JP2008258925A - ガンマ補正回路及びガンマ補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シーンチェンジのような画像の瞬間的な変化に対しても画面がちらつくことがなく視聴者に不快感を与えることのない、かつより細かな明るさ制御が可能なガンマ補正回路及びガンマ補正方法を提供することである。
【解決手段】現在の映像の全階調についてのヒストグラム度数と、１コマ前の過去の映像の全階調についてのヒストグラム度数との、各階調ごとの差分量の累積である全階調分の現在の変化量累積を算出する手段と、全階調分の過去の変化量累積に減衰係数を乗算する手段と、算出手段にて得られた全階調分の現在の変化量累積と、乗算手段にて得られた全階調分の過去の変化量累積とを比較し、変化量累積の大きい方をリミット値として選択する手段と、過去のガンマ補正特性の値を中心に上下にリミット値を加減して制限範囲を算出し、その制限範囲で現在のガンマ補正特性の値に制限をかける手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、カラーテレビジョン受信機におけるガンマ補正回路及びガンマ補正方法に関するものである。

まず、従来のヒストグラムを用いたリアルタイムガンマ補正回路の概要を説明する。

入力映像の１画面での輝度分布ヒストグラム（横軸は輝度の階調値、縦軸は各階調ごとの画素数の度数）を取得する。続いて、取得したヒストグラムデータを、階調の低い方から順に累積加算してゆく。そうすることによりヒストグラム度数に応じた特性カーブが得られる。そして、この特性カーブを映像出力回路に供給し、輝度特性を補正する。これを毎垂直周期（１Ｖ）ごとに行うのがリアルタイムガンマ補正である。このようなヒストグラムデータを用いたガンマ補正を行うことによって、階調表現を良好にすることができる。

しかしながら、この従来技術においては、映像のヒストグラムが細かく変化するような画面（細かな間隔で映像が定期的に変化するような画面）で映像がちらつく（flickeringの意）不具合が発生する場合がある。

例えば、薄暗い風景映像において、画面の一部を明るい物が横切るような場合、階調（輝度）の高い画素数が増え、ヒストグラムデータとしては大きく変化する。よって、そのヒストグラムデータから得るガンマ補正用出力特性も大きく変化することになる。

しかし、実際の映像では、画面の一部分は変化しているものの、他の部分は変化していない状態である。このときガンマ補正は画面全体の輝度特性に一律に補正をかけるので、結果として映像状態の変化していない部分まで輝度補正特性が変化することになる。

輝度補正の先行技術としては、特許文献１〜３に示すようなものがある。
特許文献１では、映像信号の平均輝度レベルを求め、それを各種処理して画像の動き検出効果を得る内容となっている。しかしながら、平均的なレベルで処理するので、より細かな制御は不可能である。

特許文献２は、画像データの明るさの分布状態を示すヒストグラムに基づいて階調補正データを変更するものであるが、撮影画像１枚についてその画像を補正しようとするものである。しかしながら、連続した画像の過渡応答性能、例えばシーンチェンジのような画像の瞬間的な変化に対する応答性能について何ら述べられていない。

特許文献３は、ヒストグラム分布からガンマ補正を決定する内容となっている。しかしながら、連続した画像の過渡応答性能、例えばシーンチェンジのような画像の瞬間的な変化に対する応答性能について何ら述べられていない。
特開２００４−１１８４２４号公報 特開２００６−０５００１４号公報 特開平０９−２２４１７４号公報

そこで、本発明は上記の問題に鑑み、連続した画像の過渡応答性能、例えばシーンチェンジのような画像の瞬間的な変化の応答（輝度補正）に対しても画面がちらつくことがなく視聴者に不快感を与えることのない、かつより細かな明るさ制御が可能なガンマ補正回路及びガンマ補正方法を提供することを目的とするものである。

