説明したように表示画面内のサブ画素の駆動信号の最大値は最大振幅
(=1)であったが、これをWp′で修正するならば振幅は(1−Wp′)となる。この値を再び最大振幅(=1)とするには(1−Wp′)で割ればよい。そして反比例の関係で、バックライト駆動信号に(1−Wp′)を掛ければ、入力RGB信号を再生するためのパネルとバックライトの駆動信号の関係を維持できることになる。これより新たに設定するバックライト駆動信号は以下となる。係数とする(1−Wp′)の大きさは1.0 以下であるから消費電力削減の効果が得られる。
Rb=Rb′×(1−Wp′)
Gb=Gb′×(1−Wp′)
Bb=Bb′×(1−Wp′)
手順6:
こうして定めたバックライト駆動信号による光量を用いて、入力RGB信号の表示を行うために、面内の各画素のパネル駆動信号を算出する。上述した係数(1−Wp′)を用いるならば下式のように一意に算出できる。
Rp=(Rp′−Wp′)/(1−Wp′)
Gp=(Gp′−Wp′)/(1−Wp′)
Bp=(Bp′−Wp′)/(1−Wp′)
Wp=Wp′ /(1−Wp′)
これより、入力RGB信号を下式のように再生することができる。
Ri=Rb×Rp+Rb×Wp
Gi=Gb×Gp+Gb×Wp
Bi=Bb×Bp+Bb×Wp
なおこの段階において消費電力の大半を費やすバックライト駆動信号が既に算出済みである。上式〔数7〕において係数(1−Wp′)を用いなくとも、入力RGB信号とバックライト駆動信号から両者の関係を満たすように前記手順2,3に沿って〔数2〕〔数3〕〔数4〕の演算を行うことで、パネル駆動信号を求めることができる。これは、手順5から6において受け渡す信号は(入力RGB信号は全ての手順で共通とするならば)バックライト駆動信号のみで良いことを意味する。
手順7:
上記で基本的な信号変換は完了する。ここで着目できるのは入力RGB信号を忠実に再現するためのパネルとバックライトの駆動信号を得ることを暗黙の前提としていることである。したがって、忠実に再現すると言う前提を外すならば、画質向上という観点から信号設定の自由度を高めることができる。上記手順で求められたWサブ画素とRGBサブ画素の寄与を相対的に変化させることで、輝度と彩度の関係を変化させる効果となる。
数値例1
画素m(RmGmBm=1,1,1),画素n(RnGnBn=1,1,1)
手順1:
Rmax=1,Gmax=1,Bmax=1
(Rb′,Gb′,Bb′)=(Rmax,Gmax,Bmax)
=(1,1,1)
手順2:
Rpm′=1,Gpm′=1,Bpm′=1
Rpn′=1,Gpn′=1,Bpn′=1
手順3:
Wp′=MIN(Rp′,Gp′,Bp′)
=1
手順4:
Wp′=MIN(Wp′,0.5)
=0.5
手順5:
Rb=Rb′×(1−Wp′)
Gb=Gb′×(1−Wp′)
Bb=Bb′×(1−Wp′)
Rb=0.5,Gb=0.5,Bb=0.5
手順6:
Rp=(Rp′−Wp′)/(1−Wp′)
Gp=(Gp′−Wp′)/(1−Wp′)
Bp=(Bp′−Wp′)/(1−Wp′)
Wp= Wp′ /(1−Wp′)
Rpm=1,Gpm=1,Bpm=1,Wpm=1
Rpn=1,Gpn=1,Bpn=1,Wpn=1
これより本発明では、RGBWサブ画素の駆動信号を最大にしながらも、バックライト駆動信号は最大振幅の半分に設定することで表示できる。なお、バックライト駆動信号の振幅に余裕があることから、その余裕を用いて入力RGB信号の指示を上回る表示出力が行うこともできる。これは前述したような画質演算係数として設定できる。
数値例2
画素m(RmGmBm=1,0.4,0.4),画素n(RnGnBn=0.7,0.5,0.3)
手順1:
Rmax=1,Gmax=0.5,Bmax=0.4
(Rb′,Gb′,Bb′)=(Rmax,Gmax,Bmax)
=(1,0.5,0.4)
手順2:
Rpm′=1,Gpm′=0.8,Bpm′=1
Rpn′=0.7,Gpn′=1,Bpn′=0.75
