JP2007306505A - 画質改善装置および画質改善方法 - Google Patents

Abstract

【課題】入力映像に適応して適切な画質補正を行う画質改善装置を提供する。
【解決手段】画質改善装置は、入力映像信号Ｓ２から２次元低域ろ波器１２で抽出した２次元の低域周波数成分を差し引いて３次元の高域周波数成分を取得する減算器１３の出力を入力とする補正レベル適応制御部２２と、入力映像信号Ｓ４を入力とする入力レベル適応制御部２４とを有する。補正レベル適応制御部２２は、減算器１３で取得した高域周波数成分の振幅の絶対値が基準値を超えた場合に、加算器１５で映像信号Ｓ３に加算される補正信号の振幅を小さくする。入力レベル適応制御部２４は、入力映像信号Ｓ４のレベルが、黒レベルまたは白レベルの付近にある場合に、加算器１５で映像信号Ｓ３に加算される補正信号の振幅を小さくする。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示デバイスに代表される表示装置の画質を改善する装置に関する。

入力映像信号から２次元の低域周波成分を抽出する２次元低域ろ波器を備え、２次元低域ろ波器で抽出した２次元の低域周波成分を元の入力映像信号から差し引いて得られる、画像のエッジ成分である補正信号（高域周波数成分）を、元の入力映像信号に加算することで、画像の先鋭度を改善する画質改善装置が知られている（特許文献１参照）。

図９に、２次元低域ろ波器を備える従来の画質改善装置の概略構成を示す。図９を参照すると、画質改善装置は、２次元低域ろ波器１２、減算器１３、乗算器１４、加算器１５、および補正利得設定部１６から構成される。

入力端子ＹＩＮより入力された映像信号Ｓは、２次元低域ろ波器１２、減算器１３および加算器１５のそれぞれに供給される。ここでは、２次元低域ろ波器１２に供給される映像信号をＳ１、減算器１３に供給される映像信号をＳ２、加算器１５に供給される映像信号をＳ３とする。

２次元低域ろ波器１２は、既知の直線位相ＦＩＲフィルタやＩＩＲフィルタで構成されるものであって、映像信号Ｓ１の水平方向および垂直方向のそれぞれについて、高域成分を遮断して２次元の低域周波数成分を抽出する。２次元低域ろ波器１２で抽出された２次元の低域周波数成分は、減算器１３に供給される。ここで、映像信号の水平方向および垂直方向は、映像信号により表示される画像の水平方向および垂直方向をいう。

減算器１３は、入力端子ＹＩＮから供給される映像信号Ｓ２から、２次元低域ろ波器１２から供給される、映像信号Ｓ１から抽出した２次元の低域周波数成分を差し引くことで、画像のエッジ成分である高域周波数成分を抽出する。減算器１３で抽出した高域周波数成分は、乗算器１４を介して加算器１５に供給される。

乗算器１４は、補正利得設定部１６から供給される制御信号にしたがって、減算器１３の出力（高域周波数成分）の振幅を調整する。加算器１５は、入力端子ＹＩＮから供給される映像信号Ｓ３に、乗算器１４で振幅調整された高域周波数成分を加算する。映像信号Ｓ３に加算される高域周波数成分の量は、乗算器１４に供給される制御信号により自由に調整することが可能となっている。

補正利得設定部１６は、乗算器１４における振幅の調整量を与えるものである。使用者は、補正利得設定部１６にて振幅の調整量を自由に設定することが可能であり、これにより、本装置による画質の改善量を自由に設定することができる。

２次元低域ろ波器１２は、低域の周波数帯のみを通過するようになっているため、その出力波形は、図１０の（ｂ）に示すように、図１０の（ａ）に示した入力信号波形のエッジがなまった波形（低域周波数成分の信号波形）となる。減算器１３は、図１０の（ａ）に示した入力信号波形から図１０の（ｂ）に示した２次元低域ろ波器１２の出力波形を差し引くため、その出力波形は、図１０の（ｃ）に示すような、入力映像信号の立ち上がりエッジおよび立ち下りエッジを強調するためのエッジ信号波形（高域周波数成分の信号波形）となる。

加算器１５は、図１０の（ｃ）に示したエッジ信号波形を図１０の（ａ）に示した入力信号波形に加算するため、その出力波形は、図１０の（ｄ）に示すような、入力映像信号の立ち上がりエッジおよび立ち下りエッジを強調した波形となる。このように入力映像信号のエッジを強調することで、表示画像上における白領域と黒領域の境界（輪郭）の先鋭度が改善される。

なお、減算器１３の出力波形（エッジ信号）の振幅は乗算器１４にて調整される。乗算器１４は、補正利得設定部１６からの制御信号に従って、減算器１３の出力波形（エッジ信号）の振幅を調整する。振幅を大きくすると、加算器１５の出力波形において、エッジの強調度が大きくなり、その結果、表示画像上におけるエッジの先鋭度の改善効果が大きくなる。反対に、振幅を小さくすると、加算器１５の出力波形において、エッジの強調度が小さくなるため、表示画像上におけるエッジの先鋭度の改善効果は小さくなる。

ところで、液晶表示デバイスに代表される表示装置においては、網膜残像による動画像のボヤケが生じることがある。網膜残像による動画像のボヤケとは、動きの速い動画を表示する場合に、現フレームの映像の網膜残像が次フレームの映像と重なり、動画像がボヤケて見える現象である。

上記の網膜残像による動画像のボヤケ感を改善するために、図９に示した画質改善装置において、２次元低域ろ波器１２の入力段にフレームメモリを設けたものがある。この構成によれば、減算器１３が、入力端子ＹＩＮから供給される映像信号Ｓ２から、２次元低域ろ波器１２から供給される、フレーム遅延された映像信号Ｓ１から抽出した２次元の低域周波数成分を差し引くことで、３次元の高域周波数成分を抽出する。ここで、３次元の高域周波数成分は、水平成分、垂直成分および時間的な成分の３つの要素を含む。

