JP2007133051A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示素子等の、ホールド型画像表示装置における動画ぼやけを改善する。
【解決手段】本発明は、入力画像信号の１フレームの画像から、第１サブフレームと、該第１フレームよりも階調が低い第２サブフレームとを生成するサブフレーム生成部(5、6)と、画像信号の輝度ヒストグラムを検出するヒストグラム検出部(2)と、この輝度ヒストグラムから入力画像信号が高階調画像か否かを判定する画像判定部(3)と、入力画像信号が高階調画像の場合に、当該入力画像信号の階調レベルを低下させるレベル補正部(4)とを備える。高階調画像の階調を低下させることにより、第１と第2サブフレーム間の輝度差を維持して動画ぼやけ改善効果を高める。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば液晶表示素子等のホールド型の表示素子を用いた画像表示装置に関する。

液晶表示素子等のホールド型の表示素子は、CRTのようなインパルス型とは異なり、１フレーム期間、画素毎に画像データをホールドする。このため、このような表示素子で動画を表示する場合においては、画像の輪郭がぼやけて見える現象（以下、動画ぼやけと称する）が発生し、残像としてユーザに視認される。

この動画ぼやけを改善するための技術は、例えば特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１には、ホールド型画像表示装置において、１フレーム期間を互いに階調が異なる複数のサブフレーム期間に分割して画像表示を行うことにより、同一画像データが保持されるホールド期間を短くして動画ぼやけを改善することが開示されている。上記各サブフレームの階調レベルは、入力画像信号の階調レベルに応じて設定される。

特開2005-173573号公報（段落0102、図1）

上記サブフレームは、例えば第１サブフレームと、この第１サブフレームより階調が低い第２サブフレームとを含む。この第１及び第２サブフレームのそれぞれの階調は、両者が合成されたときに、その両者の基となるオリジナルフレームの階調と等しくなるように設定される。例えば、オリジナルフレームが100階調（8ビット表現で最大255階調）の場合は、第１サブフレームは137階調、第２サブフレームは32階調に設定される。

このとき、第２サブフレームの階調が低い（黒に近い）ほど動画ぼやけの改善効果が大きい。従って、オリジナルフレームの階調が低階調〜中階調の場合は、第２サブフレームの階調を低くすることができるため、動画ぼやけの改善効果が大きくなる。

しかしながら、第１フレームの階調は上記最大階調（例えば255階調）に制限されるため、オリジナルフレームの階調が高階調の場合は、第２サブフレームの階調を低くすることが困難となる。例えば、オリジナルフレームが220階調の場合、第１サブフレームは255階調、第２サブフレームは114階調に設定される。よって、従来技術では、オリジナルフレームが高階調の場合は、動画ぼやけの改善効果が少なくなる。

また、2−3プルダウンや2−2プルダウンの画像信号から得られたサブフレームを表示する場合は、ある画像内容を示すオリジナルフレームから別の画像内容を示すオリジナルフレームに切り替わるときに、一旦暗いサブフレームが挟まれる。このため、当該切り替わり部において、フリッカ、ジャダー妨害（動きの滑らかさが損なわれる妨害）が強調されて認識される場合がある。上記切り替わり部とは、例えば、ある映像内容（Ａ）を示すオリジナルフレームがＡＡと２回連続し、その次に別の映像内容（Ｂ）を示すオリジナルフレームがＢＢＢと３回連続する2−3プルダウン映像信号において、フレームＡからフレームＢに切り替わる部分を指す。

本発明は、上記のような従来技術に課題に鑑みて為されたものであって、その目的は、動画のぼやけが改善された高画質な映像を表示するための技術を提供することにある。また、上記動画ぼやけを改善しつつプルダウン形式の画像信号を高画質で表示することも、本発明の目的の一つである。

上記目的を達成するために、本発明では、入力画像信号の階調が所定値以上の場合は、当該入力画像信号の階調レベルを低下するように補正し、この階調補正された入力画像信号から第１及び第２サブフレームを生成することを特徴とするものである。このとき、液晶表示素子の光源（バックライト）からの光の照度を高めて、上記階調の低下分を補償することが好ましい。

上記入力画像信号が高階調の画像であるか否かは、入力画像信号から検出された、所定期間における複数の階調領域毎の出現頻度を示すヒストグラムによって判定される。また、所定期間における平均輝度レベル（ＡＰＬ）から上記判定を行ってもよいし、これらを組み合わせてもよい。

また、本発明は、プルダウン形式の画像信号からサブフレームを生成する場合に、入力画像信号のフレームの切り替わり部におけるサブフレーム間の階調レベルを同一としたことを特徴とするものである。

本発明によれば、例えば液晶表示素子等のホールド型表示素子を用いた画像表示装置において、良好に動画ぼやけを改善して高画質な映像を表示することができる。また、プルダウン形式の画像信号を、フリッカ、ジャダーを提言させて表示することが可能となる。

本発明の実施形態について、以下、図面を参照しつつ詳細に説明する。尚、以下に説明する実施形態は、画像表示素子として、液晶表示素子を用いた画像表示装置を例にして説明する。しかしながら、上述したホールド型の表示素子であれば、液晶表示素子以外の表示素子、例えばＥＬ表示素子等においても同様に適用され得る。