手順3:
Wp′=MIN(Rp′,Gp′,Bp′)=0.7
手順4:
Wp′=MIN(Wp′,0.5)=0.5
手順5:
Rb=0.5,Gb=0.25,Bb=0.2
手順6:
Rpm=1.0,Gpm=0.6,Bpm=1.0,Wpm=1.0
Rpn=0.4,Gpm=1.0,Bpm=0.5,Wpn=1.0
図3は、信号変換装置1における信号処理を実行する回路構成例を示している。
30を用いて前記手順1を実行することでバックライト駆動信号RGBの仮設定値を算出する。前記手順2から4までの信号処理を、画面メモリ21から入力RGB信号33を読み出しながら、W信号算出回路31で実行する。前記手順5の信号処理をバックライト駆動信号算出回路22で実行して、その結果として得られるバックライト駆動信号をバックライト駆動信号蓄積回路24に蓄積する。その蓄積手段は、レジスタあるいはメモリ等を利用できる。そして前記手順6を、その蓄積したバックライト駆動信号と、画面メモリ
21から読み出す入力RGB信号34から、パネル駆動信号算出回路23を用いてサブ画素ごとのパネル駆動信号13を生成する。そしてバックライト駆動信号14とパネル駆動信号13を併せて出力する。
14である。あるいは表示装置2にパネル信号算出回路を備えることで、入力RGB信号12とバックライト駆動信号14とすることができる。
14からパネル駆動信号13を算出する構成である。ここで伝送装置3は、入力された映像信号10と同じ信号形式を利用する。このため、映像信号を構成する画素あるいは帰線期間に、バックライト駆動信号を書き込む。このように本発明は、映像信号10の伝送フォーマットを維持したままバックライト駆動信号を付け加えて伝送する。入力された映像信号10の伝送フォーマットを維持していることから、従来の映像信号ケーブルを用いて伝送装置3を構成できる。これは、信号変換装置1と表示装置2が別筐体にある装置構成で、両者をケーブル等で接続する構成に好適となる。ここで表示装置が従来のCRTであっても、その映像信号へバックライト駆動信号を付け加えたままで表示を行うことができる。こうして、上述したように、既存の映像信号の伝送ケーブル等の利用伝送装置3を用いることで、信号変換装置1から表示装置2への信号接続を容易に実現できる効果がある。
入力RGB信号12は、映像信号10のフレーム周期に従って画面ごとに入力して、画面メモリに蓄積する。
前記した手順に従って、入力RGB信号12からバックライト駆動信号を生成する。この生成は、入力RGB信号12の入力開始時点から始めて、入力終了後においても、さらなる画面メモリの参照を行う。
信号変換装置1ではパネル駆動信号の算出までは行わずに、上記算出したバックライト駆動信号と、画面メモリから読み出す入力RGB信号を出力する。ここで、受信側の信号処理手順を考慮して、バックライト駆動信号を入力RGB信号に先立って出力する。この効果は後述する。
伝送装置3による信号の伝送を行う。一般に短距離であるならば伝送遅延は無視できるほどであるが、大画面の映像信号の伝送レートは極めて高くなる傾向にある。伝送遅延の影響(いわゆるスキュー)を減らすには、シリアル伝送路を利用することが望ましい。本発明は後述するように画面データと制御データを単一のフォーマットに組み合わせることを特徴としており、シリアル伝送路を用いるに好適である。また後述するように、このシリアル伝送路は既存方式と互換性を保つことができる。
前記(3)と(4)を経由して、バックライト駆動信号と入力RGB信号を受信する。ここで、入力RGB信号が到着する以前に、バックライト駆動信号を用意することができる。
ここで、バックライト駆動信号を参照しながら、順次に入力する入力RGB信号からパネル駆動信号を算出する。ここで、入力RGB信号が3種類の信号であり、パネル駆動信号はRGBWの4種類の信号であることに注目するならば、データ量が3分の4に増加していることが分かる。しかしながら算出後のパネル駆動信号は、表示装置2が備えるパネル駆動回路に即座に伝達することで、新たなデータフォーマットに整理する必要も、またデータ蓄積する必要もない。つまり本発明によれば、上記の3分の4に増加するデータ量の影響が及ぶ範囲を最小限に抑えることができる効果がある。
