JP2007503148A

JP2007503148A - 彩度調節のための修正された輝度重み

Info

Publication number: JP2007503148A
Application number: JP2006523739A
Authority: JP
Inventors: アーエムヤスペルス，コルネリス
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2003-08-18
Filing date: 2004-08-18
Publication date: 2007-02-15
Also published as: WO2005018238A1; CN1836452A; US20060232711A1; EP1658730A1

Abstract

本発明は、所定の重みおよび色差信号を含む輝度信号を処理する方法に向けられる。特に、本方法は、輝度信号および色差信号が色信号に変換されることを含む。前記色信号から第二の輝度信号が形成される。第二の輝度信号は前記所定の重みとは異なる第二の重みを含む。第二の輝度信号を色信号のそれぞれから引いて第二の色差信号が生成される。第二の色差信号は彩度パラメータによって増幅されて増幅された差信号が生成される。さらに、前記第二の輝度信号が前記増幅された差信号のそれぞれに加えられて出力色信号が生成される。

Description

本発明は一般にビデオ信号処理に、より詳細には、彩度調節のレベルが上昇したときによりバランスのとれたカラー映像を提供するために輝度信号の輝度重みを変更する彩度調節の方法に関するものである。

1953年に初のカラーテレビジョンシステムが米国で開発され、その後まもなく連邦通信委員会（FCC: Federal Communications Commission）によって放送のための承認が下りた。このシステムを既存の白黒システムに対して上位互換とするため、ビデオ情報は輝度信号およびクロミナンス信号によって送信された。輝度信号が明るさの情報を提供し、クロミナンス信号が色の情報を提供するのである。

輝度信号はガンマ補正された赤、緑、青の信号から次式によって導かれる。

Y′＝0.299R′＋0.587G′＋0.114B′ （１）
クロミナンス信号は色差信号からなり、色差信号が輝度信号と組み合わされて赤、緑、青の色信号を生成し、これがディスプレイ上にカラー映像を生成するのに使われる。色差信号は輝度信号とガンマ補正された赤、緑、青の色信号との間の差を次のように指定する。

PB＝0.492（B′−Y′）
PR＝0.877（R′−Y′）（２）
カラーテレビジョンにおける彩度調節は輝度信号を用いた色差信号の増幅に基づいている。式（１）から見て取れるように、輝度信号には３つの所定の重みがあり（YR:YG:YB＝0.299:0.587:0.114）、これがRGB色信号のそれぞれの寄与を決めている。これらの所定の重みは1953年のFCC標準化に従って定義された。PAL（Phase Alternation line）のような他のテレビジョンシステムもこれらの同じRGB重みを使用していることを注意しておく。

現在のカラーシステムの欠点は、彩度調節のレベルが高くなるとカラー映像の明るさが必ずしもバランスがとれないことである。これは、彩度調節を上げるとき、上式（１）のRGB重みでは、青、赤、マゼンタの色は相対的に誇張された上昇となり、シアン、イエローの色はいくぶん乏しい上昇となることによる。

上記に鑑み、本発明は、所定の重みおよび色差信号を含む輝度信号を処理する方法に向けられる。特に、本方法は、輝度信号および色差信号が色信号に変換されることを含む。前記色信号から第二の輝度信号が形成される。第二の輝度信号は前記所定の重みとは異なる第二の重みを含む。第二の輝度信号を色信号のそれぞれから引いて第二の色差信号が生成される。第二の色差信号は彩度パラメータによって増幅されて増幅された差信号が生成される。さらに、前記第二の輝度信号が前記増幅された差信号のそれぞれに加えられて出力色信号が生成される。

ある例では、出力色信号は保存されてもよい。別の例では、出力色信号は表示されてもよい。

ここで図面を参照するが、同様の参照符号は図面を通じて対応する部分を表している。

前述したように、カラーテレビジョンシステムの彩度調節は、1953年のFCC標準に従った所定のRGBの寄与（YR:YG:YB＝0.299:0.587:0.114）をもつ輝度信号を用いた色差信号の増幅に基づいている。こうした所定の重みの欠点は、彩度が上がるにつれ、青、赤、マゼンタの色が相対的に誇張されて上昇することである。一方、シアンおよびイエローの色はいくぶん乏しい上昇しか起こらない。しかし、本発明によれば、輝度信号の前記所定の重みを修正することによって、彩度調節が上昇したときにイエローおよびシアンの色の明るさが上昇し、よりバランスのとれたカラー映像を与えることになる。