本願発明の一態様によれば、入力映像の輝度分布ヒストグラムのデータを取得し、その取得したヒストグラムデータを、階調の低い方から順に累積加算することにより、ヒストグラム度数に応じたガンマ補正特性を得て、出力映像のリアルタイムガンマ補正を垂直周期ごとに行うガンマ補正回路であって、現在の映像の全階調についてのヒストグラム度数と、１コマ前の過去の映像の全階調についてのヒストグラム度数との、各階調ごとの差分量の累積である全階調分の現在の変化量累積を算出する算出手段と、全階調分の過去の変化量累積に減衰係数を乗算する乗算手段と、前記算出手段にて得られた全階調分の現在の変化量累積と、前記乗算手段にて得られた全階調分の過去の変化量累積とを比較し、変化量累積の大きい方をリミット値として選択する選択手段と、過去のガンマ補正特性の値を中心に上下に前記リミット値を加減して制限範囲を算出し、その制限範囲で現在のガンマ補正特性の値に制限をかける制限手段と、を具備したことを特徴とするガンマ補正回路が提供される。

本願発明の他の態様によれば、入力映像の階調分布ヒストグラムのデータを取得し、その取得したヒストグラムデータを、階調の低い方から順に累積加算することにより、ヒストグラム度数に応じたガンマ補正特性を得て、出力映像のリアルタイムガンマ補正を垂直周期ごとに行うガンマ補正方法であって、現在の映像の全階調についてのヒストグラム度数と、１コマ前の過去の映像の全階調についてのヒストグラム度数との、各階調ごとの差分量の累積である全階調分の現在の変化量累積を算出する算出ステップと、全階調分の過去の変化量累積に減衰係数を乗算する乗算ステップと、前記算出ステップにて得られた全階調分の現在の変化量累積と、前記乗算ステップにて得られた全階調分の過去の変化量累積とを比較し、変化量累積の大きい方をリミット値として選択する選択ステップと、過去のガンマ補正特性の値を中心に上下に前記リミット値を加減して制限範囲を算出し、その制限範囲で現在のガンマ補正特性の値に制限をかける制限ステップと、を具備したことを特徴とするガンマ補正方法が提供される。

本発明によれば、連続した画像の過渡応答性能、例えばシーンチェンジのような画像の瞬間的な変化の応答(輝度補正)に対しても画面がちらつくことがなく視聴者に不快感を与えることのない、かつより細かな明るさ制御が可能なガンマ補正回路及びガンマ補正方法を提供することができる。

発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
先ず、従来技術について説明する。従来技術においては、映像のヒストグラムが細かく変化するような画面（細かな間隔で映像が定期的に変化するような画面）で映像がちらつく（flickeringの意）不具合が発生する場合がある。

例えば、薄暗い風景映像において、画面の一部を明るい物が横切るような場合、階調（輝度）の高い画素数が増え、ヒストグラムデータとしては大きく変化する。よって、そのヒストグラムデータから得るガンマ補正用出力特性も大きく変化することになる。
しかし、実際の映像では、画面の一部分は変化しているものの、他の部分は変化していない状態である。このときガンマ補正は画面全体の輝度特性に一律に補正をかけるので、結果として映像状態の変化していない部分まで輝度補正特性が変化することになる。

しかし、実際の映像では、画面の一部分は変化しているものの、他の部分は変化していない状態である。このときガンマ補正は画面全体の輝度特性に一律に補正をかけるので、結果として映像状態の変化していない部分まで輝度補正特性が変化することになる。

次に、これについて、図６〜図８を参照して説明する。
図６(a)〜(c)は時間経過に伴う入力映像の変化を示し、図７(a)〜(c)は図６(a)〜(c)に対応した映像ごとのヒストグラム分布、図８(a)〜(c)は各々の出力ガンマ補正特性である。図６(b)のように途中で画面の一部のみ変化した場合でも、図８(b)のように出力輝度補正のガンマ特性カーブは変化する。中央の映像の時点では、図８(b)のガンマ特性カーブにおいて点線の特性であったものが実線の特性になってしまう。すると、映像出力はこの図８(b)の実線の特性で補正されるので、実際の映像では変化の無い背景部分も輝度補正が変化してしまうことになる。画面が時間経過と共に図６(a)，(b)，(c)と変化すると、結果として背景部分がちらつく（flickering）不具合が発生し、視聴者に不快感を与える。