図１は、本発明に係る画像表示装置の第1実施例の一構成例を示すブロック図である。本実施例においては、入力端子１から60Hzのフレーム周波数を持つコンポーネント形式（ＹＣbＣｒフォーマット）の画像信号が入力されるものとする。入力端子１に入力された画像信号は、レベル補正部４に供給される。また、その入力画像信号は、検出範囲設定部２１を経由してヒストグラム検出部２にも供給される。検出範囲設定部２１は、画像１画面のうち、ヒストグラム検出部で検出する輝度ヒストグラムの範囲を設定するものである（詳細は後述する）。ヒストグラム検出部２は、入力画像信号に含まれる輝度信号（Ｙ）から、例えば１フレームまたは１フィールド期間における輝度ヒストグラムを検出する。この輝度ヒストグラムは、複数に区分された階調領域毎にそれぞれ対応する輝度信号の出現頻度を示すものである。例えば入力画像信号が８ビットのデジタル信号でその階調数が256である場合、輝度ヒストグラムにおける階調領域を例えば32階調毎に例えば8〜16個に区分する。そして区分された領域毎に、その階調領域に属する（含まれる）レベルを持つ輝度信号の画素数を出現頻度として、１フレームまたは１フィールド期間計数する。このようにして輝度ヒストグラムが生成される。尚、以下の説明においては、入力画像の最大階調を255として説明する。

上記ヒストグラム検出部２で生成された輝度ヒストグラムは、画像判定部３に供給される。画像判定部３は、生成された輝度ヒストグラムから、所定階調（例えば190階調）以上の領域における画素数が所定数以上存在する高階調画像であるか否かを判定する。画像判定部３は、この判定の結果、入力画像信号が高階調画像であると判定した場合には、制御信号３３を出力しレベル補正部４及び光源制御部８に供給する。

レベル補正部４は、入力端子１に入力された画像信号の階調レベルを、画像判定部3から出力された制御信号に応じて補正する。画像判定部3から制御信号が出力された場合、レベル補正部４は、画像信号の階調を低下させるように制御する。レベル補正部4によって階調が補正された画像信号は、倍速変換部５に入力され、この倍速変換部５でフレーム周波数が２倍に変換される。入力画像信号のフレーム周波数は、本例では上述したように60Hzであるため、倍速変換部５は、その２倍の120Hzに変換する。倍速変換部５は、フレーム周波数を２倍にする際、例えば同一フレームを２回繰り返す。例えば入力画像信号のオリジナルフレームがＡ、Ｂ、Ｃ…と1/60秒周期で出現する場合、倍速変換部５は、これをＡ、Ａ、Ｂ、Ｂ、Ｃ、Ｃ…と1/120秒周期の信号に変換する。

階調変換部６は、倍速変換部５によって倍速化された画像信号に対し階調変換処理を行う。ここでは、上記倍速変換部５で生成された２つの連続する同一フレームのうち、最初に出現するフレームを第１（1st）サブフレームとし、その後に出現するフレームを第２（2nd）サブフレームとする。そして階調変換部６は、第1サブフレームの階調をオリジナルフレームの階調よりも高く（すなわち明るく）なるように階調変換し、第２サブフレームの階調をオリジナルフレームの階調よりも低く（すなわち暗く）なるように階調変換する。すなわち、第２サブフレームの階調は、第1サブフレームよりも低くされる。

階調変換部６における階調変換処理の一例を、図２を参照しつつ説明する。図２は、階調変換部６における階調変換特性を示すものであり、曲線161は第1サブフレームに対する変換特性を、曲線162は第2サブフレームに対する変換特性を示す。また、曲線163は、第1サブフレームと第２サブフレームとを合成したときの特性曲線（理想出力階調:図ではγ=2.2の曲線）を示す。このような特性を持つ階調変換部６に、例えば100階調のオリジナルフレームが入力された場合、第1サブフレームは、曲線161に従い137階調に変換され、第２サブフレームは、曲線162に従い0階調（黒）に変換される。

そして、第１サブフレームと第２サブフレームとが合成された階調は、曲線163に従い32階調となる。ここで、入力画像の階調をTin、最大階調をTmax、第1サブフレームの階調をT1st、第1サブフレームの階調をT2ndとしたとき、階調の算出式は、例えば下記数１の通りである。この算出式に従うように、第１サブフレーム及び第２サブフレームの階調が定められる。

（数１） （Tin/Tmax）^2.2 ＝｛(T1st/Tmax) ^2.2 + (T2nd/Tmax) ^2.2 ｝／2
上記のようにして階調変換がされた第１及び第２サブフレームは、タイミングコントローラ７に供給される。タイミングコントローラ７は、例えば入力画像信号とともに入力される水平同期信号及び垂直同期信号を基準にして、第１及び第２サブフレームの画像データをＬＣＤパネル１０に供給する。当然ながら、ＬＣＤパネル１０に供給される画像データの垂直走査周波数は、入力画像信号の垂直走査周波数の２倍となる。このようにして、ＬＣＤパネル１０には、明るい第１サブフレームと暗い第２サブフレームとが交互に表示されることになる。

このように、本実施例では、通常の１フレーム期間において、第１サブフレームと第２サブフレームの、２つのフレームの画像データがＬＣＤパネル１０に書き込まれる。このため、ＬＣＤパネル１０の駆動周波数は通常の倍となる。そして第１サブフレーム期間では入力画像信号より高輝度なデータの書き込まれ、第２サブフレーム期間ではできる限り０（黒）に近いデータが書き込まれる。従って、１フレーム期間中に黒の画像を挿入する（いわゆる黒挿入）方式と同等のぼやけ改善効果を、輝度低下なしに実現することができる。以下このような方式を、階調分配方式と呼ぶ。

