JP2007507961A

JP2007507961A - 複数原色表示システム用入力信号を復号化する汎用的な色復号器及び方法

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Publication number: JP2007507961A
Application number: JP2006530921A
Authority: JP
Inventors: ファーン，アドリアニュスイェーエスデ
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2004-09-27
Publication date: 2007-03-29
Also published as: US20070076014A1; EP1671494A1; WO2005032151A1; CN1860798A; KR20060087588A

Abstract

復号器と、復号化する方法は、Ｎ＞３であるとき、Ｎ個の原色を有するディスプレイによる表示用形式に色画像データを変換する。複数の入力形式変換器は各々、相当する色形式を有する入力信号をＸ、Ｙ、Ｚの三刺激値の群に変換し、Ｘ、Ｙ、Ｚの三刺激値の群を出力する。入力選択器は、入力形式変換器の出力のうちの１つからのＸ、Ｙ、Ｚの三刺激値の選択された群、又は専用のＸ、Ｙ、Ｚの入力を選択する。出力変換器は、Ｘ、Ｙ、Ｚ三刺激値の選択された群を、Ｎ個の原色に相当するＮ個の色画像画素データに変換する。

Description

本発明は、ビデオ及び画像の信号処理の分野に関し、特に、ビデオ及び入力の信号を複数の原色信号に復号化するシステム及び方法に関する。

人間の色知覚は、ほとんど、眼の特定の物理特性から得られるものと考えられている。特に、眼は光を受ける３つの別々の種類の「錐体」を有し、各々はスペクトルの別々の色を違ったふうに処理する。３つの種類の錐体は一般的に、青色器、緑色器及び赤色器と呼ばれている。青色器は青色光に最も敏感であり、緑色器は緑色光に最も敏感であり、赤色器は赤色光に最も敏感である。緑色器及び赤色器は概して、眼の中心窩領域内に詰まっている。青色器は概して、中心窩の外部に見出される。測定された応答曲線に基づけば、人間の眼は通常、６４％の赤色器と、３２％の緑色器と、２％の青色器とに分かれる６百万個乃至７百万個の錐体を備えているものと現在考えられている。

１９２０年代に行われた色一致研究によって、赤色（７００ｎｍ）と、緑色（５４５．１ｎｍ）と、青色（４３５．８ｎｍ）とのモノクロ原色の組み合わせによって一致させ得るということが明らかになった。大きな観察者群の平均的な応答は、３色の一致関数群によって再生することができる。

一般的に用いられる色一致関数群の１つとして、ＣＩＥ（国際照明委員会）の色一致関数がある。図１は、ＣＩＥの色一致関数を示す。

前述のように人間の眼が、３つの別々の種類の、色に敏感な錐体を有することに基づけば、眼の応答は、通常、Ｘ、Ｙ及びＺとして表す３つの「三刺激値」によって、あるいは最もうまく表すことができる。ＣＩＥ色一致関数から、色度を規定する三刺激値を導き出すことができる。しかし、これが達成されると、色を２つの色座標ｘ及びｙによって表すことができるということが分かっている。

１９３１年には、国際照明委員会（ＣＩＥ）は、２つのＣＩＥパラメータｘ及びｙによって、人間の色知覚の範囲をマッピングする色度図を作成した。図２は、１９３１年のＣＩＥ標準色度図を示す。この図は、人間の眼によって通常、認識可能な色を全て備えている。スペクトル色は、示している「色空間」のエッジ付近で分布しており、その輪郭は、認識される色相全てを備え、色を調べる枠組みを提供する。

一方、一般的に、既存の色表示装置は、通常、赤色（Ｒ）と緑色（Ｇ）と青色（Ｂ）との３つの原色のみの群を用いて画像及びビデオを表示する。既存の表示装置は、適切な重み付けによって３つの原色を組み合わせて、表示する対象の種々の色全てを生成する。