映像信号Ｓ１は、映像信号Ｓ３に対してｎフレーム分の遅延を受けていることから、加算器１５では、３次元の高域周波数成分を、映像信号Ｓ１よりｎフレーム後に入力された映像信号Ｓ３に加算することになる。例えば、フレームメモリにて、映像信号Ｓ１を映像信号Ｓ３に対して１フレーム分だけ遅延させる場合で、減算器１３が、ｎ番目のフレームの映像信号から抽出した２次元の低域周波数成分を、ｎ＋１番目のフレームの映像信号から差し引くことで３次元の高域周波数成分を抽出した場合は、加算器１５は、減算器１３で抽出した３次元の高域周波数成分を、ｎ＋１番目のフレームの映像信号に加算することになる。このようにして、３次元の高域周波数成分を映像信号に加算することで、動画像のボヤケ感が低減される。
特開２００３−４６８１０号公報

図９に示した画質改善装置によれば、入力映像信号から２次元の低域周波数成分を差し引いて得られる補正信号（高域周波数成分）を、入力映像信号に加算することにより、映像の先鋭度を改善することができる。しかし、この画質改善装置では、入力映像に適応して適切な画質補正を行うようにはなっていため、入力映像によっては、画質が劣化してしまうことがある。以下に、画質劣化を招く例を具体的に説明する。

画像のエッジ成分である補正信号（高域周波数成分）を入力映像信号に加算して先鋭度を改善する場合、入力映像信号のレベルが黒レベル（映像信号の最も暗いレベル）または白レベル（映像信号の最も明るいレベル）の付近にあると、補正信号の加算により、出力映像信号が黒レベルまたは白レベルで飽和してしまって、映像の階調が失われてしまう。

また、高域周波数成分の大きな映像（すなわち、強いエッジを有する画像）について、補正信号の加算を行うと、エッジ部分がさらに強調されることになる。過大なエッジ強調は、逆に違和感を生じる場合がある。換言すると、ある程度大きな高域周波数成分を含む映像については、補正信号の加算を行わない方が、自然なエッジを有する映像を提供することができる。

さらに、入力映像信号の高域周波数成を補正信号として入力映像信号に加算して先鋭度を改善する場合、入力映像信号にノイズが含まれていると、補正信号の加算によりそのノイズ成分も一緒に増強されてしまい、その結果、画質が劣化する。

２次元低域ろ波器１２の入力段にフレームメモリを設けた画質改善装置においても、入力映像に適応して適切な画質補正を行うようにはなっていため、上記の問題を生じる。加えて、以下のような問題もある。

映像のシーンチェンジのように、画面が全く異なる画面に切り替わる場合は、画面切り替え前の映像信号から抽出した２次元の低域周波数成分を、画面切り替え後の映像信号から差し引いて、補正信号（３次元の高周波成分）を取得することになる。この場合は、画面切り替え前後の映像は関連性がないため、画面全体にわたって大きな補正信号が取得されることになる。したがって、補正利得設定部１６における先鋭度の調整量が大きく設定されている場合には、画面の切り替わりにより振幅の大きな補正信号がそのまま入力映像信号に加算されてしまい、その結果、過大な先鋭度の補正が行われて、かえって画質が劣化してしまう。

本発明の目的は、上記問題を解決し、入力映像に適応して適切な画質補正を行うことのできる画質改善装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、入力映像に適応して補正信号の振幅を制御する構成として、以下の第１から第４の形態のいずれかの形態を備える。

第１の形態は、入力映像信号から、該入力映像信号により表示される画像の垂直方向および水平方向の少なくとも１つに関する低域周波数成分を抽出する低域ろ波器と、前記入力映像信号から前記低域ろ波器で抽出した低域周波数成分を差し引いて高域周波数成分を取得する減算器と、前記減算器で取得した高域周波数成分を補正信号として前記入力映像信号に加算する加算器と、前記入力映像信号のレベルが、最も暗いレベルを示す黒レベルから、該黒レベルより高い第１の基準レベルまでの第１の範囲と、最も明るいレベルを示す白レベルから、該白レベルより低く、前記第１の基準レベルより高い第２の基準レベルまでの第２の範囲とのいずれかの範囲内にある場合に、前記入力映像信号に加算される前記補正信号の振幅を小さくする入力レベル適応制御部と、を有する。

第２の形態は、フレーム単位に入力される入力映像信号の画質を改善する装置であって、ｎ（ｎは自然数）番目のフレームの映像信号に関する高域周波数成分を抽出する高域周波数成分抽出手段と、前記高域周波数成分抽出手段で抽出された高域周波数成分を補正信号としてｎ＋ｍ（ｍは自然数）番目のフレームの映像信号に加算する加算器と、前記ｎ＋ｍ番目のフレームの映像信号のレベルが、最も暗いレベルを示す黒レベルから、該黒レベルより高い第１の基準レベルまでの第１の範囲と、最も明るいレベルを示す白レベルから、該白レベルより低く、前記第１の基準レベルより高い第２の基準レベルまでの第２の範囲とのいずれかの範囲内にある場合に、前記ｎ＋ｍ番目のフレームの映像信号に加算される前記補正信号の振幅を小さくする入力レベル適応制御部と、を有する。

上記の第１および第２の形態によれば、入力映像信号レベルが黒レベルまたは白レベルの付近にある場合は、入力レベル適応制御部が、補正信号の振幅を小さくするので、出力映像信号が黒レベルまたは白レベルで飽和してしまうことを抑制することが可能である。