これに対して、本発明の一実施形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態のガンマ補正回路が適用される、ＴＶ信号処理回路におけるＴＶ制御ＬＳＩのブロック図を示している。図２はＴＶ信号処理回路の全体構成のブロック図を示している。

まず、図２のＴＶ信号処理回路の全体構成から説明する。
図２のＴＶ信号処理回路は、ガンマ補正回路を含むＴＶ制御ＬＳＩ１０と、映像デバイスドライバ２０と、モニタ３０とを備えている。
ＴＶ制御ＬＳＩ１０は、入力デジタル信号としてＭＰＥＧ２，ＭＰＥＧ４，Ｈ．２６４等の画像圧縮符号化されたコンポーネント信号（輝度信号Ｙと色差信号Ｃb，Ｃr）が供給され、輝度補正（ガンマ補正）を含むＹＣbＣr処理を行うＹＣbＣr処理部１１と、ガンマ補正されたＹＣbＣr信号を三原色信号であるＲＧＢ信号に変換するＲＧＢ処理を行うＲＧＢ処理部１２とを備えている。本発明の一実施形態に係るガンマ補正回路は、ＴＶ制御ＬＳＩ１０内に含まれている。

映像デバイスドライバ２０は、ＴＶ制御ＬＳＩ１０から出力されるＲＧＢ信号を入力し、後段のモニタ３０へ表示用ＲＧＢ信号を出力する。モニタ３０としては、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、陰極線管（ＣＲＴ）等の表示装置が用いられる。

図１において、ＴＶ制御ＬＳＩ１０は、シーンチェンジなどの瞬間的な画面の変化の応答改善処理を含む輝度補正（ガンマ補正）を行うガンマ補正機能を有するＹＣbＣr処理部１１と、ＹＣｂＣｒ信号をＲＧＢ信号へ変換処理するＲＧＢ変換部１２１を備えたＲＧＢ処理部１２とを備えている。ここでは、ＹＣbＣr処理部１１はガンマ補正機能を主として構成されているので、ガンマ補正回路と同等である。

ＹＣbＣr処理部１１は、受信バッファ１１１と、ヒストグラム取得部１１２と、応答性改善処理部１１３と、補正データ作成部１１４と、輝度特性補正（ガンマ補正）部１１５と、を備えている。
受信バッファ１１１は映像データとして入力されたＹＣbＣr信号を一時記憶する。
ヒストグラム取得部１１２は、受信バッファ１１１からのＹＣbＣr信号の輝度信号（Ｙ信号）より輝度分布としてヒストグラムデータを取得する。

応答性改善処理部１１３は、ヒストグラム取得部１１２からのヒストグラムデータを用いて、過去のヒストグラムデータと現在のヒストグラムデータの度数の変化量を算出し、過去の変化量と現在の変化量を比較し、変化量の大きい方を元に現在のガンマ補正データに広い制限範囲で制限をかけることにより、シーンチェンジなどの瞬間的な変化の応答性を良くし、その後の緩やかな変化或いは変化がない状態に対してはヒストグラムデータの変化量に減衰ゲインを乗算したものを元にガンマ補正データに狭い制限範囲で制限をかけることによって、安定なガンマ補正特性を得られるようにし、映像に対する実際のガンマ補正の過渡応答性能を制御する。

補正データ作成部１１４は、応答性改善処理部１１３からの制御を受けながら、ヒストグラムデータから輝度補正用のデータ（ガンマ補正データ）を作成する。
輝度特性補正（ガンマ補正）部１１５は、補正データ作成部１１４からの補正データを用いて受信バッファ１１１からの映像データの輝度信号（Ｙ信号）特性を補正する。

図３は図１における応答性改善処理部１１３の動作のフローチャートを示している。ここでは、１画面を構成する所定数の画素の各々の画素についての輝度の全ての階調値が例えば０〜２５５の２５６個あるとして説明する。また、前段のヒストグラム取得部１１２にて予め現在の映像の全階調についてのヒストグラム度数と、１コマ前の過去の映像の全階調についてのヒストグラム度数が取得されているものとする。

