JP2009282154A - 液晶駆動装置、液晶表示装置および駆動方法 - Google Patents

液晶駆動装置、液晶表示装置および駆動方法 Download PDF

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Abstract

【課題】良好な動画特性を有しかつ回路規模が可及的に小さな液晶駆動装置および液晶表示装置の提供。
【解決手段】第1フレームの1フレーム前の第2フレームの画像情報を保持するフレームメモリ12と、第1フレーム、第2フレームそれぞれの画像情報の差を演算する第1の演算部14と、第1フレームのエッジ強調処理を第1フレームの各画素に対して行い、エッジ強調画像情報を出力するエッジ強調処理部16と、第1の演算部の出力の絶対値が所定値以上の場合にはエッジ強調画像情報を選択し、絶対値が所定値未満の場合には第1フレームの画像情報を選択する選択部18と、選択部の出力と第2フレームの画像情報の差を演算する第2の演算部20と、第2の演算部の出力に強調補正係数を乗算する強調係数演算部22と、前記演算部の出力と、第2フレームの画像情報とを加算して加算情報を演算する演算部24を備え、前記加算情報に基づいて液晶パネルを駆動する。
【選択図】図1

Description

本発明は、液晶駆動装置、液晶表示装置および駆動方法に関する。
一般に、液晶ディスプレイ(LCD)は液晶の応答特性が悪いため、動画を表示した場合には動画ボケが発生する。これを改善するため、駆動方法を工夫することで液晶ディスプレイの応答速度を改善する手法が開発されている(例えば、特許文献1)。
ところで、動画表示では多くの場合画像が動かない領域と画像が動く領域が発生する。画像が動かない静止領域は動画ボケがないためにクリアな表示となるが、画像が動いた動画領域では画像がぼけて見える。そこで、エッジ領域を検出する技術を用いて画像が動いた領域のエッジを検出し、検出されたエッジ領域には、より強い強調をかけるエッジ検出強調駆動技術が開発されている(例えば、特許文献2、非特許文献1)。例えば、αを強調係数、βをエッジ部における強調補正係数、Lを前フレーム階調値、Lを現フレーム階調値、LLAOを強調駆動階調値とすると、通常の強調駆動法においては、
LAO=α(L−L)+ L
を満たすように強調補正され、特許文献2、非特許文献1におけるエッジ強調駆動法は、
LAO=αβ(L−L)+ L
を満たすように強調補正される。
米国特許第7,106,286号明細書 米国特許出願公開2006/0066554A1 M. Baba et al. "Software Processed Edge- Level-Adaptive Overdrive Method for High-Quality Motion Picture"SID 05 Digest, P1942-1945
しかしながら、特許文献2および非特許文献1によるエッジ検出技術を用いた強調駆動法は、検出されたエッジ領域に過度の強調を施すことになるため、リンギングノイズ等が発生しやすく、良好な動画特性が得られない場合があった。
さらに、携帯電話などの携帯機器においては、低消費電力、装置の小型化、軽量化が強く要求されており、液晶駆動装置も小さくすることが求められている。
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであって、良好な動画特性を有しかつ回路規模が可及的に小さな液晶駆動装置、液晶表示装置および駆動方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様による液晶駆動装置は、第1のフレームの1フレーム前の第2のフレームの画像情報を保持するフレームメモリと、前記第1のフレームの画像情報と前記第2のフレームの画像情報との第1の差を演算する第1の演算部と、前記第1のフレームのエッジ強調処理を前記第1のフレームの各画素に対して行い、エッジ強調画像情報を出力するエッジ強調処理部と、前記第1の演算部の出力の絶対値が所定値以上の場合には前記エッジ強調画像情報を選択し、前記第1の演算部の出力の絶対値が前記所定値未満の場合には前記第1のフレームの画像情報を選択して出力する選択部と、前記選択部の出力と前記第2のフレームの画像情報との第2の差を演算する第2の演算部と、前記第2の演算部の出力に強調補正係数を乗算する強調係数演算部と、前記強調係数演算部の出力と、前記第2のフレームの画像情報とを加算して加算情報を演算する第3の演算部と、を備え、前記加算情報に基づいて液晶パネルを駆動することを特徴とする。
また、本発明の他の態様による液晶表示装置は、液晶パネルと、前記液晶パネルを駆動する上記態様の液晶駆動装置とを備えていることを特徴とする。
また、本発明の他の態様による駆動方法は、第1のフレームの1フレーム前の第2のフレームの画像情報をフレームメモリに保持し、前記第1のフレームの画像情報と前記第2のフレームの画像情報との第1の差を演算し、前記第1のフレームのエッジ強調処理を前記第1のフレームの各画素に対して行い、エッジ強調画像情報を出力するエッジ強調処理部と、前記第1の差の絶対値が所定値以上の場合には前記第1のフレームのエッジ強調処理を前記第1のフレームの各画素に対して行って得られるエッジ強調画像情報を選択し、前記第1の差の絶対値が前記所定値未満の場合には前記第1のフレームの画像情報を選択し、選択された前記エッジ強調画像情報または前記第1のフレームの画像情報と前記第2のフレームの画像情報との第2の差を演算し、前記第2の差に強調補正係数を乗算し、前記乗算結果と、前記第2のフレームの画像情報とを加算し、前記加算結果に基づき液晶パネルを駆動することを特徴とする。