第３の形態は、入力映像信号から、該入力映像信号により表示される画像の垂直方向および水平方向の少なくとも１つに関する低域周波数成分を抽出する低域ろ波器と、前記入力映像信号から前記低域ろ波器で抽出した低域周波数成分を差し引いて高域周波数成分を取得する減算器と、前記減算器で取得した高域周波数成分を補正信号として前記入力映像信号に加算する加算器と、前記減算器で取得した高域周波数成分の振幅の絶対値が基準値を超えた場合に、前記入力映像信号に加算される前記補正信号の振幅を小さくする補正レベル適応制御部と、を有する。

上記第３の形態によれば、補正信号の振幅の絶対値が基準値を超えた場合には、補正レベル適応制御部が、補正信号の振幅を小さくするので、高域周波数成分の大きな映像（すなわち、強いエッジを有する画像）に対する過大な先鋭度の補正を抑制することが可能である。

第４の形態は、フレーム単位に入力される入力映像信号の画質を改善する装置であって、ｎ（ｎは自然数）番目のフレームの映像信号に関する高域周波数成分を抽出する高域周波数成分抽出手段と、前記高域周波数成分抽出手段で抽出された高域周波数成分を補正信号としてｎ＋ｍ（ｍは自然数）番目のフレームの映像信号に加算する加算器と、前記高域周波数成分抽出手段で抽出された高域周波数成分の振幅の絶対値が基準値を超えた場合に、前記ｎ＋ｍ番目のフレームの映像信号に加算される前記補正信号の振幅を小さくする補正レベル適応制御部と、を有する。

上記第４の形態によれば、補正信号の振幅の絶対値が基準値を超えた場合には、補正レベル適応制御部が、補正信号の振幅を小さくするので、高域周波数成分の大きな映像（すなわち、強いエッジを有する画像）やシーンチェンジのように画面が全く異なる画面に切り替わる映像に対する過大な先鋭度の補正を抑制することが可能である。

上述の第１から第４の各形態において、補正信号として映像信号に加算される高域周波数成分の信号から高域の微小振幅成分であるノイズを除去するノイズ低減器を設けてもよい。この場合は、予め補正信号のノイズ成分を低減させてから、補正信号を入力映像信号に加算することになるので、入力映像信号にノイズ成分が存在する場合でも、補正信号の加算によりノイズを増強してしまうことはない。

本発明によれば、入力映像に適応して補正信号の振幅を制御する構成としたことにより、以下のような効果を奏する。

本発明の第１および第２の形態によれば、入力映像信号のレベルが黒レベルまたは白レベルの付近にある場合には、先鋭度の補正を抑えるようになっているので、出力映像信号が飽和して、映像の階調が失われる、といったことを抑制することができる。よって、従来の画質改善装置に比較して、階調性に優れた映像画面を提供することができる。

本発明の第３の形態によれば、高域周波数成分の大きな映像（すなわち、強いエッジを有する画像）について、過大なエッジ強調を抑制することができるので、違和感のない、自然なエッジを有する映像を提供することができる。

本発明の第４の形態によれば、上記第３の形態による効果に加えて、シーンチェンジのように画面が全く異なる画面に切り替わる映像について、過大な補正信号により画質が劣化してしまうことを抑制することができる。よって、従来のものより画質の高い映像画面を提供することができる。

また、本発明のうち、ノイズ低減器を有するものにおいては、補正信号に含まれるノイズが除去されるので、ノイズの少ない映像画面を提供することができる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態である画質改善装置の概略構成を示すブロック図である。図１を参照すると、画質改善装置は、フレームメモリ１１、２次元低域ろ波器１２、減算器１３、乗算器１４、加算器１５、補正利得設定部１６、ノイズ低減器２１、補正レベル適応制御部２２、乗算器２３、入力レベル適応制御部２４、乗算器２５から構成される。２次元低域ろ波器１２、減算器１３、乗算器１４、加算器１５、および補正利得設定部１６は、図９に示した従来の画質改善装置で説明したものと同じものである。

入力端子ＹＩＮより入力された映像信号Ｓは、フレームメモリ１１、減算器１３、加算器１５および入力レベル適応制御部２４のそれぞれに供給される。ここでは、フレームメモリ１１に供給される映像信号をＳ１、減算器１３に供給される映像信号をＳ２、加算器１５に供給される映像信号をＳ３、入力レベル適応制御部２４に供給される映像信号をＳ４とする。

フレームメモリ１１は、入力端子ＩＮより供給される映像信号Ｓ１をフレーム単位で遅延させるものである。このフレームメモリ１１では、映像信号Ｓ１をｎ（ｎは自然数）フレーム分だけ遅延させることができる。映像信号Ｓ１は、フレームメモリ１１で遅延された後、２次元低域ろ波器１２に供給される。

２次元低域ろ波器１２は、既知の直線位相ＦＩＲフィルタやＩＩＲフィルタで構成されるものであって、フレームメモリ１１から入力される、フレーム遅延された映像信号Ｓ１の水平方向および垂直方向のそれぞれについて、高域成分を遮断して２次元の低域周波数成分を抽出する。２次元低域ろ波器１２で抽出された２次元の低域周波数成分は、減算器１３に供給される。ここで、映像信号の水平方向および垂直方向は、映像信号により表示される画像の水平方向および垂直方向をいう。

減算器１３は、入力端子ＹＩＮから供給される映像信号Ｓ２から、２次元低域ろ波器１２から供給される、フレーム遅延された映像信号Ｓ１から抽出した２次元の低域周波数成分を差し引くことで、３次元の高域周波数成分を抽出する。ここで、３次元の高域周波数成分は、水平成分、垂直成分および時間的な成分の３つの要素を含む。減算器１３で抽出した３次元の高域周波数成分は、ノイズ低減器２１でノイズ成分が低減された後、乗算器１４を介して加算器１５に供給される。