現在の映像の全階調についてのヒストグラム度数と、１コマ前の過去の映像の全階調についてのヒストグラム度数との、各階調ごとの差分量の累積である全階調分の現在の変化量累積を算出するに際して、まず、階調値０からスタートする（ステップＳ1）。
その階調値０において、１コマ前の過去の映像のヒストグラム度数から現在の映像のヒストグラム度数を減算する（ステップＳ2）。

その減算結果が正か負かを判定し（ステップＳ3）、正であっても負であってもその減算結果を差分量（絶対量）として記憶する（ステップＳ4，Ｓ5）。
そして、両者の累積加算の和を求める（ステップＳ6）。

次に、全階調について過去と現在のヒストグラム度数の差分量の算出を完了したか否かを判定し（ステップＳ7）、完了していなければ、現在の階調値に１をプラスすることによって、次の階調値１へ進む制御を行って（ステップＳ8）、ステップＳ2へリターンする。その階調値１においても、ステップＳ2〜Ｓ7の動作を前述と同様と同様に行う。その後、同様にして階調値２５５までステップＳ2〜Ｓ7の動作を繰り返す。なお、ステップＳ6では、階調値０〜２５５までの各階調ごとの差分量の累積加算が行われ、全階調分の現在の変化量累積が算出される。

次に、ステップＳ6及びＳ7にて全階調値について過去と現在のヒストグラム度数の差分量の累積である全階調分の変化量累積の算出が完了すると、次の画像処理のステップＳ9以降へ進む。
ステップＳ9では、全階調分の既に過去となっている変化量累積に減衰係数を乗算する。減衰係数としては０〜１の間の値（例えば０．５）が用いられる。

そして、前述のステップＳ6にて得られた全階調分の現在の変化量累積と、ステップＳ9にて得られた全階調分の過去の変化量累積とを比較し（ステップＳ10）、変化量累積の大きい方を、現在及び過去それぞれの変化量累積（これをリミット値とする）として保存する（ステップＳ11）。

次に、ステップＳ12以降へ進む。ステップＳ12以降では、過去のガンマ補正特性の値を中心に上下に前記リミット値を加減して制限範囲を算出し、その制限範囲で現在のガンマ補正特性の値に制限をかける制限処理を行う。（なお、現在及び過去それぞれのガンマ補正特性は、ＹＣbＣr信号のＹ信号より図１のヒストグラム取得部１１２において輝度分布としてヒストグラムデータを取得し、その取得したヒストグラムデータを、階調の低い方から順に累積加算することにより、ヒストグラム度数に応じたガンマ補正特性を得ることができる。）
まず、階調値０からスタートし（ステップＳ12）、その階調値０において、１コマ前の過去のガンマ補正データから現在の変化量累積（リミット値）を減算し、過去のガンマ補正特性の値を中心に上下の下側（減少側）の下限値を算出し（ステップＳ13）、１コマ前の過去のガンマ補正データに現在の変化量累積（リミット値）を加算し、過去のガンマ補正特性の値を中心に上下の上側（増加側）の上限値を算出する（ステップＳ14）。そして、現在のガンマ補正値に、増加側，減少側の上限値，下限値で決まる制限範囲で制限をかける（ステップＳ15）。

次に、全階調について現在のガンマ補正値に、増加側，減少側の上下限値で決まる制限範囲で制限をかけるのを完了したか否かを判定し（ステップＳ16）、完了していなければ、現在の階調値に１をプラスすることによって、次の階調値１へ進む制御を行い（ステップＳ17）、ステップＳ13へリターンする。その階調値１においても、ステップＳ13〜Ｓ17の動作を前述と同様に行う。その後、同様にして階調値２５５までステップＳ2〜Ｓ7の動作を繰り返す。
そして、ステップＳ16にて全階調値について現在のガンマ補正値に、増加側，減少側の上下限値で決まる制限範囲で制限をかけるのを完了したことを判定したときに、終了となる。