いくつかの別々の標準形式が、ビデオ源又は画像源からの色画像画素データを表すビデオ信号又は画像信号について設定されている。重要な形式の一部には、以下のものがある。すなわち、ヨーロッパ放送連合（ＥＢＵ）のＹＵＶビデオ形式、米国テレビ方式委員会（ＮＴＳＣ）のＹＩＱビデオ形式、米国映画テレビ技術者協会‐Ｃ（ＳＭＰＴＥ‐Ｃ）のＲＧＢビデオ形式、国際電気通信連合（ＩＴＵ）標準ＢＴ−７０９ＨＤＴＶスタジオ制作のＹＣｂＣｒビデオ形式、ＳＭＰＴＥ−２４０ＭのＹＰｂＰｒビデオ形式、コダック（登録商標）社のＰｈｏｔｏＹＣＣ形式等である。種々の形式によれば、ビデオ又は画像の情報の形式は、ディジタル又はアナログであり得る。

前述のビデオ及び画像の形式は一般的に、前述の３つの原色によって動作する表示システムによって動作するよう企図されている。以下の表は、前述の標準的な形式毎に、Ｒ、Ｇ及びＢの原色と、「白色」とのＣＩＥ色度図座標を示す。

一方、技術が向上するにつれ、色忠実度及び輝度のレベルを増加させて静止画像及び静止ビデオを表示することができるシステム及び装置に対する需要が高まっている。色忠実度及び輝度の需要が高い応用分野として、ファッション・デザイン、ディジタル写真、ディジタル広告、医療画像、室内装飾及び美術がある。４つ以上の原色によって動作する表示システムは、こうした応用分野について興味深いものになり始めている。

しかし、上記標準の何れかを用いた既存のビデオ源及び画像源は、４つ以上の原色を有する表示装置によって容易に利用可能な形式でビデオ及び画像の情報を供給するものでない。更に、新たなビデオ及び画像の標準が策定されるにつれ、こうした形式で呈示されるデータを、４つ以上の原色によって動作する表示システムに適切な形式に変換する必要性が存在することになる。

よって、色画像画素データを表すビデオ及び画像の信号を、事実上何れの色形式においても受信し、４つ以上の原色を有するディスプレイによって用いる形式にデータを復号化することができる汎用色復号器を備えることが望ましいものである。まだ作成されていない将来のビデオ及び画像の形式に容易に対応するよう柔軟なアーキテクチャを有するそうした復号器を備えることも望ましいものである。本発明は、前述した課題の１つ又は複数を解決することに関する。

本発明の一局面では、Ｎ≧３のとき、入力信号の形式を、Ｎ個の原色を有するディスプレイの形式に変換する復号器は、相当する色形式を有する入力信号を、Ｘ、Ｙ、Ｚの三刺激値の群に変換し、Ｘ、Ｙ、Ｚの三刺激値の群を出力するよう各々が形成される複数の入力形式変換器と、Ｘ、Ｙ、Ｚの三刺激値の選択された群を備える、入力形式変換器の出力のうちの１つを選択するよう形成される入力選択器と、Ｘ、Ｙ、Ｚの三刺激値の選択された群を、Ｎ個の原色に相当するＮ個の色画像画素データに変換するよう形成される出力変換器とを備える。

本発明の別の局面では、Ｎ≧３のとき、Ｎ個の原色を有するディスプレイの形式に入力信号を変換する方法は、複数の入力のうちからＸ、Ｙ、Ｚの三刺激値の群を選択する工程と、Ｘ、Ｙ、Ｚの三刺激値の選択された群を、Ｎ個の原色に相当する色画像画素データに変換する工程とを備える。

本発明の更に別の局面では、Ｎ≧３のとき、入力信号を、Ｎ個の原色を有するディスプレイの形式に変換する方法は、複数の入力からＸ、Ｙ、Ｚの三刺激値の群を選択する工程と、Ｘ、Ｙ、Ｚの三刺激値の選択された群を、Ｎ個の原色に相当する色画像画素データに変換する工程とを備える。