補正レベル適応制御部２２は、減算器１３から供給される３次元高域周波数成分の振幅に基づいて、この振幅の絶対値が基準値を越えた場合には、加算器１５で加算される補正信号（３次元高域周波数成分）の振幅が小さくなるように乗算器２３を制御するための信号を出力する。

入力レベル適応制御部２４は、入力端子ＹＩＮから供給される映像信号Ｓ４のレベルが白レベルまたは黒レベル付近にある場合、具体的には、映像信号Ｓ４のレベルが、最も暗いレベルを示す黒レベルから、該黒レベルより高い第１の基準レベルまでの第１の範囲と、最も明るいレベルを示す白レベルから、該白レベルより低く、第１の基準レベルより高い第２の基準レベルまでの第２の範囲とのいずれかの範囲内にある場合に、加算器１５で加算される補正信号（３次元高域周波数成分）の振幅が小さくなるように乗算器２５を制御するための信号を出力する。ここで、第１および第２の範囲は、補正信号の加算により出力映像信号が黒レベルまたは白レベルで飽和してしまうような範囲を規定したものである。第１および第２の基準レベルは、当該画質改善装置が適用される表示装置を用いて、映像信号に基づく表示を行い、その結果に基づいて決定する。

乗算器１４、２３、２５の３つの乗算器は、補正利得設定部１６から供給される制御信号と、補正レベル適応制御部２２から供給される制御信号と、入力レベル適応制御部２４から供給される制御信号とにしたがって、ノイズ低減器２１の出力（ノイズ低減された３次元の高域周波数成分）の振幅を調整する。

加算器１５は、入力端子ＹＩＮから供給される映像信号Ｓ３に、乗算器１４で振幅調整された３次元の高域周波数成分の補正信号を加算する。映像信号Ｓ３に加算される補正信号（３次元高域周波数成分）の振幅（エッジの調整量）は、乗算器１４に供給される制御信号により調整される。

補正利得設定部１６は、乗算器１４における振幅の調整量を与えるものである。使用者は、補正利得設定部１６を用いて本装置による画質の改善量を自由に設定することができる。

上述した本実施形態の画質改善装置によれば、入力端子ＹＩＮから供給される映像信号はフレームメモリ１１、減算器１３、加算器１５、および入力レベル適応制御部２４のそれぞれに供給される。映像信号Ｓ１は、フレームメモリ１１によって、映像信号Ｓ３に対してｎフレーム分の遅延を受ける。よって、加算器１５では、３次元の高域周波数成分を、映像信号Ｓ１よりｎフレーム後に入力された映像信号Ｓ３に加算することになる。例えば、フレームメモリ１１にて、映像信号Ｓ１を映像信号Ｓ３に対してｎフレーム分だけ遅延させる場合で、減算器１３が、ｎ番目のフレームの映像信号から抽出した２次元の低域周波数成分を、ｎ＋ｍ（ｍは自然数）番目のフレームの映像信号から差し引くことで３次元の高域周波数成分を抽出した場合は、加算器１５は、減算器１３で抽出した３次元の高域周波数成分を、ｎ＋ｍ番目のフレームの映像信号に加算することになる。このようにして、３次元の高域周波数成分を映像信号に加算することで、表示画像上におけるエッジの先鋭度の改善効果が得られるとともに、動画像のボヤケ感が低減される。

また、ｎ＋ｍ番目のフレームの映像信号のレベルが、黒レベルから第１の基準レベルまでの第１の範囲と、白レベルから第２の基準レベルまでの第２の範囲とのいずれかの範囲内にある場合には、入力レベル適応制御部２４が、ｎ＋ｍ番目のフレームの映像信号に加算される補正信号の振幅を小さくする。これにより、入力映像信号のレベルが黒レベルまたは白レベルの付近にある場合に、補正信号の加算により、出力映像信号が黒レベルまたは白レベルで飽和してしまうことを、抑制することができる。

さらに、減算器１３で抽出した３次元の高域周波数成分の振幅の絶対値が基準値を超えた場合には、補正レベル適応制御部２２が、補正信号の振幅を小さくする。これにより、高域周波数成分の大きな映像（すなわち、強いエッジを有する画像）やシーンチェンジのように画面が全く異なる画面に切り替わる映像に対する過大な先鋭度の補正を抑制することができる。

さらに、ノイズ低減器２１が、減算器１３で抽出した３次元の高域周波数成分の補正信号に含まれるノイズ（高域の微小振幅成分）を除去するので、補正信号の加算によりノイズ成分が一緒に増強されることはない。

なお、入力レベル適応制御部２４による入力レベル適応制御、補正レベル適応制御部２２による補正レベル適応制御、およびノイズ低減器２１によるノイズ除去の各処理は、どのような順番で行われても良い。

次に、入力レベル適応制御部２４の具体的な構成について説明する。

図２は、入力レベル適応制御部２４の一構成例を示したブロック図である。図２を参照すると、入力レベル適応制御部２４は、白側反転部３１、乗算器３２、リミッタ３３、およびテーブル変換部３４から構成される。白側反転部３１は、入力信号ＩＮについて、中間輝度レベルより白側の信号を反転する。この反転処理により、入力信号ＩＮは、全て黒側から中間輝度レベルまでの信号に変換される。白側反転部３１から出力された映像信号（白側が反転された信号）は、乗算器３２によりＡ倍された後、リミッタ３３を介して出力される。リミッタ３３は、出力される信号の最大値を制限するものである。テーブル変換部３４は、補正利得と乗算器３２の係数Ａとの関係を示すテーブルを備えており、このテーブルを参照して、補正利得設定部１６から供給された補正利得の値から乗算器３２に供給する係数Ａの値を決定する。図２に示した入力レベル適応制御部２４では、白側の処理を黒側の処理と共用するようになっており、これにより、回路規模を小さくし、回路の実現性を容易にすることができる。