一方、光源制御部８では、画像判定部３から出力された制御信号３３応じて、光源電圧設定量を算出し、ＤＡＣ９へ出力する。ＤＡＣ９では、前記光源電圧設定量に応じたＤＣ電圧を生成してインバータ１２へ出力する。インバータ１２は、ＤＡＣ９からのＤＣ電圧を元にPWM信号を生成し、ＬＣＤ１０の光源であるバックライト１１の電流制御を行うことにより、バックライト１１からの光の照度を制御する。ここで、バックライト１１は白色光源でもよいし、複数色の光を放出する複数のＬＥＤライトで構成してもよい。

上記のような階調分配方式において、例えば図３に示されるように、入力画像信号の階調が所定階調174（以下、効果境界と呼ぶ）以上のときに第２サブフレームの変換特性162は、急上昇する特性を描く。このため、入力画像信号の階調が効果境界174を超える高い階調を有する高い場合は、第２サブフレームの階調を低くすることができない。例えば図３に示されるように、入力画像信号が220階調の場合、第２サブフレームの階調は114となり、比較的高い階調となる。このため、第２サブフレーム期間に黒に近いフレームを挿入することができず、動画ぼやけの改善効果が少なくなる。すなわち、効果境界174を境に、それ以上の階調を持つ画像信号が入力された場合は、動画ぼやけの改善効果が減少していくことになる。尚、この効果境界174は、例えば8bitデータ入力時で、且つγ=2.2とした場合は、約190階調となる。
これを改善すべく、本実施例では、入力画像信号が所定階調（すなわち効果境界174）を超える高階調画像である場合には、入力画像信号の階調を下げるように制御することを特徴とするものである。上記所定階調は、例えば上述したように動画ぼやけの改善効果が減少される約190階調とする。以下、入力画像信号が上記高階調画像の場合の動作について詳細に説明する。

画像判定部３は、ヒストグラム検出部２が生成した輝度ヒストグラムを用いて入力画像信号が高階調画像であるか否かを判定する。例えば上記輝度ヒストグラムにおいて、効果境界174以上の輝度領域に属する出現度数（画素数）が、例えば全体画素の50％以上存在する場合に当該入力画像信号が高階調画像と判定する。そして画像判定部は、上述したように制御信号３３を生成してレベル補正部４及び光源制御部８に出力する。

本実施例におけるレベル補正部４及び光源制御部８の動作について、図４〜５を用いて説明する。図４は、レベル補正部４の構成の一例を示すブロック図である。本実施例に係るレベル補正部４は、黒レベル補正部３１と遅延調整部３２を含む。上記制御信号３３は、画像信号のレベル補正量として黒レベル補正部３１に供給される。黒レベル補正部３１は、上記レベル補正量に応じて画像信号の黒レベル（ＤＣレベル）を制御する。図４の例では、画像信号のレベル補正を輝度信号（Y）のみに施し、色差信号（CbCr）は輝度信号との遅延合わせのみを行う構成としている。しかしながら、色差信号（CbCr）に関しても同様の処理を行う構成としてもよい。黒レベル補正部３１では、レベル補正量３３に応じて、画像信号の黒レベル（DCレベル）を下げる処理を行う。図５に、前記レベル補正量３３の特性の一例を示す。図５（ａ）に示されるように、効果境界174以上の画素数が多くなればなるほど、黒レベル補正量、すなわち黒レベルの下げ幅（YL）は大きくなる。つまり黒レベル補正量（YL）は効果境界174以上の画素数にほぼ比例している。このため、図５（ｂ）に示されるように、黒レベル補正部３１から出力された画像信号の階調は、黒レベル補正部３１の入力画像信号の階調よりも、黒レベル補正量（YL）分低下される。

従って、図３に示された効果境界174を超える高階調画像は、黒レベル補正部３１によって効果境界174以下の階調を持つ画像に補正される。その結果、階調変換部６に入力される画像信号の全階調を、実質的に効果境界174以下とすることができる。よって、入力画像信号が高階調画像の場合でも、階調変換部６は、その高階調画像から生成される第２サブフレームの階調を、図３に示されるように０に（黒）することができる。よって、本実施例によれば、階調分配方式において、入力画像信号が高階調画像における動画ぼやけの改善効果を高めることが可能となる。

但し、上記の場合、画像信号の階調を低下させるのでＬＣＤパネル１０に表示される画像の輝度が低下する。本実施例は、この輝度低下を補償するために、ＬＣＤパネル１０の光源であるバックライト１１からの光の照度を制御する。すなわち、入力画像信号の階調がレベル補正部４によって階調が低下されたときに、バックライト１１からの光の照度を高めるように制御する。この制御特性の一例を図６に示す。図６（ａ）に示されるように、効果境界174以上の画素数が多くなればなるほど、バックライト補正量、すなわちバックライトの照度の上げ幅（BL）が大きくなるような制御を行う。つまりバックライトの照度の上げ幅（BL）は効果境界174以上の画素数にほぼ比例している。このため、図６（ｂ）に示されるように、ＬＣＤパネル１１に表示される画像の輝度は、上記上げ幅（BL）分高められる。