本発明に基づく彩度調節を説明するために、いくつかの異なる輝度重みの組について、表示前のRGB信号と、表示後の３つのRGB出力の最大値の相対光度出力とに対する影響を計算してみる。その結果を図１の表に示す。表１では、RGB輝度重みはFCC規格に従う（YR:YG:YB＝0.299:0.587:0.114）。表２では、RGB輝度の寄与は均等である（YR:YG:YB＝0.333:0.333:0.333）。表３では、Bの寄与を高める（YR:YG:YB＝0.167:0.167:0.666）。

彩度調節の上昇は、次のようにカメラガンマ補正後の非線形色差信号において行われる。

(R−Y)′＝sat×(R′−Y′)
(B−Y)′＝sat×(B′−Y′) （３）
彩度調節後、RGB信号は次のようになる。

R′＝sat×(R′−Y′)＋Y′
G′＝sat×(G′−Y′)＋Y′
B′＝sat×(B′−Y′)＋Y′ （４）
ディスプレイのガンマ2.3の補正（α）後、相対的なR″G″B″光度出力は次のようになる。

R″＝R′α. G″＝G′α, B″＝B′α （５）
ディスプレイのRGBmax″出力の最大値は次のようになる。

RGBmax″＝max{R″,G″,B″} （６）
表１〜３では、相対的なRGBmax″出力の上昇が示されている。表中のデータは、彩度調節後かつ表示前の相対的なRGBmax′の値については式（４）により計算し、CRTディスプレイの相対的なRGBmax″出力は式（６）を用いて計算した。

テレビジョンメーカーによって許容される最大の彩度調節ごとに表示前および表示後の入力信号を比較してみよう。LCDディスプレイについては、LCD光出力の限られた到達のため、彩度調節1.2が許容できる最大値であり、この場合は３つの表におけるsat＝1.2の列を比較すればよい。CRT（またはPDP）ディスプレイについては、彩度調節の値をより大きくでき、この場合は、sat＝1.4またはsat＝2.0の列から選ぶことができる。しかし、後者は非常に誇張された色再現となる。

ディスプレイのRGBmax″出力は、式（６）に従ってRGBmax″を決定した原色の光出力の上昇を表している。表１から見て取れるように、FCC輝度重みは、彩度調節のレベルが高くなると青の色においてより誇張された上昇を引き起こす。表２から見て取れるところでは、青、赤、緑の色についての上昇が最高になっているが、その他の色、シアン、イエロー、マゼンタの間では彩度調節のレベルが高いところでの相違はずっと小さくなる。したがって、彩度調節のレベルが高いところでよりバランスのとれたカラー映像が達成される。

表３から見て取れるところでは、赤およびグリーンの色についての上昇が最高になっている。他の２つの表のデータと併せて見ると、彩度調節のレベルを上げたとき、輝度重みが最小の原色が最大のRGBmax″の上昇を引き起こすことが識別できる。さらに、彩度調節のレベルを上げたとき、最大輝度重みの補色が最小のRGBmax″を引き起こす。

よりバランスのとれた輝度重みの使用により、色相の誤差が人間の目の感度がより低いRGB色に向かって移動することも気がつく。これは、彩度調節が上昇するにつれ、輝度の寄与が最小のRGB色が最小の色相誤差となるためである。FCCの輝度重みでは、青の寄与が最小で、よって最小の色相誤差となる。反対色イエローはより大きな色相誤差となる。人間の目は青よりもイエローにおける色相誤差により敏感なので、これはさらなる不都合な点となる。

しかし、図１の表２のようなよりバランスのとれた輝度重みを使うことによって、青の色の輝度の寄与は青ではより大きな誤差を、イエローではより小さな誤差を引き起こす。人間の目は青においては色相の誤差にそれほど敏感ではないので、FCCの輝度重みを修正することによって彩度レベルが高いときの色相の誤差を減らすことができるのである。