図３は、入力レベル適応制御部２４の入出力特性を示した図である。入力信号ＩＮが黒側からＸのレベルまでは、入力に比例して出力値が大きくなる（図３中の傾きＡの部分）。しかし、入力レベルがＸを超えると、出力値は１（最大値）で制限される。

入力レベル適応制御部２４の出力信号は、後段に接続されている乗算器２５による３次元高域周波数成分の振幅を調整するための制御量を示す信号である。入力レベル適応制御部２４の出力値を「０」にすると、３次元高域周波数成分の振幅は「０」になる。入力レベル適応制御部２４の出力値を「１」にすると、３次元高域周波数成分の振幅は最大となる。なお、入力信号が中間輝度レベルより白側にある場合には、中間輝度レベルを基準に対象の動作となる。

また、傾きＡは、黒側または白側付近の先鋭度改善効果を抑えるような値に設定される。この傾きＡの設定値は、入力値（補正利得設定部１６から供給される補正利得）に応じて変化する。具体的には、入力値（補正利得）が小さいほど、傾きＡの開始位置Ｘは、より黒側または白側に近づく。逆に、入力値（補正利得）が大きいほど、傾きＡの開始位置Ｘは、より中間輝度レベルに近づく。傾きＡに基づく計算により、補正利得から出力値を得ることが可能であるが、より回路を簡易的なものにするために、本実施形態では、テーブル変換部３４にてテーブルを参照するようになっている。

次に、補正レベル適応制御部２２の具体的な構成について説明する。

図４は、補正レベル適応制御部２２の一構成例を示したブロック図である。図４を参照すると、補正レベル適応制御部２２は、絶対値処理部４１、乗算器４２、リミッタ４３、および反転部４４から構成される。絶対値処理部４１は、入力信号ＩＮ（補正信号）の絶対値を取得する。乗算器４２は、絶対値処理部４１の出力に係数Ｂを乗算する。乗算器４２の出力は、リミッタ４３を介して反転部４４に供給されている。反転部４４は、リミッタ４３を介して入力された信号に対して反転処理を行う。この反転処理では、例えば図１０の（ｃ）で示した減算器１３の出力を入力信号ＩＮとする場合において、負側の部分について絶対値化した部分を負側になるように反転する。

図４に示した補正レベル適応制御部２２では、入力信号ＩＮは、絶対値処理部４１により絶対値化され、乗算器４２によりＢ倍され、リミッタ４３で最大値が制限され、反転部４４で反転された後、出力信号ＯＵＴとして出力される。

図５は、補正レベル適応制御部２２の入出力特性を示す図である。入力信号ＩＮの振幅の絶対値がゼロからＸまでの範囲においては、図５中の傾きＢで示すように、出力値は入力値に反比例して「１」から徐々に小さくなる。入力振幅の絶対値がＸを超えると、出力値は０（最小値）で固定される。

補正レベル適応制御部２２の出力信号は、後段に接続されている乗算器２３による補正信号（３次元高域周波数成分）の振幅を調整するための制御量を示す信号である。補正レベル適応制御部２２の出力値が「０」の場合、補正信号（３次元高域周波数成分）の振幅は「０」となる。補正レベル適応制御部２２の出力値が「１」の場合、補正信号（３次元高域周波数成分）の振幅は最大となる。

図６は、乗算器１４における補正信号（３次元高域周波成分）の入出力特性を示す図である。図６において、実線は、補正レベル適応制御を行った場合の特性を示し、破線は、補正レベル適応制御なし場合の特性を示す。

補正レベル適応制御が働かない場合は、図６の点線で示す直線のように、入出力は１対１の関係にある。一方、補正レベル適応制御を行った場合は、図６の実線で示す曲線のように、３次元高域周波成分の振幅がＸ１までは入力に応じて出力も大きくな、Ｘ１を超えると、入力信号の振幅が大きくなるほど出力信号の振幅が小さくなる。そして、３次元高域周波成分の振幅がＸ２（図５のＸに対応する）を超えると、出力信号の振幅は０になる。これにより、映像のシーンチェンジや大振幅変化等により、３次元高域周波成分に大きな振幅が発生した場合に、これが入力信号に加算されてしまい、過度の先鋭度補正がかかる、といったことが生じないようにすることができる。

次に、ノイズ低減器２１の具体的な構成について説明する。

図７は、ノイズ低減器２１の一構成例を示したブロック図である。図７を参照すると、ノイズ低減器２１は、高域通過フィルタ５１、減算器５２、コアリング５３、および加算器５４から構成される。入力信号ＩＮ（減算器１３の出力）は、高域通過フィルタ５１と減算器５２に供給される。高域通過フィルタ５１は、入力信号ＩＮから高域周波数成分を取り出し、その取り出した高域周波数成分の信号を、減算器５２とコアリング５３に供給する。減算器５２は、入力信号ＩＮから、高域通過フィルタ５１で取り出された信号を減算し、その減算した信号を加算器５４に供給する。コアリング５３は、高域通過フィルタ５１で取り出された高域周波数成分の信号から微小振幅成分を取り除いた信号を、加算器５４に供給する。加算器５４は、減算器５２により高域成分が減算された信号と、コアリング５３により高域成分の微小振幅成分が取り除かれた信号を加算する。これにより、入力信号ＩＮから高域の微小振幅成分を除去した信号が得られる。高域の微小振幅成分は、ノイズ成分であることが多く、よって、図７の構成によりノイズ成分の低減が可能である。

ノイズ低減器２１は、図７に示した構成に限定されるものではない。ノイズ低減器２１は、減算器１３で抽出した３次元の高域周波数成分の補正信号に含まれるノイズを除去することができるのであれば、一般的に確立されている他の技術を利用した回路を用いてもよい。