図３の動作によれば、全階調分の現在の変化量累積と、全階調分の過去の変化量累積とを比較し、変化量累積の大きい方をリミット値として採用することにより、入力画像に画面単位（垂直周期単位）の瞬間的な変化（例えばシーンチェンジ）があったときは、瞬間的な変化に対しては制限範囲が広くなり、その結果、連続した画像の過渡応答性能、即ち画面の瞬間的な変化の応答(輝度補正)に対しても応答性を良好とすることがかできる。しかも、１コマ前の過去のヒストグラム度数の変化量の累積に減衰ゲインを乗算することにより、変化量の継続的変化に時定数的変化動作を持たせることができる。この時定数の度合いを最適化することにより、細かな間隔で定期的にヒストグラムが変化するような場合でも、変化量の継続的変化の度合いを抑制できる。そして、この抑制された変化量を元にガンマ補正データの変化量に制限をかけるので、結果として、ガンマ補正特性を安定化させることができる。

図４(a)〜(c)は本発明の実施形態におけるヒストグラム度数分布の推移例を表している。左から右へ１Ｖずつ時間の流れを示している。つまり、図４(a)，(b)，(c)は、図４(d)の現在の画面に対して、３画面前、２画面前、及び１画面前の度数分布の推移を示す。図４(a)の３画面前を基準に、図４(b)，(c)，(d)のヒストグラムにおける変化量の累積（図示の斜線部分）は、その都度１コマ前の過去と現在との各階調ごとの差分量を累積したものである。図４の下段には、減衰係数（ゲインと呼び、０〜１の間の数に設定される）を乗算しない場合とゲインを乗算した場合のそれぞれの変化量累積について、↑矢印で変化量累積の大きさを比較できるように表したものを示している。ゲインを乗算しない場合は左側の細い↑矢印で示した変化量累積となる。一方、ゲインを乗算した場合は、右側の太い↑矢印で示した変化量累積となり、ゲインを乗算したことにより実際の変化量累積（左側の細い矢印）に対し抑制されたものとなる。

図５(a)，(b)は本発明の実施形態におけるガンマ補正データの制限特性を示している。図５(a)に示すリミット値については、図３で説明したように全階調分の現在の変化量累積と全階調分の過去の変化量累積とを比較し、変化量累積の大きい方をリミット値として選択したものである。１コマ前の過去のガンマ補正特性の値を中心に上下にそのリミット値を加減して制限範囲（制限幅）を算出し、図５(b)に示すようにその制限範囲で現在のガンマ補正特性の値に制限をかける。

換言すれば、図４で得られた変化量累積分で、図５(a)に示すようにガンマ補正特性の増加側／減少側の制限特性を作成する。このとき元にするのは過去のガンマ補正特性である。そして、図５(b)に示すように現在のガンマ補正特性がこの制限特性を越えないように制限をかける。そうすることにより、過去のガンマ補正特性を基準としてこれから過度な変化が生じた場合、変化量の累積として求めた制限範囲（制限幅）を越える変化は抑制される。

なお、以上述べた本発明の実施形態では、階調分布ヒストグラムが、入力映像をＹＣbＣr信号とした場合のＹ信号についての輝度分布ヒストグラムを説明したが、本発明によるガンマ補正回路はこれに限定されことなく、階調分布ヒストグラムが、入力映像をＲＧＢ信号とした場合のＲ，Ｇ，Ｂ信号の少なくとも１つの信号についての明るさの分布ヒストグラムである場合にも適用することができる。つまり、図１に示したＲＧＢ処理部１２におけるガンマ補正回路にも応用することができる。

以上述べた本発明の実施形態によれば、全階調分の現在の変化量累積と、全階調分の過去の変化量累積とを比較し、変化量累積の大きい方をリミット値として採用し、かつ全階調分の過去の変化量累積に減衰係数を乗算することにより、入力画像に垂直周期単位で瞬間的な変化（例えばシーンチェンジ）がありその後に緩やかな変化或いは変化がない状態となったときは、瞬間的な変化に対しては制限範囲が広くなり、その後の緩やかな変化或いは変化がない状態では制限範囲が垂直周期毎に狭くなっていき、安定なガンマ補正特性に至る。その結果、連続した画像の過渡応答性能、例えばシーンチェンジのような画像の瞬間的な変化の応答(輝度補正)に対しても画面がちらつくことがなく視聴者に不快感を与えることのない、かつより細かな明るさ制御が可能なガンマ補正回路を実現することができる。