更なる局面や他の局面は、以下の記載から明らかになる。

図３は汎用色復号器３００の構成図を示す。汎用色復号器３００は、複数の入力形式変換器３１０と、入力選択器３２０と、出力形式変換器３３０とを備える。各入力形式変換器３１０は入力及び出力を有する。入力選択器３２０は、複数の入力と、出力とを有する。出力形式変換器３３０は、入力と、複数の出力とを有する。各入力形式変換器３１０の出力は、入力選択器３２０の入力の相当する１つに結合される。入力選択器３２０の出力は、出力形式変換器３３０の入力に結合される。出力形式変換器３３０の出力は各々、複数原色表示装置の相当する色処理又は駆動の回路に結合される（図示せず）。

汎用色復号器３００の動作を次に説明することとする。

各入力形式変換器３１０は、相当する色空間の相当する色形式において色画像画素データを表す入力信号を受信するよう形成される。入力信号は、例えば、使用される特定の標準に応じてアナログ形式又はディジタル形式であり得る。効果的には、入力形式変換器３１０は、国際照明委員会（ＣＩＥ）標準のＸ、Ｙ、Ｚの三刺激値の群に受信信号を変換し、Ｘ、Ｙ、Ｚの三刺激値の群を出力するよう形成される。汎用色復号器３１０は、ヨーロッパ放送連合（ＥＢＵ）のＹＵＶ色形式における色画像画素データを表す入力信号を、ＣＩＥのＸ、Ｙ、Ｚの三刺激値に変換するよう形成される第１の入力形式変換器３１０と、米国テレビ方式委員会（ＮＴＳＣ）のＹＩＱ色形式において色画像画素データを表す入力信号を、ＣＩＥのＸ、Ｙ、Ｚの三刺激値に変換するよう形成される第２の入力形式変換器と、米国映画テレビ技術者協会―Ｃ（ＳＭＰＴＥ―Ｃ）色形式において色画像画素データを表す入力信号を、ＣＩＥのＸ、Ｙ、Ｚの三刺激値に変換するよう形成される第３の入力形式変換器と、ＹＣＣ色形式を有する入力信号を、ＣＩＥのＸ、Ｙ、Ｚの三刺激値に変換するよう形成される第４の入力形式変換器とを備える。更なる入力形式変換器３１０は、色画像画素データを別の色形式で表す何れかの入力信号について備えることができる。効果的には、新入力形式変換器３１０を、新たな色形式が策定されるか標準化される都度、必要に応じて備えることができる。各々の場合には、入力形式変換器３１０は、ＣＩＥのＸ、Ｙ、Ｚの三刺激値を備える出力信号を供給する。

ＣＩＥのＸ、Ｙ、Ｚの三刺激値は、１９３１年ＣＩＥ標準、又は何れかの、それ以降の標準、若しくは将来の標準に相当し得る。実際に、汎用色復号器は、種々の入力信号の色形式を相当するＸ、Ｙ、Ｚの三刺激値に変換するよう入力形式変換器が形成される、人間の眼の色知覚特性に基づいて、Ｘ、Ｙ、Ｚの三刺激値の何れかの群によって動作し得る。

以下の式（１）乃至式（３）は、ＥＢＵのＹＵＶ色空間用にフォーマッティングされた入力信号をＣＩＥのＸ、Ｙ、Ｚの三刺激値に変換するうえで必要な変換を備える。

以下の式（４）乃至式（６）は、ＮＴＳＣのＹＩＱ色空間用にフォーマッティングされた入力信号をＣＩＥのＸ、Ｙ、Ｚの三刺激値に変換するのに必要な変換を備える。

以下の式（７）乃至式（９）は、ＳＭＰＴＥ−ＣのＲＧＢ色空間用にフォーマッティングされた入力信号をＣＩＥのＸ、Ｙ、Ｚの三刺激値に変換するのに必要な変換を備える。

同様に、適切な式を用いて、他の色形式を備える色画像画素データを表す入力信号に用い得る。

入力形式変換器３１０は、ハードウェア及び／又はソフトウェアで、例えば、（適宜、）アナログ若しくはディジタルのフィルタ、マイクロプロセッサ、ディジタル信号プロセッサ、特殊用途向集積回路（ＡＳＩＣ）等によって実現し得る。