図１に示した画質改善装置の構成は、入力信号が輝度色差信号の場合に、その輝度信号について先鋭度改善を行うものである。入力信号がＲＧＢの３原色信号の場合には、図１の構成を３原色信号毎に設ければよい。しかし、図１の構成を３原色信号毎に設けた場合は、回路規模が３倍になる。回路規模の小さな装置を実現するために、輝度信号成分に一番影響するＧ信号についてのみ、図１の構成を適用することが有効である。

さらに、３原色信号から輝度信号を求めて、この輝度信号について図１の構成を適用することも有効である。以下に、そのような構成を有する本発明の他の実施形態について説明する。

図８は、本発明の他の実施形態である画質改善装置の概略構成を示すブロック図である。図８を参照すると、画質改善装置は、図１の構成に加えて、逆マトリクス回路６１、マトリクス回路６２、輝度成分抽出部６３、および黒白最大値検出部６４を有する。図８において、図１と共通の構成で、ＲＧＢ信号個別に必要なブロックについては、符号の末尾にＲ、Ｇ、Ｂの何れかの文字を付してある。

入力信号ＲＩＮは減算器１３Ｒおよび加算器１５Ｒに供給され、入力信号ＧＩＮは減算器１３Ｇおよび加算器１５Ｇに供給され、入力信号ＢＩＮは減算器１３Ｂおよび加算器１５Ｂに供給される。また、入力信号ＲＩＮ、ＧＩＮ、ＢＩＮは、逆マトリクス回路６１および黒白最大値検出部６４のそれぞれに供給される。

逆マトリクス回路６１は、入力されたＲＧＢの３原色信号をＹＵＶの輝度色差信号に変換して出力する。一般的に、逆マトリクス変換に必要な変換係数は、テレビ信号方式によって異なる。ここで、逆マトリクス回路６１は、ＲＧＢの３原色信号から輝度信号成分を得ることと、変換された輝度色差信号からＲＧＢの３原色信号を復元することが可能であれば、どのような構成であってもよく、特定のテレビ信号方式の回路にこだわらない。フレームメモリ１１と２次元低域ろ波器１２により、逆マトリクス回路６１から供給される輝度信号Ｙから２次元の低域周波数成分が抽出される。

マトリクス回路６２は、フレームメモリ１１と２次元低域ろ波器１２により抽出された輝度信号の２次元低域周波数成分と、逆マトリクス回路６１より供給される２種類の色差信号Ｕ、Ｖとを、ＲＧＢの３原色信号に変換してＲＧＢ個別の減算器１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂに供給する。

減算器１３Ｒは、入力信号ＲＩＮからフレーム遅延された２次元低域周波数成分を減算して３次元高域周波数成分を抽出し、その抽出した３次元高域周波数成分の信号をノイズ低減器２１Ｒに供給する。減算器１３Ｇは、入力信号ＧＩＮからフレーム遅延された２次元低域周波数成分を減算して３次元高域周波数成分を抽出し、その抽出した３次元高域周波数成分の信号をノイズ低減器２１Ｇに供給する。減算器１３Ｂは、入力信号ＢＩＮからフレーム遅延された２次元低域周波数成分を減算して３次元高域周波数成分を抽出し、その抽出した３次元高域周波数成分の信号をノイズ低減器２１Ｂに供給する。各減算器１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂからの３次元高域周波数成分の信号はそれぞれ、輝度成分抽出部６３にも供給される。

輝度成分抽出部６３は、ＲＧＢ個別の３次元高域周波数成分から輝度成分を求め、その求めた輝度成分の信号を補正レベル適応制御部２２に供給する。これにより、先鋭度を改善させるＲＧＢの３次元高域周波数成分の輝度成分の振幅により、先鋭度の改善量が調整される。

黒白最大値検出部６４は、入力信号ＲＩＮ、ＧＩＮ、ＢＩＮの各レベルについて、中間輝度レベルを基準として、ＲＧＢ信号のうち最も黒側または白側にある信号のレベルを求め、そのレベルを入力レベル適応制御部２４に出力する。これにより、ＲＧＢ信号のうち最も黒側または白側にある信号、すなわち、先鋭度の改善で最も出力信号が飽和する可能性がある信号のレベルによってＲＧＢ信号全体の先鋭度の改善量が調整される。

図８に示した画質改善装置によれば、先鋭度の改善や、改善量の適応制御が特定の色信号に偏る、といったことを抑制することができる。

以上説明した各実施形態の画質改善装置は、本発明の一例であり、その構成および動作は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜に変更することができる。

例えば、図１に示した画質改善装置において、フレームメモリ１１を持たない構成としてもよい。以下に、フレームメモリ１１を持たない場合の動作を簡単に説明する。

減算器１３は、ｎ番目のフレームの映像信号から抽出した２次元の低域周波数成分を、ｎ番目のフレームの映像信号から差し引くことで高域周波数成分を抽出する。そして、加算器１５は、減算器１３で抽出した高域周波数成分を、ｎ番目のフレームの映像信号に加算する。このようにして、高域周波数成分を映像信号に加算することで、表示画像上におけるエッジの先鋭度の改善効果を得る。

また、ｎ番目のフレームの映像信号のレベルが黒レベルから第１の基準レベルまでの第１の範囲と、白レベルから第２の基準レベルまでの第２の範囲とのいずれかの範囲内にある場合には、入力レベル適応制御部２４が、ｎ番目のフレームの映像信号に加算される補正信号の振幅を小さくする。これにより、入力映像信号のレベルが黒レベルまたは白レベルの付近にある場合に、補正信号の加算により、出力映像信号が黒レベルまたは白レベルで飽和してしまうことを、抑制することができる。

さらに、減算器１３で抽出した高域周波数成分の補正信号の振幅の絶対値が基準値を超えた場合には、補正レベル適応制御部２２が、補正信号の振幅を小さくする。これにより、高域周波数成分の大きな映像（すなわち、強いエッジを有する画像）に対する過大な先鋭度の補正を抑制することができる。