尚、本実施例では、上記画像信号のレベル補正と光源制御とが連動して動作するようにしている。よって、画像信号のレベルの補正量（YL）に連動してバックライト補正量（BL）を制御する構成としてもよい。また、図５及び６では、レベル補正量及びバックライト補正量が、それぞれ効果境界174以上の画素数に応じて線形に変化するような制御を行っているが、これに限るものではない。すなわち、これらの補正量を入力画像に合わせて非線形に制御するようにしてもよい。

このように、本実施例では、ヒストグラム検出部２で生成された輝度ヒストグラムから効果境界174以上の画素数を計数し、その計数の結果に応じてレベル補正量を決定し画像信号の階調及びバックライトからの光の照度を制御する。この制御の概念について、図７を参照しつつ説明する。図中の棒グラフは、輝度ヒストグラムを示しており、この図では縦軸を階調、横軸を画素数としてある。

ヒストグラム検出部２の検出結果から、入力画像114が図示のように効果境界174以上の階調を含んでおり、かつ、その効果境界174以上の輝度領域における画素数が所定閾値以上であると判定された場合について考える。この場合、レベル補正部４により、効果境界174以下まで入力画像114の階調レベルが下げるように補正される。すなわち、図示された矢印ａの方向にシフトされ、補正画像115が得られる。従って、補正画像115の全階調は、効果境界174以下に収めることができる。その結果、最大階調(255)に近い画像に対しても、低階調の第２サブフレームを得ることができる。その後、光源制御によってバックライト１１からの光の照度を高められるため、ＬＣＤパネル上に形成される画像は、視覚的に表示画像116のヒストグラムを持つものとなる。すなわち、この光源制御は、補正画像115のヒストグラムを、実質的に矢印ｂの方向にシフトすることと等価な制御である。その結果、補正画像115における最大階調は、LCDパネルで表示可能な最大輝度値付近で表示することが可能となる。尚、図７において、最大輝度値111と最小輝度値112との間の幅113は、LCDパネルのダイナミックレンジに相当する。

上記の制御は、上述したように入力画像信号が高階調画像である場合に行われる。例えば入力された画像が高階調の画素を含んでおらず、主として中間調の画素で構成されているような場合は、本制御は行われない。この場合、通常の階調分配方式の処理のみが行われる。

以上のように本実施例では、液晶表示素子等のホールド型の素子を用いた画像表示装置において、最大輝度やコントラストの低下を抑えつつ、動画ぼやけを改善することができる。特に上記階調分割方式を用いた画像表示装置において、入力画像信号の高階調画像であっても、動画ぼやけ改善効果を得ることが可能となる。また、そのような、動画ぼやけ改善効果を高めた場合でも、表示画像の明るさの低下を抑制することができる。

上記説明においては、高階調画像の識別に輝度ヒストグラムを用いた例について説明した。しかしながら、輝度ヒストグラムに代えて、画像の平均輝度レベル（APL）を検出し、APLが所定閾値以上の画像を高階調画像と判定する構成としてもよい。この場合でも、高階調画像と判定された場合には上述の実施例と同様な制御を行う。

また、検出範囲設定部２１により、ヒストグラムを検出する画像領域を設定できるように構成してもよい。画像の重要部分は表示面の中央に存在する場合は、その画面中央部分に検出範囲設定部２１で検索範囲を設定する。この場合、例えば比較的低階調の背景の中央部分に高階調の物体が動いているような画像において、当該物体に対し動きぼやけの改善効果をより高めることができる。

更に、輝度の高い文字テロップスクロールに対しては、画面下部に検出範囲を設定すればよい。これにより、背景が低階調表示であったとしても、高階調の文字テロップを高精度で検出することができるこのため、当該文字テロップ部に対し動きぼやけの改善効果をより高めることが可能となる。尚、検出範囲設定部２０によるヒストグラム検出範囲の設定は、画像の種類に応じて自動的になされるようにしてもよい。また、ユーザにより設定できるようにしてもよい。

このように、検出範囲設定部２１を用いれば、所望の領域に対してより高精度に動きぼやけを改善することができる。

次に、本発明の第２実施例を説明する。本実施例は、図８に示されるように、レベル補正回路４に階調補正部121を新たに設け、この階調補正部121を制御信号122によって制御する点を特徴とするものである。レベル補正回路４以外の構成については、第1実施例と同様である。以下、本実施例の詳細について説明する。尚、図８において、図４の構成要素と同一の構成要素に関しては、同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施例は、入力画像振幅が高階調から低階調へ広範囲に拡がっている場合において、黒レベル補正部３１でなされる黒レベル補正によって黒つぶれを軽減するためのものである。そのために、本実施例は、黒レベル補正部３１の前段に、信号振幅を圧縮するための階調補正部121を前段に設けている。その動作について、図９及び１０を参照して説明する。尚、図９及び図１０において、図７と同一符号のものは同一要素を指す。