本発明の一実施形態のガンマ補正回路が適用される、ＴＶ信号処理回路におけるＴＶ制御ＬＳＩのブロック図。 ＴＶ信号処理回路の全体構成のブロック図。 図１における応答性改善処理部の動作を示すフローチャート。 本発明の実施形態におけるヒストグラム度数分布の推移例を表す説明図。 本発明の実施形態におけるガンマ補正データの制限特性を説明する説明図。 時間経過に伴う入力映像の変化を示す図。 図６(a)〜(c)に対応した映像ごとのヒストグラム分布を示す図。 図６(a)〜(c)に対応した映像ごとのガンマ補正特性の一例を示す図。

符号の説明

１１…ＹＣbＣr処理部（ガンマ補正回路）
１２…ＲＧＢ部
１１１…受信バッファ
１１２…ヒストグラム取得部
１１３…応答性改善処理部
１１４…補正データ作成部
１１５…輝度特性補正部（ガンマ補正部）
１２１…ＲＧＢ変換部

Claims (5)

1. 入力映像の階調分布ヒストグラムのデータを取得し、その取得したヒストグラムデータを、階調の低い方から順に累積加算することにより、ヒストグラム度数に応じたガンマ補正特性を得て、出力映像のリアルタイムガンマ補正を垂直周期ごとに行うガンマ補正回路であって、
   現在の映像の全階調についてのヒストグラム度数と、１コマ前の過去の映像の全階調についてのヒストグラム度数との、各階調ごとの差分量の累積である全階調分の現在の変化量累積を算出する算出手段と、
   全階調分の過去の変化量累積に減衰係数を乗算する乗算手段と、
   前記算出手段にて得られた全階調分の現在の変化量累積と、前記乗算手段にて得られた全階調分の過去の変化量累積とを比較し、変化量累積の大きい方をリミット値として選択する選択手段と、
   過去のガンマ補正特性の値を中心に上下に前記リミット値を加減して制限範囲を算出し、その制限範囲で現在のガンマ補正特性の値に制限をかける制限手段と、
   を具備したことを特徴とするガンマ補正回路。
2. 前記入力画像に垂直周期単位で瞬間的な変化がありその後に緩やかな変化或いは変化がない状態となったときは、瞬間的な変化に対しては前記制限範囲が広くなり、その後の緩やかな変化或いは変化がない状態では前記制限範囲が垂直周期毎に狭くなっていき、安定なガンマ補正特性に至ることを特徴とする請求項１に記載のガンマ補正回路。
3. 前記階調分布ヒストグラムは、入力映像をＹＣbＣr信号とした場合のＹ信号についての明るさ分布ヒストグラムであることを特徴とする請求項１又は２に記載のガンマ補正回路。
4. 前記階調分布ヒストグラムは、入力映像をＲＧＢ信号とした場合のＲ，Ｇ，Ｂ信号の少なくとも１つの信号についての明るさ分布ヒストグラムであることを特徴とする請求項１又は２に記載のガンマ補正回路。
5. 入力映像の階調分布ヒストグラムのデータを取得し、その取得したヒストグラムデータを、階調の低い方から順に累積加算することにより、ヒストグラム度数に応じたガンマ補正特性を得て、出力映像のリアルタイムガンマ補正を垂直周期ごとに行うガンマ補正方法であって、
   現在の映像の全階調についてのヒストグラム度数と、１コマ前の過去の映像の全階調についてのヒストグラム度数との、各階調ごとの差分量の累積である全階調分の現在の変化量累積を算出する算出ステップと、
   全階調分の過去の変化量累積に減衰係数を乗算する乗算ステップと、
   前記算出ステップにて得られた全階調分の現在の変化量累積と、前記乗算ステップにて得られた全階調分の過去の変化量累積とを比較し、変化量累積の大きい方をリミット値として選択する選択ステップと、
   過去のガンマ補正特性の値を中心に上下に前記リミット値を加減して制限範囲を算出し、その制限範囲で現在のガンマ補正特性の値に制限をかける制限ステップと、
   を具備したことを特徴とするガンマ補正方法。

Images