また、各実施形態の画質改善装置において、過大な先鋭度の補正を抑制するという観点からすれば、入力レベル適応制御部を削除した構成としてもよい。

さらに、各実施形態の画質改善装置において、出力映像信号が黒レベルまたは白レベルで飽和することを抑制する、という観点からすれば、補正レベル適応制御部を削除した構成としてもよい。

また、フレームメモリ１１、２次元低域ろ波器１２および減算器１３からなる３次元高域周波数成分抽出手段は、ｎ番目のフレームの映像信号に関する高域周波数成分を抽出して、該抽出した高域周波数成分をｎ＋ｍ番目のフレームの映像信号に加算することができるのであれば、どのような構成にしてもよい。例えば、フレームメモリ１１は、２次元低域ろ波器１２の出力段側、減算器１３と乗算器１４の間、または乗算器１４の出力段側に設けてもよい。

また、水平および垂直の双方について高域周波数成分を抽出するようになっているが、水平または垂直の一方について高域周波数成分を抽出するようにしてもよい。この場合は、水平または垂直の一方に対して、先鋭度の改善や動画像のボヤケ感が抑制され、入力レベル適応制御部や補正レベル適応制御部による補正信号の振幅の調整が行われる。

以上説明した本発明の画質改善装置は、表示装置一般に適用することができる。また、本発明の画質改善装置は、ノンインターレース方式の表示装置の他、フレームが奇数フィールドと偶数フィールドからなるインターレース方式の表示装置にも適用することができる。インターレース方式に適用する場合は、上述した説明において、「フレーム」を「フィールド」に置き換えることで、動作を説明することができる。

本発明の一実施形態の画質改善装置の全体の構成を示すブロック図である。 図１に示す入力レベル適応制御部の構成を示すブロック図である。 図２に示す入力レベル適応制御部の入出力特性を示す特性図である。 図１に示す補正レベル適応制御部の構成を示すブロック図である。 図４に示す補正レベル適応制御部の入出力特性を示す特性図である。 補正レベル適応制御の動作を説明するための図である。 図１に示すノイズ低減器の構成を示すブロック図である。 本発明の他の実施形態である画質改善装置の構成を示すブロック図である。 従来の画質改善装置の構成を示すブロック図である。 図９に示す２次元低域ろ波器、減算器および加算器の各出力を示す波形図である。

符号の説明

１１ フレームメモリ
１２ ２次元低域ろ波器
１３ 減算器
１４ 乗算器
１５ 加算器
１６ 補正利得設定部
２１ ノイズ低減器
２２ 補正レベル適応制御部
２３ 乗算器
２４ 入力レベル適応制御部
２５ 乗算器

Claims (15)