入力選択器３２０は、その入力の１つで供給される入力信号を選択するよう形成され、Ｘ、Ｙ、Ｚの三刺激値の選択された群を備える選択された信号を出力する。選択は、ユーザ制御の下で行ってよく、例えば、１つの入力のみが用いられる場合にＸ、Ｙ、Ｚの三刺激値の群を備える信号を受ける入力を判定することによって自動的に行ってもよい。入力選択器３２０は、マルチプレクサ又はスイッチであり得る。

効果的には、入力選択器３２０は、Ｘ、Ｙ、Ｚの三刺激値形式に既にある外部供給入力信号を受けるよう形成される専用の入力を有する。これによって、表示システムが処理することができる最大の色範囲を用いることが可能になる。このことは、幅広の色範囲表示システムの場合、特に効果的である。４つ以上の原色によって動作し得るそうした幅広の色範囲システムは、ファッション・デザイン、美術や、販売時点ディスプレイ等などの、要求の厳しい専門的な特定アプリケーションの場合、特に効果的である。Ｘ、Ｙ、Ｚの直接入力は、例えば、ディジタル・カメラから受ける信号を処理する場合に効果的である。ディジタル・カメラは、眼の感受性曲線をできる限り厳密にシミュレートするフィルタを用いて画像を捕捉する電荷結合素子（ＣＣＤ）チップを備え得る。その場合、カメラからのＸ、Ｙ、Ｚ信号を、出力形式復号器３３０に先行して何れかの他の色信号に変換する必要性は何らないことになる。

出力形式変換器３３０は、Ｘ、Ｙ、Ｚの三刺激値の選択された群を、４つ以上の原色を有する表示装置を駆動させるのに適切な出力信号に変換するよう形成される。効果的には、出力信号は、Ｎ≧３のとき、Ｎ個の原色毎に個々の色チャンネルの個々の色データを備える。別々の表示装置は、別々の色要素を用い得るものであり、用いることになり、よって、別々の原色点、及び／又は異なる数すなわちＮ個の色を有し得るものであり、有することになるので、出力形式変換器３３０は、特定の表示装置のパラメータに合わせられるということが分かる。２つ以上の別々のモデル又は種類の表示装置を同時に駆動させることが望まれる場合、汎用色復号器３００は、同じ、Ｘ、Ｙ、Ｚの三刺激値を全てが処理するが、相当する表示装置に適切な出力データを各々が生成する２つ以上の別々の出力形式変換器３３０を備えることとする。

記載を単純にするために、Ｎ個の原色のデータを、Ｎ個の色画像画素のデータを備えるものとして表し、各色のデータをＰ_ｉとして表すこととし、そのとき、ｉは１からＮの範囲である。

原色の数は、三刺激値の数を超えることが分かり得る。よって、一部の場合には、単一のＸ、Ｙ、Ｚの三刺激群をＰｉの２つ以上の値群にマッピングすることができる。そのとき、ｉは１からＮまでの範囲である。そうした場合には、出力形式変換器３３０は、各種のルールを用いて、出力する対象の、Ｐｉの群を判定し得る。そのとき、ｉは１からＮまでの範囲である。例えば、ディスプレイは、ＣＩＥ色度図のエッジにあるか、そのエッジ付近にある色（高飽和度に達した色）の点を有する１つ又は複数の色要素と、ＣＩＥ色度図の中心近くにあるが、高ルーメンの出力（高い輝度）が可能な色点を有する１つ又は複数の他の色要素とを備え得る。その場合、出力形式変換器３３０は、選択されたＸ、Ｙ、Ｚの三刺激値データを、最高合計ルーメン出力（最大輝度）を有するＮ個の色画像画素のデータに変換するよう企図し得る。しかし、他のルールを代わりに用い得る。

図４は、色画像データを、Ｎ個の原色を有するディスプレイによる表示用形式に変換する方法の流れ図を示し、そのとき、Ｎ≧３である、図４の方法は、汎用色復号器３００を用いて実行し得る。