本発明に基づく彩度調節の一つの例が図２に示されている。見て取れるように、輝度信号Y′および２つの色差信号Rlf′−Ylf′、Blf′−Ylf′が処理される。前述したように、輝度信号は1953年のFCC規格に従った、PALのような他のカラーテレビジョンシステムでも用いられる所定の重みを有している（YR:YG:YB＝0.299:0.587:0.114）。さらに、前記二つの色差信号はクロミナンス信号から導かれる。この例では、差信号は送信機側で低域通過フィルタ処理がかけられている可能性があるので低周波数（low frequency）の形になっている。

段２では、輝度信号Y′および二つの色差信号Rlf′−Ylf′、Blf′−Ylf′が色信号R′G′B′に変換される。色信号R′G′B′は次式のように表すことができる。

R′＝(Rlf′−Ylf′)＋(Ylf′＋Yhf″)＝Rlf′＋Yhf′
G′＝(Glf′−Ylf′)＋(Ylf′＋Yhf″)＝Glf′＋Yhf′
B′＝(Blf′−Ylf′)＋(Ylf′＋Yhf″)＝Blf′＋Yhf′ （７）
段４では、新しい（new）輝度信号Yn′が段２で生成された色信号R′G′B′から導かれる。新しい輝度信号を導くために、色信号R′G′B′のそれぞれはFCC規格化によって定義されている輝度係数とは異なる重みを乗じられる。本発明によれば、これらの異なる重みは彩度調節のより高いレベルにおいてよりバランスのとれたカラー映像を与えるために選択される。特に、これによりイエローおよびシアンの色が映像中で他の色と同じくらい明るくできるようになる。

一つの例では、選ばれる輝度重みは（YR:YG:YB＝0.333:0.333:0.333）のようなものである。しかし、本発明は一つの組の重みに限られるものではないことを注意しておく。たとえば、赤の信号重みYRおよび緑の信号重みYGは約0.1から約0.4の範囲から選ぶことができる。さらに、青の信号重みYBは約0.2から約0.8の範囲から選ぶことができる。新しい輝度信号Yn′は次式のように表すことができる。

Yn′＝a×(Rlf′＋Yhf′)＋b×(Glf′＋Yhf′)＋c×(Blf′＋Yhf′) （８）
ここで、a,b,cが前記の異なる輝度重みである。色信号R′G′B′は式（７）によって定義される。

さらに、Yn′は次のように書き換えることができる。

Yn′＝(a×Rlf′＋b×Glf′＋c×Blf′)＋Yhf′＝Ynlf′＋Yhf′ （９）
ここで、Ynlf′＝(a×Rlf′＋b×Glf′＋c×Blf′)である。

段４では、新しい輝度信号Yn′を使って３つの新しい色差信号も形成される。その新しい色差信号は新しい輝度信号Yn′を段２で生成された色信号R′G′B′のそれぞれから引くことによって形成される。その３つの色差信号は次式のように表すことができる。

Rn′−Yn′＝(Rlf′＋Yhf′)−Yn′
Gn′−Yn′＝(Glf′＋Yhf′)−Yn′
Bn′−Yn′＝(Blf′＋Yhf′)−Yn′ （１０）
段６では、段４で生成された色差信号のそれぞれに対して彩度調節が実行される。この段を実行するにあたって、色差信号のそれぞれは彩度パラメータによって増幅される。彩度パラメータは通例１以上の値であり、ディスプレイ装置の特性によって、あるいはユーザーの好みによって変わりうるものである。さらに、彩度パラメータはあらかじめ決められていてもよいし、動作中に動的に変化させられてもよい。

段８では、次いで段６からの増幅された差信号は出力（output）色信号Ro′Go′Bo′に変換される。これらの出力色信号Ro′Go′Bo′は保存されてもよいし、カラー映像を生成するためにディスプレイ装置に送られてもよい。出力色信号Ro′Go′Bo′は前記の新しい輝度信号Yn′を増幅された差信号のそれぞれに加えることによって生成される。出力色信号Ro′Go′Bo′は次式のように表すことができる。