1. 入力映像信号から、該入力映像信号により表示される画像の垂直方向および水平方向の少なくとも１つに関する低域周波数成分を抽出する低域ろ波器と、
   前記入力映像信号から前記低域ろ波器で抽出した低域周波数成分を差し引いて高域周波数成分を取得する減算器と、
   前記減算器で取得した高域周波数成分を補正信号として前記入力映像信号に加算する加算器と、
   前記入力映像信号のレベルが、最も暗いレベルを示す黒レベルから、該黒レベルより高い第１の基準レベルまでの第１の範囲と、最も明るいレベルを示す白レベルから、該白レベルより低く、前記第１の基準レベルより高い第２の基準レベルまでの第２の範囲とのいずれかの範囲内にある場合に、前記入力映像信号に加算される前記補正信号の振幅を小さくする入力レベル適応制御部と、を有する、画質改善装置。
2. 前記減算器で取得した高域周波数成分の振幅の絶対値が基準値を超えた場合に、前記入力映像信号に加算される前記補正信号の振幅を小さくする補正レベル適応制御部を、さらに有する、請求項１に記載の画質改善装置。
3. 入力映像信号から、該入力映像信号により表示される画像の垂直方向および水平方向の少なくとも１つに関する低域周波数成分を抽出する低域ろ波器と、
   前記入力映像信号から前記低域ろ波器で抽出した低域周波数成分を差し引いて高域周波数成分を取得する減算器と、
   前記減算器で取得した高域周波数成分を補正信号として前記入力映像信号に加算する加算器と、
   前記減算器で取得した高域周波数成分の振幅の絶対値が基準値を超えた場合に、前記入力映像信号に加算される前記補正信号の振幅を小さくする補正レベル適応制御部と、を有する、画質改善装置。
4. 前記減算器で取得した高域周波数成分の信号から高域の微小振幅成分であるノイズを除去するノイズ低減器を、さらに有し、
   前記加算器は、前記ノイズ低減器でノイズが除去された高域周波数成分を補正信号として前記入力映像信号に加算する、請求項１から３のいずれか１項に記載の画質改善装置。
5. フレーム単位に入力される入力映像信号の画質を改善する装置であって、
   ｎ（ｎは自然数）番目のフレームの映像信号に関する高域周波数成分を抽出する高域周波数成分抽出手段と、
   前記高域周波数成分抽出手段で抽出された高域周波数成分を補正信号としてｎ＋ｍ（ｍは自然数）番目のフレームの映像信号に加算する加算器と、
   前記ｎ＋ｍ番目のフレームの映像信号のレベルが、最も暗いレベルを示す黒レベルから、該黒レベルより高い第１の基準レベルまでの第１の範囲と、最も明るいレベルを示す白レベルから、該白レベルより低く、前記第１の基準レベルより高い第２の基準レベルまでの第２の範囲とのいずれかの範囲内にある場合に、前記ｎ＋ｍ番目のフレームの映像信号に加算される前記補正信号の振幅を小さくする入力レベル適応制御部と、を有する、画質改善装置。
6. 前記高域周波数成分抽出手段で抽出された高域周波数成分の振幅の絶対値が基準値を超えた場合に、前記ｎ＋ｍ（ｍは自然数）番目のフレームの映像信号に加算される前記補正信号の振幅を小さくする補正レベル適応制御部を、さらに有する、請求項５に記載の画質改善装置。
7. フレーム単位に入力される入力映像信号の画質を改善する装置であって、
   ｎ（ｎは自然数）番目のフレームの映像信号に関する高域周波数成分を抽出する高域周波数成分抽出手段と、
   前記高域周波数成分抽出手段で抽出された高域周波数成分を補正信号としてｎ＋ｍ（ｍは自然数）番目のフレームの映像信号に加算する加算器と、
   前記高域周波数成分抽出手段で抽出された高域周波数成分の振幅の絶対値が基準値を超えた場合に、前記ｎ＋ｍ番目のフレームの映像信号に加算される前記補正信号の振幅を小さくする補正レベル適応制御部と、を有する、画質改善装置。
8. 前記高域周波数成分抽出手段で抽出された高域周波数成分の補正信号から高域の微小振幅成分であるノイズを除去するノイズ低減器を、さらに有し、
   前記加算器は、前記ノイズ低減器でノイズが除去された高域周波数成分を補正信号として前記ｎ＋ｍ番目のフレームの映像信号に加算する、請求項５から７のいずれか１項に記載の画質改善装置。
9. 前記高域周波数成分抽出手段は、
   前記入力映像信号をフレーム単位で遅延させるフレームメモリと、
   前記フレームメモリから出力される前記ｎ番目のフレームの映像信号から、前記入力映像信号により表示される画像の水平方向および垂直方向の少なくとも１つに関する低域周波数成分を抽出する低域ろ波器と、
   前記ｎ＋ｍ番目のフレームの映像信号から前記低域ろ波器で抽出した低域周波数成分を差し引いて高域周波数成分を取得する減算器と、を有する、請求項５から８のいずれか１項に記載の画質改善装置。
10. 入力映像信号から、該入力映像信号により表示される画像の垂直方向および水平方向の少なくとも１つに関する低域周波数成分を抽出する周波数成分抽出ステップと、
    前記入力映像信号から前記周波数成分抽出ステップで抽出した低域周波数成分を差し引いて高域周波数成分を取得する高域周波数成分取得ステップと、
    前記高域周波数成分取得ステップで取得した高域周波数成分を補正信号として前記入力映像信号に加算する補正信号加算ステップと、
    前記入力映像信号のレベルが、最も暗いレベルを示す黒レベルから、該黒レベルより高い第１の基準レベルまでの第１の範囲と、最も明るいレベルを示す白レベルから、該白レベルより低く、前記第１の基準レベルより高い第２の基準レベルまでの第２の範囲とのいずれかの範囲内にある場合に、前記入力映像信号に加算される前記補正信号の振幅を小さくする入力レベル適応制御ステップと、を含む、画質改善方法。
11. 入力映像信号から、該入力映像信号により表示される画像の垂直方向および水平方向の少なくとも１つに関する低域周波数成分を抽出する低域周波数成分抽出ステップと、
    前記入力映像信号から前記低域周波数成分抽出ステップで抽出した低域周波数成分を差し引いて高域周波数成分を取得する高域周波数成分取得ステップと、
    前記高域周波数成分取得ステップで取得した高域周波数成分を補正信号として前記入力映像信号に加算する補正信号加算ステップと、
    前記高域周波数成分取得ステップで取得した高域周波数成分の振幅の絶対値が基準値を超えた場合に、前記入力映像信号に加算される前記補正信号の振幅を小さくする補正レベル適応制御ステップと、を含む、画質改善方法。
12. 前記高域周波数成分取得ステップで取得した高域周波数成分の信号から高域の微小振幅成分であるノイズを除去するノイズ低減ステップを、さらに含む、請求項１０または１１に記載の画質改善方法。
13. フレーム単位に入力される入力映像信号の画質を改善する方法であって、
    ｎ（ｎは自然数）番目のフレームの映像信号に関する高域周波数成分を抽出する高域周波数成分抽出ステップと、
    前記高域周波数成分抽出ステップで抽出した高域周波数成分を補正信号としてｎ＋ｍ（ｍは自然数）番目のフレームの映像信号に加算する補正信号加算ステップと、
    前記ｎ＋ｍ番目のフレームの映像信号のレベルが、最も暗いレベルを示す黒レベルから、該黒レベルより高い第１の基準レベルまでの第１の範囲と、最も明るいレベルを示す白レベルから、該白レベルより低く、前記第１の基準レベルより高い第２の基準レベルまでの第２の範囲とのいずれかの範囲内にある場合に、前記ｎ＋ｍ番目のフレームの映像信号に加算される前記補正信号の振幅を小さくする入力レベル適応制御ステップと、を含む、画質改善方法。
14. フレーム単位に入力される入力映像信号の画質を改善する方法であって、
    ｎ（ｎは自然数）番目のフレームの映像信号に関する高域周波数成分を抽出する高域周波数成分抽出ステップと、
    前記高域周波数成分抽出ステップで抽出した高域周波数成分を補正信号としてｎ＋ｍ（ｍは自然数）番目のフレームの映像信号に加算する補正信号加算ステップと、
    前記高域周波数成分抽出ステップで抽出した高域周波数成分の振幅の絶対値が基準値を超えた場合に、前記ｎ＋ｍ番目のフレームの映像信号に加算される前記補正信号の振幅を小さくする補正レベル適応制御ステップと、を含む、画質改善方法。
15. 前記高域周波数成分抽出ステップで抽出した高域周波数成分の信号から高域の微小振幅成分であるノイズを除去するノイズ低減ステップを、さらに含む、請求項１３または１４に記載の画質改善方法。

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