図９に示されるように、高階調から低階調までの広い階調範囲に渡って画素数が存在する画像信号145が入力された場合について考える。このような画像信号145は、ヒストグラム検出部２及び画像判定部３によって高階調画像と判定される。そして、レベル補正部４によって、矢印ａで示されるように、画像信号145の階調が効果境界174以下となるようその黒レベルがシフトされる。その結果、図９に示されるように、画像信号145の低階調部分141（点線の丸印で囲まれている部分）がLCDパネルの再現可能階調の最小値112を割り込んでしまい、いわゆる黒つぶれが生じてしまう。これを防止すべく、本実施例では、階調補正部121によって、入力画像信号が高階調画像の場合に画像信号の振幅を圧縮するようにしている。

本実施例における制御の様子を図１０に示す。画像判定部３は、ヒストグラム検出部２によって検出された画像信号145の輝度ヒストグラムから、低階調領域に存在する画素数が所定以上の割合かどうかを判定する。もしそうであれば、画像判定部３は、階調補正部121に対し制御信号122を出力する。階調補正部121は制御信号122を受けて、当該画像信号145の振幅を圧縮するよう動作する。本実施例では、画像信号145の全振幅が効果境界174と上記再現可能階調の最小値113とで定まる改善可能領域151内に収まるように、画像信号145の低階調領域のみが圧縮される。この階調補正部121における階調補正特性の一例は、例えば図１１に示される。図１１に示されるように、入力画像信号の階調のうち、所定の圧縮階調レベル191以下の階調を非線形に低下（圧縮）させる。ここで、上記圧縮階調レベル191以上の階調は、階調変換されないようにする（すなわち入力階調：出力階調＝1：1）。上記圧縮階調レベル191は任意に設定可能としてもよい。このように、黒レベル補正部３１によって黒レベルが低下される前に、予め画像信号の低階調領域の階調を圧縮すれば、黒レベルの低下処理によって画像信号の低階調領域が再現可能階調の最小値112以下となることが防止される。

本実施例においては、高階調部分の成分は圧縮されず、そのまま存在するため、階調変換によるコントラスト低下を防ぐことができる。尚、本実施例では、画像信号145の低階調領域のみが圧縮されるようにしたが、画像信号145の全体を圧縮するようにしてもよい。また圧縮階調レベル191を境にして、低階調領域と高階調領域とで圧縮率を異ならせてもよい。

このような処理によって、階調補正部121は圧縮信号153を生成して黒レベル補正部３１へ出力する。これ以降の処理、すなわち黒レベル補正部３１における処理（矢印ａの処理）及び光源制御部８の処理（矢印ｂの処理）は、前述した第１実施例（図７の処理）と同様である。

以上のように本実施例では、黒レベルの補正前に、入力画像信号振幅の所定階調レベル以下の低階調部分を圧縮している。このため、入力画像信号の振幅が高階調から低階調へ広範囲に拡がっている広振幅の信号である場合でも、黒レベル補正による黒つぶれを軽減することが可能となる。従って、本実施例によれば、黒つぶれを軽減しつつ階調分割方式における動画ぼやけ改善効果を高めることが可能となる。

次に、本発明の第３実施例について説明する。図１２は、本発明の第３実施例に係る画像表示装置の一構成例を示すブロック図である。図４において、図1に示した第１実施例の構成要素と同一のものについては、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

本実施例は、入力画像として映画やCG、アニメといった2−3プルダウン、または2−2プルダウン処理された画像信号（以下、これらを纏めて「プルダウン信号」と称する）に対して、上記階調分割方式による信号処理を行った場合におけるフリッカやジャダーを抑圧するものである。本実施例の説明に先立ち、プルダウン信号に対して階調分割方式による信号処理を行った場合にフリッカやジャダーが発生する理由について説明する。

例えば、Ａ、Ａ、Ｂ、Ｂ…と同じ画像が２回連続して繰り返される2−2プルダウンの画像信号を上述の階調分割方式によって信号処理を行うと、次のサブフレーム列が生成される。尚、以下のフレーム列において、Ｈは明るい階調、Ｌは暗い階調を示す。

Ａ(Ｈ)、Ａ(Ｌ)、Ａ(Ｈ)、Ａ(Ｌ)、Ｂ(Ｈ)、Ｂ(Ｌ)、Ｂ(Ｈ)、Ｂ(Ｌ)…
液晶表示素子はホールド型の素子であるため、通常、フリッカは目立たない。しかしながら、上記のようなサブフレーム列では、２つのサブフレームＡ(明)間に０階調に近いＡ(暗)データが液晶表示素子に書き込まれる。つまり、サブフレームＡ(明)が時間的に離散して繰り返し表示されるため、それがフリッカとして認識されることが考えられる。

また、同様にオリジナルフレームの切り替わり時に、つまりフレームＡからフレームＢへの切り替わり時に、０階調に近いサブフレームＡ(暗)のデータが液晶表示素子に書き込まれる。これにより、オリジナルフレームＡとＢ間における映像の差の見え方が大きくなると考えられる。つまり、表示素子の応答がインパルス応答に近づくことにより、ジャダーが強調されて認識されるようになる。実際、インパルス駆動であるCRTにおいて、同様の現象が見られることを確認した。上記のフリッカとジャダーの相乗効果によって、それらが強調され、画質劣化として認識されるものと考えられる。上記では2−2プルダウン画像入力時を例にして説明したが、2−3プルダウン画像入力時においても同様な減少が生じるものと考えられる。