Ro′＝sat×(Rn′−Yn′)＋Yn′
Go′＝sat×(Gn′−Yn′)＋Yn′
Bo′＝sat×(Bn′−Yn′)＋Yn′ （１１）
ここで、satは彩度パラメータである。

式（１０）を式（１１）に代入すると、出力色信号Ro′Go′Bo′は次のようになる。

Ro′＝sat×((Rlf′＋Yhf′)−Yn′)＋Yn′＝sat×(Rlf′＋Yhf′)＋(1−sat)×Yn′
Go′＝sat×((Glf′＋Yhf′)−Yn′)＋Yn′＝sat×(Glf′＋Yhf′)＋(1−sat)×Yn′
Bo′＝sat×((Blf′＋Yhf′)−Yn′)＋Yn′＝sat×(Blf′＋Yhf′)＋(1−sat)×Yn′
（１２）
式（９）を式（１２）に代入すればこれはさらに次のように書き直せる。

Ro′＝sat×(Rlf′＋Yhf′)＋(1−sat)×Ynlf′＋(1−sat)×Yhf′＝sat×Rlf′＋(1−sat)×Ynlf′＋Yhf′
Go′＝sat×(Glf′＋Yhf′)＋(1−sat)×Ynlf′＋(1−sat)×Yhf′＝sat×Rlf′＋(1−sat)×Ynlf′＋Yhf′
Bo′＝sat×(Blf′＋Yhf′)＋(1−sat)×Ynlf′＋(1−sat)×Yhf′＝sat×Rlf′＋(1−sat)×Ynlf′＋Yhf′
（１３）
図２の方法がY′、(R′−Y′)、(B′−Y′)のような全帯域幅の信号に対して実行される場合、段２の出力は次のようになる。

R′＝(R′−Y′)＋Y′
G′＝(G′−Y′)＋Y′
B′＝(B′−Y′)＋Y′ （１４）
さらに、段４で生成される新しい輝度信号Yn′は次のようになる。

Yn′＝a×R′＋b×G′＋c×B′ （１５）
段６および段８を実行したのち、出力色信号Ro′Go′Bo′は次のようになる。

Ro′＝sat×(R′−Yn′)＋Yn′
Go′＝sat×(G′−Yn′)＋Yn′
Bo′＝sat×(B′−Yn′)＋Yn′ （１１）
本発明に基づく装置の一つの例が図３に示されている。該装置が表しているのは、例として、テレビジョン、セットトップボックス、パーソナルコンピュータ、プリンタもしくはデジタルビデオレコーダー、もしくはDVDのような光学式記録装置、またはこれらおよびその他の装置の一部分もしくは組み合わせなどでありうる。この装置はプロセッサ１０、メモリ１２、バス１４および一つまたは複数の入出力装置１６を含んでいる。この装置がテレビジョンまたはコンピュータの場合には、これはディスプレイ１８も含むことになる。

入出力装置１６、プロセッサ１０およびメモリ１２はバス１４を通じて通信する。輝度信号Y′および色差信号R′−Y′、B′−Y′を含む入力信号は、出力色信号Ro′Go′Bo′を生成するために、メモリ１２に保存されておりプロセッサ１０によって実行される一つまたは複数のソフトウェアプログラムに従って処理される。これらの出力色信号Ro′Go′Bo′はメモリ１２に保存されることもできるし、ディスプレイ１８に送られてカラー映像を生成することもできる。

具体的には、メモリ１２に保存されているソフトウェアプログラムは図２の彩度調節方法を含んでいる。この実施形態では、彩度調節方法はプロセッサ１０によって実行されるコンピュータ可読コードによって実装される。さらに、コードはメモリ１２に保存される。他の実施形態では、本発明を実装するためにソフトウェア命令に代わって、あるいはそれと組み合わせてハードウェア回路を用いてもよい。

本発明について上記では特定の例を用いて説明してきたが、本発明はここに開示される例に制約または限定される意図ではないことは理解しておくものとする。したがって、本発明は特許請求の精神および範囲内に含まれるさまざまな構造および修正をもカバーすることが意図されている。