伝送装置3を経由して入力したバックライト駆動信号と、前記手順(6)で生成したパネル駆動信号を用いて、それぞれバックライトとパネルを駆動することにより、両者の組み合わせとして表示出力を得る。
(A)映像フレームと同期してバックライト駆動信号等の制御信号を伝送することができる。
(B)既存の映像信号の伝送手段を利用できる。
(C)映像信号と同等の手段で各種制御信号の読み書きができる。
(D)映像信号と同じく各種制御信号を画面メモリに蓄積ができる。
(E)伝送を行うに好適である。
というメリットがある。
RiGiBiを組み合わせた16ビットになる。
RGBα4種類のデータを蓄積および伝送する構成においては、図10(2)に示すようにそのα信号をW信号に置き換えることで、RGBW4種類の信号の蓄積伝送を実現できる。
(セントラル プロセッシング ユニット)、101…GPU(グラフィック プロセッシング ユニット)、102…システムメモリ、103…グラフィックメモリ。
Claims (10)
- 入力された映像信号に基づいて、R,G,Bの各波長発光特性を有する発光素子から構成されるバックライトを駆動するバックライト駆動信号を算出する手段と、
入力された映像信号に基づいて、R,G,B,Wの各波長透過率特性を有するサブ画素から構成されるパネルを駆動するパネル駆動信号を算出する手段と、
を備えることを特徴とする信号変換装置。 - 請求項1記載の信号変換装置において、
表示フレーム周期の前記バックライト駆動信号の変化量に上限を設定する手段を有することを特徴とする信号変換装置。 - 請求項1記載の信号変換装置において、
前記バックライト駆動信号が前記映像信号より時間的に先立つように伝送する手段を有し、
前記パネル駆動信号を算出する手段は、前記バックライト駆動信号と前記映像信号から前記パネル駆動信号を算出することを特徴とする信号変換装置。 - 請求項3記載の信号変換装置において、
表示画面内を制御する表示制御信号を前記映像信号内に含ませていることを特徴とする信号変換装置。 - 請求項3記載の信号変換装置において、
前記バックライト駆動信号を表示画面内の前記映像信号の一部に含ませていることを特徴とする信号変換装置。 - 請求項1記載の信号変換装置において、
前記入力された映像信号を一時格納するメモリを有することを特徴とする信号変換装置。 - 請求項1記載の信号変換装置において、
前記バックライト駆動信号及び前記パネル駆動信号を伝送装置を介して表示装置へ送信するためのインタフェース手段を有することを特徴とする信号変換装置。 - 請求項1記載の信号変換装置において、
前記映像信号は、浮動小数点形式の信号であって、
前記パネル駆動信号は、前記浮動小数点形式の信号の小数部に示され、
前記バックライト駆動信号は、前記浮動小数点形式の信号の指数部で示されたことを特徴とする信号変換装置。 - 入力された映像信号をメモリに格納し、
格納された映像信号に基づいて、R,G,B,Wの各波長透過率特性を有するサブ画素から構成されるパネルを駆動するパネル駆動信号を算出し、
前記入力された映像信号に基づいて、R,G,Bの各波長発光特性を有する発光素子から構成されるバックライトを駆動するバックライト駆動信号を算出し、
前記パネル駆動信号及び前記バックライト駆動信号を表示装置へ出力することを特徴とする信号変換方法。 - 請求項9記載の信号変換装置において、
前記算出されたバックライト駆動信号は、バックライト駆動信号蓄積手段で一時格納したうえで、表示装置へ出力することを特徴とする信号変換方法。
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