本実施例は、このような画質劣化を低減するものである。図１２において、入力されたプルダウン信号４１は、プルダウン検出部４２に入力される。プルダウン検出部４２は、入力画像信号がプルダウン信号であるか否かを検出する。例えば、プルダウン検出部４２は、フィールドメモリ４３を用いて、フィールド間の差分を検出し、この差分が０となるタイミングを特定することで2−2プルダウンされた信号か、2−3プルダウンされた信号かを判定する。これの詳細に関しては本実施例の主旨ではないため、詳細については省略する。前記プルダウン検出部４２では、2−2プルダウン判定信号及び位相信号、もしくは2−3プルダウン判定信号及び位相信号を、プログレッシブ変換部４４及び階調レベル設定部４５へ出力する。プログレッシブ変換部４４では、前記プルダウン検出部４２からの判定信号及び位相信号を用いて、高画質のインターレース／プログレッシブ（ノンインターレース）変換を行う。プログレッシブ変換部４４からの信号は倍速変換部５に供給される。倍速変換部５は、プログレッシブ変換部４４の出力信号を倍速変換し、第１実施例で説明したように第１及び第２サブフレームを生成する。階調レベル設定部４５では、2−3プルダウン信号、2−2プルダウン信号、それ以外の信号に応じて、倍速変換部５で生成された第１及び第２サブフレームのそれぞれに対する階調の分配レベルを設定する。階調変換部６では、倍速変換部５で生成された第１及び第２サブフレームの階調を、上記階調レベル設定部４５で為された階調の設定に応じて変換する。階調変換部６で階調変換されたが送信号（サブフレーム列）は、上述した第１実施例と同様にタイミングコントローラ７を介してＬＣＤパネル１０に供給される。ＬＣＤパネル１０は、タイミングコントローラ７からのサブフレーム列に応じて画像を表示する。

次に、階調レベル設定部４５の動作の一例ついて図１３及び図１４を参照しつつ説明する。図１３及び図１４は、プルダウン処理前の画像（ベース画像）と、プルダウン信号のオリジナルフレームと、本実施例によって生成されたサブフレーム列との関係を示すものである。図１３及び１４において、ベース画像51は例えば映画などの画像を示しており、フレーム周波数が24kHzである。これを放送局側等において、プルダウン処理してフレーム周波数が60kHzのプルダウン信号52を得る。このプルダウン信号52から、本実施例に係る画像表示装置によってフレーム周波数120Hzのサブフレーム列を生成する。尚、図１３は2−3プルダウン信号に対する処理の例を示し、図１４は、2−2プルダウン信号に対する処理の例を示している。

先に述べたように、階調分配方式では、オリジナルフレームの切り替わり部（オリジナルフレームＡからＢへの切り替わり部）に、０（黒）階調のサブフレームのデータがＬＣＤパネル１０に書き込まれる。このため、ジャダーが強調されてユーザに認識されてしまう可能性がある。そこで本実施例では、図１３及び図１４に示すように、オリジナルフレームの切り替わり部には、０（黒）階調のサブフレームのデータを書き込まず、サブフレームとしてオリジナルフレームを繰り返すように設定する。すなわち、本実施例において、2−3プルダウン信号から生成されるサブフレーム列は、以下のようになる。尚、以下のフレーム列において、Ｈは明るい階調、Ｌは暗い階調、Ｏはオリジナルフレームと同等の階調を示す。

Ａ'(Ｈ)、Ａ''(Ｌ)、Ａ(Ｏ)、Ａ(Ｏ)、Ｂ'(Ｈ)、Ｂ''(Ｌ)、Ｂ'(Ｈ)、Ｂ''(Ｌ)、Ｂ(Ｏ)、Ｂ(Ｏ)…
また、本実施例において、2−2プルダウン信号から生成されるサブフレーム列は、以下のようになる。

Ａ'(Ｈ)、Ａ''(Ｌ)、Ａ(Ｏ)、Ａ(Ｏ)、Ｂ'(Ｈ)、Ｂ''(Ｌ)、Ｂ(Ｏ)、Ｂ(Ｏ)…
尚、2−3プルダウンにおけるオリジナルフレーム（コマ）の切り替わり部分は、プルダウン位相信号４６を用いてプルダウン検出部４２によって識別される。2−2プルダウンの識別も同様である。

以上のように、プルダウン信号入力のコマ切替部分において、サブフレームの階調レベルを合わせることによって、ジャダーの強調を抑圧することができる。

図１５は、図１２における階調レベル設定部４５の別の動作例を説明する図である。図１５では、プルダウンの周期に合わせて階調レベル変換データを切り替える。つまり、２コマの繰り返しの部分は４つのサブフレームで第１グループを構成し、３コマ繰り返しの部分は、６つのサブフレームで第２のグループを構成する。そして、各サブフレームのグループ毎に、それぞれの各サブフレームの階調データ変換を行う。尚、この際に、図１３の例にて述べたように、コマの切り替わり部分に関しては、元フレームを繰り返すように設定する。