前記記載から分かり得るように、汎用色復号器３００はまず、何れかの入力信号をＸ、Ｙ、Ｚの三刺激値に変換し、更に、Ｘ、Ｙ、Ｚの三刺激値を、Ｎ個の原色を表示するよう、ディスプレイ特有の色画像画素データに変換する。よって、入力信号形式及び出力信号形式は、お互いに切り離されている。このことによって、いくつかの効果が備えられる。まず、表示装置が、（例えば、異なる数、すなわちＮ個の色を有するか、異なる色点を備える異なる色要素を有する装置に）変更される都度、出力変換器３３０のみのパラメータを変更することによって汎用色復号器３００を修正することが比較的簡単である。一方、入力形式変換器３１０及び入力選択器３２０は変わらないままであり得る。第２に、新たなビデオ又は画像の形式が策定されるか標準化される都度、汎用色復号器３００を、新たな形式の１つの新入力形式変換器３１０のみを備えることによって更新することができる。他の入力形式変換器３１０と、入力選択器３２０と、出力形式変換器３３０は、変わらない状態に留まり得る。

好ましい実施例を本明細書では開示している一方、本発明の概念及び範囲内に収まる多くの変形が考えられる。そうした変形は、本明細書及び特許請求の範囲と、添付図面とを吟味した後に、当該技術分野の当業者に明らかとなる。よって、本発明は、本特許請求の範囲記載の請求項の技術思想内及び範囲内を除く範囲で限定されないこととする。

ＣＩＥ色一致関数を示す図である。１９３１年ＣＩＥ標準色度図である。汎用色復号器の実施例を示す構成図である。Ｎ≧３のとき、色画像データを、Ｎ個の原色を有するディスプレイによる表示の形式に変換する方法を示す流れ図である。