FCC輝度重みを使った場合と本発明に基づく場合の彩度調節を比較する表を含む図である。本発明に基づく彩度調節の一例を示す図である。本発明に基づく装置の一例を示す図である。

Claims

所定の重みおよび色差信号を含む輝度信号を処理する方法であって、
前記輝度信号および前記色差信号を色信号に変換し、
前記色信号から、前記所定の重みとは異なる第二の重みを含む第二の輝度信号を形成し、
前記第二の輝度信号を前記色信号のそれぞれから引いて第二の色差信号を生成し、
前記第二の色差信号を彩度パラメータによって増幅して増幅された差信号を生成し、
前記第二の輝度信号を前記増幅された差信号のそれぞれに加えて出力色信号を生成する、
ステップを有することを特徴とする方法。
前記出力色信号を表示することをさらに含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
前記出力色信号を保存することをさらに含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
前記輝度信号および前記色差信号を色信号に変換することが：
R′＝Rlf′＋Yhf′
G′＝Glf′＋Yhf′
B′＝Blf′＋Yhf′
に従って実行されることを特徴とする、請求項１記載の方法。
前記輝度信号および前記色差信号を色信号に変換することが：
R′＝(R′−Y′)＋Y′
G′＝(G′−Y′)＋Y′
B′＝(B′−Y′)＋Y′
に従って実行されることを特徴とする、請求項１記載の方法。
前記第二の重みが：
約0.1から約0.4の範囲の赤の信号重みと、
約0.1から約0.4の範囲の緑の信号重みと、
約0.2から約0.8の範囲の青の信号重み、
とを含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
前記彩度パラメータが１以上の値であることを特徴とする、請求項１記載の方法。
所定の重みおよび色差信号を含む輝度信号を処理する装置であって、
前記輝度信号および前記色差信号を色信号に変換する手段と、
前記色信号から、前記所定の重みとは異なる第二の重みを含む第二の輝度信号を形成する手段と、
前記第二の輝度信号を前記色信号のそれぞれから引いて第二の色差信号を生成する手段と、
前記第二の色差信号を彩度パラメータによって増幅して増幅された差信号を生成する手段と、
前記第二の輝度信号を前記増幅された差信号のそれぞれに加えて出力色信号を生成する手段、
とを有することを特徴とする装置。
前記出力色信号を表示する手段をさらに含むことを特徴とする、請求項８記載の装置。
前記出力色信号を保存する手段をさらに含むことを特徴とする、請求項８記載の装置。
前記第二の重みが：
約0.1から約0.4の範囲の赤の信号重みと、
約0.1から約0.4の範囲の緑の信号重みと、
約0.2から約0.8の範囲の青の信号重み、
とを含むことを特徴とする、請求項８記載の装置。
前記彩度パラメータが１以上の値であることを特徴とする、請求項８記載の装置。
所定の重みおよび色差信号を含む輝度信号を処理するコードを含む記憶媒体であって、前記コードが：
前記輝度信号および前記色差信号を色信号に変換するコードと、
前記色信号から、前記所定の重みとは異なる第二の重みを含む第二の輝度信号を形成するコードと、
前記第二の輝度信号を前記色信号のそれぞれから引いて第二の色差信号を生成するコードと、
前記第二の色差信号を彩度パラメータによって増幅して増幅された差信号を生成するコードと、
前記第二の輝度信号を前記増幅された差信号のそれぞれに加えて出力色信号を生成するコード、
とを有することを特徴とする記憶媒体。
前記第二の重みが：
約0.1から約0.4の範囲の赤の信号重みと、
約0.1から約0.4の範囲の緑の信号重みと、
約0.2から約0.8の範囲の青の信号重み、
とを含むことを特徴とする、請求項１３記載の記憶媒体。
前記彩度パラメータが１以上の値であることを特徴とする、請求項１３記載の記憶媒体。
前記出力色信号を表示するコードをさらに含むことを特徴とする、請求項１３記載の記憶媒体。
前記出力色信号を保存するコードをさらに含むことを特徴とする、請求項１３記載の記憶媒体。