図１７は、図１５に示されたサブフレームの階調変換を行うための、階調変換データ特性の一例を示したものである。図１７（ａ）が２コマ繰り返し（４つのサブフレームを含む第１グループ）の場合の階調変換特性であり、図１７（ｂ）が３コマ繰り返し（６つのサブフレームを含む第２グループ）の場合の階調変換特性である。図１７（ａ）において、符号８１は、第１サブフレームの特性曲線、符号８２は第２サブフレームの特性曲線、符号８３は第３サブフレームの特性曲線、符号８４は第４サブフレーム用の特性曲線、符号８５は第１〜第４サブフレームを合成したときの合成フレームの特性曲線である。図から明らかなように、本例では、第１グループにおいて、第１、第２、第３、第４サブフレームの順に階調を高くしている。同様に、図１７（ｂ）において、符号８６は、第１サブフレームの特性曲線、符号８７は第２サブフレームの特性曲線、符号８８は第３サブフレームの特性曲線、符号８９は第４サブフレーム用の特性曲線、符号９０は第５サブフレーム用の特性曲線、符号９１は第６サブフレーム用の特性曲線、符号９２は第１〜第６サブフレームを合成したときの合成フレームの特性曲線である。図から明らかなように、本例では、第２グループにおいて、第１、第２、第３、第４、第５、第６サブフレームの順に階調を低くしている。

このように階調を設定すれば、第１グループの最終のサブフレーム（第４サブフレーム）と第２グループの最初のサブフレーム（第１サブフレーム）との輝度差はほとんど生じない。よって、オリジナルフレームの切り替わり部分において大きな輝度差が生じないため、上述したようなジャダーやフリッカが抑制される。

図１７において、第１グループの期間において、画像データを2コマ分積分した値と４つのサブフレーム分積分した値とは等しくなっており、表示輝度は保たれている。また、第２グループの期間でも同様に、画像データを３コマ分積分した値と、６つのサブフレーム分積分した値は等しくなっている。

以上のように、本実施例では、2−３プルダウン信号入力時において、２コマ繰り返し部分に対応する４つのサブフレームを第１グループとしてグルーピングし、３コマ繰り返し部分に対応する６つのサブフレームを第２グループとしてグルーピングする。そして、第１及び第２グループのそれぞれにおいて、それぞれのサブフレーム毎に階調変換している。このため、階調分配方式によって2−3プルダウン信号からサブフレームを生成した場合でも、フリッカ、ジャダー強調といった画質劣化を抑制することができる。

また、2−2プルダウン信号入力時においては、図１６に示されるように、２コマ繰り返し部分に対応する４つのサブフレーム毎にグルーピングし、このグループにける各サブフレームの階調をそれぞれ変換する。このとき、あるグループにおける最終のサブフレームと、次のグループにおける最初のサブフレームとの階調差が殆ど生じないようにする。すなわち、上記あるグループにおいては、第１、第２、第３、第４サブフレームの順に階調を高くし、次のグループにおいては、第１、第２、第３、第４サブフレームの順に階調を低くする。このとき、あるグループの階調変換特性と次のグループの階調変換特性とを、同じものを使用してもよい。また、各グループに対して別の階調変換特性を用いてもよい。

この例によれば、階調分配方式によって2−2プルダウン信号からサブフレームを生成した場合でも、フリッカ、ジャダー強調といった画質劣化を抑制することができる。

本発明の第１実施例を示すブロック図 階調変換部６における各サブフレームの階調変換特性を示す図 階調変換部６における各サブフレームの階調変換特性を示す図 第１実施例に係るレベル補正部４の一構成例を示す図 黒レベル補正量の特性を示す図 光源補正量の特性を示す図 第１実施例における黒レベル補正、光源制御の概念を示す図 本発明の第２実施例におけるレベル補正部４の一構成例を示す図 黒レベル補正による黒つぶれの概念を示す図 第２実施例における階調補正の概念を示す図 第２実施例における階調補正部121の制御特性図 本発明の第３実施例を示すブロック図 第３実施例によって生成されたサブフレーム列の一例を示す図 第３実施例によって生成されたサブフレーム列の一例を示す図 第３実施例によって生成されたサブフレーム列の一例を示す図 第３実施例によって生成されたサブフレーム列の一例を示す図 第３実施例におけるサブフレームの階調変換特性を示す図

符号の説明

１…入力端子、２…ヒストグラム検出部、３…画像判定部、４…レベル補正部、５…倍速変換部、６…階調変換部、７…タイミングコントロール部、８…光源制御部、９…DAコンバータ部、１０…LCDパネル、１１…バックライト、１２…インバータ。

Claims (15)