Claims

Ｎ≧３のとき、入力信号の形式を、Ｎ個の原色を有するディスプレイの形式に変換する復号器であって、
相当する色形式を有する入力信号を、Ｘ、Ｙ、Ｚの三刺激値の群に変換し、前記Ｘ、Ｙ、Ｚの三刺激値の群を出力するよう各々が形成される複数の入力形式変換器と、
Ｘ、Ｙ、Ｚの三刺激値の選択された群を選択するよう形成される入力選択器と、
前記Ｘ、Ｙ、Ｚの三刺激値の選択された群を、前記Ｎ個の原色に相当するＮ個の色画像画素のデータに変換するよう形成される出力変換器とを備えることを特徴とする復号器。
請求項１記載の復号器であって、前記複数の入力形式変換器が、ヨーロッパ放送連合（ＥＢＵ）のＹＵＶ色形式を有する入力信号を前記Ｘ、Ｙ、Ｚの三刺激値に変換するよう形成される第１の入力形式変換器を備えることを特徴とする復号器。
請求項２記載の復号器であって、前記複数の入力形式変換器が、米国テレビ方式委員会（ＮＴＳＣ）のＹＩＱ色形式を有する入力信号を前記Ｘ、Ｙ、Ｚの三刺激値に変換するよう形成される第２の入力形式変換器を備えることを特徴とする復号器。
請求項３記載の復号器であって、前記複数の入力形式変換器が、米国映画テレビ技術者協会―Ｃ（ＳＭＰＴＥ−Ｃ）のＲＧＢ色形式を有する入力信号を前記Ｘ、Ｙ、Ｚの三刺激値に変換するよう形成される第３の入力形式変換器を備えることを特徴とする復号器。
請求項４記載の復号器であって、前記複数の入力形式変換器が、国際電気通信連合（ＩＴＵ）標準ＢＴ−７０９のＹＣｂＣｒ色形式を有する入力信号を前記Ｘ、Ｙ、Ｚの三刺激値に変換するよう形成される第４の入力形式変換器を備えることを特徴とする復号器。
請求項２記載の復号器であって、前記複数の入力形式変換器が、米国テレビ方式委員会（ＮＴＳＣ）のＹＩＱ色形式を有する入力信号を前記Ｘ、Ｙ、Ｚの三刺激値に変換するよう形成される入力形式変換器を備えることを特徴とする復号器。
請求項２記載の復号器であって、前記複数の入力形式変換器が、米国映画テレビ技術者協会―Ｃ（ＳＭＰＴＥ−Ｃ）の色形式を有する入力信号を前記Ｘ、Ｙ、Ｚの三刺激値に変換するよう形成される入力形式変換器を備えることを特徴とする復号器。
請求項２記載の復号器であって、前記複数の入力形式変換器が、国際電気通信連合（ＩＴＵ）標準ＢＴ−７０９のＹＣｂＣｒ色形式を有する入力信号を前記Ｘ、Ｙ、Ｚの三刺激値に変換するよう形成される入力形式変換器を備えることを特徴とする復号器。
請求項１記載の復号器であって、Ｎ＞３であることを特徴とする復号器。
表示システムであって、ディスプレイと、該ディスプレイに前記Ｎ個の色画像画素のデータを供給する請求項１記載の復号器とを備えることを特徴とする表示システム。
Ｎ≧３のとき、入力信号を、Ｎ個の原色を有するディスプレイの形式に変換する方法であって、
複数の入力からＸ、Ｙ、Ｚの三刺激値の群を選択する工程と、
前記Ｘ、Ｙ、Ｚの三刺激値の選択された群を、前記Ｎ個の原色に相当する色画像画素データに変換する工程とを備えることを特徴とする方法。
請求項１１記載の方法であって、第１の色形式を有する入力信号を、前記Ｘ、Ｙ、Ｚの三刺激値の群に変換する工程を更に備えることを特徴とする方法。
請求項１２記載の方法であって、前記第１の色形式は、ヨーロッパ放送連合（ＥＢＵ）のＹＵＶ形式であることを特徴とする方法。
請求項１２記載の方法であって、前記第１の色形式は、米国テレビ方式委員会（ＮＴＳＣ）のＹＩＱ形式であることを特徴とする方法。
請求項１２記載の方法であって、前記第１の形式は、米国映画テレビ技術者協会―Ｃ（ＳＭＰＴＥ−Ｃ）色形式であることを特徴とする方法。
請求項１２記載の方法であって、前記第１の形式は、国際電気通信連合（ＩＴＵ）標準ＢＴ−７０９のＹＣｂＣｒ色形式であることを特徴とする方法。
Ｎ≧３のとき、色画像データを、Ｎ個の原色を有するディスプレイによる表示用形式に変換する方法であって、
（ａ）第１の形式において色画像画素データを表す入力信号を受信する工程と、
（ｂ）該受信色画像画素データをＸ、Ｙ、Ｚの三刺激値に変換する工程と、
（ｃ）該Ｘ、Ｙ、Ｚの三刺激値を、４つ以上の原色を有する表示装置を駆動させるうえで適切な出力信号に変換する工程とを備えることを特徴とする方法。
請求項１７記載の方法であって、前記出力信号は、前記ディスプレイの前記Ｎ個の原色を駆動させるよう形成されるＮ個の色画像画素のデータを備えることを特徴とする方法。
請求項１７記載の方法であって、前記第１の形式が、ヨーロッパ放送連合（ＥＢＵ）のＹＵＶ形式と、米国テレビ方式委員会（ＮＴＳＣ）のＹＩＱ形式と、米国映画テレビ技術者協会―Ｃ（ＳＭＰＴＥ−Ｃ）色形式と、国際電気通信連合（ＩＴＵ）標準ＢＴ−７０９のＹＣｂＣｒ色形式とのうちの１つであることを特徴とする方法。
請求項１７記載の方法であって、工程（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）の後に、
（ｄ）第２の形式において第２色画像画素データを表す第２の入力信号を受信する工程と、
（ｅ）該受信第２色画像画素データをＸ、Ｙ、Ｚの第２三刺激値に変換する工程と、
（ｆ）該Ｘ、Ｙ、Ｚの第２三刺激値を、４つ以上の原色を有する表示装置を駆動させるうえで適切な前記出力信号に変換する工程とを更に備えることを特徴とする方法。