1. 画像表示装置において、
   入力された画像信号における１フレームの画像から、第１サブフレームと、該第１フレームよりも階調が低い第２サブフレームとを生成するサブフレーム生成部と、
   前記入力画像信号の階調が所定値以上の場合に、当該入力画像信号の階調レベルを低下させるレベル補正部と、を備え、
   前記サブフレーム生成部は、前記入力画像信号の階調が所定値以上の場合に、前記レベル補正部によって階調レベルが低下された画像信号を用いて前記第１及び第２サブフレームを生成することを特徴とする画像表示装置。
2. 請求項１に記載の画像表示装置において、前記レベル補正部は、前記入力画像信号の階調が所定値以上の場合に、当該入力画像信号の黒レベルを下げて該入力画像信号の階調レベルを低下させることを特徴とする画像表示装置。
3. 請求項１に記載の画像表示装置において、前記レベル補正部は、前記入力画像信号の階調が所定値以上の場合に、当該入力画像信号の振幅レベルを圧縮して該入力画像信号の階調レベルを低下させることを特徴とする画像表示装置。
4. 請求項１に記載の画像表示装置において、該画像表示装置は、光源からの光を変調して画像を形成するホールド型の液晶表示装置であり、
   前記入力画像信号の階調が所定値以上の場合に、前記光源の照度を高くする光源制御部を更に備えることを特徴とする画像表示装置。
5. 請求項１に記載の画像表示装置において、前記レベル補正部は、前記入力階調が所定階調以下となるように当該入力画像信号の階調レベルを低下させることを特徴とする画像表示装置。
6. 画像表示装置において、
   光源からの光を変調する液晶表示部と、
   入力された画像信号における１フレームの画像から、第１サブフレームと、該第１フレームよりも階調が低い第２サブフレームとを生成して前記液晶表示部に供給するサブフレーム生成部と、
   前記入力画像信号の階調が所定値以上の高階調画像である場合に、当該入力画像画像の階調レベルを低下させるレベル補正部と、
   前記光源からの光の照度を制御する光源制御部と、を備え、
   前記サブフレーム生成部は、前記入力画像信号が前記高階調画像の場合に、前記レベル補正部によって階調レベルが低下された画像信号を用いて前記第１及び第２サブフレームを生成し、
   前記光源制御部は、前記入力画像信号が前記高階調画像の場合に、前記光源からの光の照度を高くするように制御することを特徴とする画像表示装置。
7. 請求項６に記載の画像表示装置において、更に、
   前記入力画像信号から、所定期間における複数の階調領域毎の出現頻度を示すヒストグラムを検出するヒストグラム検出部と、
   前記ヒストグラム検出部によって検出されたヒストグラムから、入力画像信号が前記高階調画像か否かを判定する画像判定部と、を備え、
   前記画像判定部は、前記ヒストグラムにおいて所定の階調領域以上の出現頻度が所定閾値以上である場合に当該入力画像信号が前記高階調画像と判定し、
   前記レベル補正部及び前記光源制御部は、前記画像判定部の判定結果に応じて制御されることを特徴とする画像表示装置。
8. 請求項７に記載の画像表示装置において、更に、前記ヒストグラムの検出を行う画面領域を設定する検出範囲設定部を備え、
   前記検出範囲設定部により設定された検出範囲で前記ヒストグラムを検出することを特徴とする画像表示装置。
9. 請求項６に記載の画像表示装置において、更に、
   前記入力画像信号から、所定期間における平均輝度レベルを検出するＡＰＬ検出部と、
   前記ＡＰＬ検出部によって検出された平均輝度レベルから、入力画像信号が前記高階調画像か否かを判定する画像判定部と、を備え、
   前記画像判定部は、前記平均輝度レベルが所定値以上の場合に当該入力画像信号が前記高階調画像と判定し、
   前記レベル補正部及び前記光源制御部は、前記画像判定部の判定結果に応じて制御されることを特徴とする画像表示装置。
10. 請求項９に記載の画像表示装置において、更に、前記平均輝度レベルの検出を行う画面領域を設定する検出範囲設定部を備え、
    前記検出範囲設定部により設定された検出範囲で前記平均輝度レベルを検出することを特徴とする画像表示装置。
11. 画像表示装置において、
    入力された画像信号における１フレームの画像から互いに階調が異なる複数のサブフレームとを生成するサブフレーム生成部と、
    前記入力画像信号が2−3もしくは2−2プルダウン処理された信号か否かを判定するプルダウン検出部と、を備え、
    前記プルダウン検出部によって入力画像信号が前記プルダウン処理された信号と判定された場合は、前記サブフレーム生成部で生成された複数のサブフレームのうち、前記入力画像信号のフレームの切り替わり部におけるサブフレーム間の階調レベルを同一とすることを特徴とする画像表示装置。
12. 請求項１１に記載の画像表示装置において、更に、プルダウン階調レベル設定部を備え、
    前記サブフレーム生成部で生成された複数のサブフレームを４つのサブフレーム毎にグルーピングし、
    前記プルダウン階調レベル設定部は、前記プルダウン検出部によって前記入力画像信号が2−2プルダウン処理された信号であると判定された場合には、前記グルーピングされた４つのサブフレーム毎に階調レベルを設定することを特徴とする画像表示装置。
13. 請求項１２に記載の画像表示装置にいて、前記プルダウン階調レベル設定手段は、前記グルーピングされた４つのサブフレームの階調を段階的に変化するように設定し、かつ前記フレームの切り替わり部のサブフレーム階調レベルを同一とすることを特徴とする画像表示装置。
14. 請求項１１に記載の画像表示装置において、更に、プルダウン階調レベル設定部を備え、
    前記サブフレーム生成部で生成された複数のサブフレームを、４つのサブフレーム毎にグルーピングした第１グループと、６つのサブフレーム毎にグルーピングした第２グループとに区分し、
    該プルダウン階調レベル設定部は、前記プルダウン検出部によって前記入力画像信号が2−3プルダウン処理された信号であると判定された場合には、前記第１グループに含まれる4つのサブフレーム毎、及び前記第２グループに含まれる６つのサブフレーム毎に階調レベルを設定することを特徴とする画像表示装置。
15. 請求項１４に記載の画像表示装置において、前記プルダウン階調レベル設定手段は、前記第１グループに含まれる４つのサブフレーム、及び前記第２グループに含まれる６つのサブフレームの階調をそれぞれ段階的に変化するように設定し、かつ前記フレームの切り替わり部のサブフレーム階調レベルを同一とすることを特徴とする画像表示装置。
    

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