本発明によれば、良好な動画特性を有しかつ回路規模が可及的に小さな液晶駆動装置、液晶表示装置および駆動方法を提供することが可能となる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
本発明の一実施形態による液晶表示装置の構成を図1に示す。本実施形態の液晶表示装置1は、液晶駆動装置10と、液晶パネル30とを備えている。液晶駆動装置10は、入力画像信号の1フレーム分の映像信号(例えば、R(赤)、G(緑)、B(青)の色信号)のそれぞれの階調を保持するフレームメモリ12と、減算器14と、エッジ強調処理部16と、選択部18と、減算器20と、強調係数演算部22と、加算器24と、を備えている。選択部18は、判断部18aと、スイッチ部18bとを備えている。
液晶表示装置1に入力される入力画像信号の各映像信号の階調(以下、入力画像情報ともいう)はフレームメモリ12に送られて記憶される。このとき、フレームメモリ12へ送られる各映像信号の階調は、後述する選択部18の選択結果に応じて、選択的にエッジ強調処理部16によってエッジ強調処理される。また減算器14および選択部18に送られる。減算器14は、入力画像信号の階調と、フレームメモリ2に保持された1フレーム遅延された画像信号の各映像信号の階調(以下、遅延された画像情報ともいう)との差を、画素毎に演算する。
エッジ強調処理部16は、減算器14の減算結果に基づいて、エッジ強調処理を行う。このエッジ強調処理は、以下のように行われる。まず、位置(i,j)すなわち第i行、第j列における画素の画像信号値をpとし、この位置(i,j)の周辺位置(i−1,j−1))、(i−1,j)、(i−1,j+1)、(i,j−1)、(i,j+1)、(i+1,j−1)、(i+1,j)、(i+1,j+1)における画像信号値をp、p、p、p、p、p、p、pとする。すなわち、図2の画素テーブルに示すようにする。
そして、エッジ強調処理に用いるx方向(横方向)のエッジ検出フィルタおよびy方向(縦方向)のエッジ強調フィルタのテーブルを図3(a)、3(b)にそれぞれ示す。これらのエッジ強調フィルタのテーブルは、画像テーブルに対応しており、画像テーブルが図2に示すように3×3のマトリックスであれば、3×3のマトリックスとなる。図3(a)、3(b)に示すように、中央位置(2,2)に対応するx方向のエッジ強調フィルタおよびy方向のエッジ強調フィルタの値をxおよびyとする。そして、この位置(2,2)の周辺位置(1,1)、(1,2)、(1,3)、(2,1)、(2,3)、(3,1)、(3,2)、(3,3)に対応する、x方向のエッジ強調フィルタの値をx、x、x、x、x、x、x、xとする。また、この位置(2,2)の周辺位置(1,1)、(1,2)、(1,3)、(2,1)、(2,3)、(3,1)、(3,2)、(3,3)に対応する、y方向のエッジ強調フィルタの値をy、y、y、y、y、y、y、yとする。
これらに画像テーブルおよびx方向ならびにy方向のエッジ強調フィルタのテーブルを用いて、以下の式(1)または式(2)に従って、画素位置(i,j)におけるエッジ強調処理後の画像情報値Pedge(i,j)を求める。
Figure 2009282154
なお、上記式(1)および式(2)において、ampはエッジ強度を調整するエッジ強度調整値である。上記エッジ強調処理後の画像信号値Pedge(i,j)を各画素に対して求め、エッジ強調画像情報を作成する。このエッジ強調画像情報を求めるのに用いられるエッジ強調フィルタの例を図4(a)乃至図8(b)に示す。図4(a)、4(b)はそれぞれx方向およびy方向の差分フィルタを示し、図5(a)、5(b)はそれぞれx方向およびy方向のRobertsフィルタを示し、図6(a)、6(b)はそれぞれx方向およびy方向のSobelフィルタを示し、図7(a)、7(b)はそれぞれx方向およびy方向のPrewittフィルタを示し、図8(a)、8(b)はそれぞれx方向およびy方向のLaplacianフィルタを示す。この中で本実施形態におけるエッジ強調処理に最も適したフィルタを検討するため、以下のようにエッジ強調フィルタの効果比較を行った。差分フィルタとRobertsフィルタ、PrewittフィルタとSobelフィルタ、Laplacianフィルタはそれぞれ計算量があまり変わらず、効果も似ている。そこで、差分、Sobel、Laplacianフィルタを用いてエッフェル塔の画像(図示せず)をエッジ強調処理して画質を主観評価した。その結果を図9に示す。効果としては差分フィルタ、Laplacianフィルタが同程度、Sobelフィルタはやや劣る結果となった。図9において、3つのフィルタのうち、二重丸が一番良く、次に一重丸、その次に三角がよいことを示している。図9からわかるように、本実施形態においては計算量が少ない差分フィルタやRobertsフィルタを用いることが望ましい。このようにして、エッジ強調処理部16によってエッジ強調画像情報を画素毎に求める。
再び図1に戻り、本実施形態の液晶駆動装置の動作を説明する。選択部18の判断部18aは、減算器14の減算結果に基づいて、動きのある画素(例えば減算値の絶対値が0ではない、または所定の閾値より大きい)についてはエッジ強調処理された強調画像情報値を選択し、動きのない画素(例えば減算値の絶対値が0、または所定の閾値以下)については入力画像情報値を選択する制御信号を発生し、スイッチ部18bに送出する。したがって、選択部18によって、動きのある画素についてはエッジ強調処理された強調画像情報値が選択され、動きのない画素については入力画像情報値が選択される。なお、ノイズを低減するために、動き判定を減算値(差分値)の絶対値が例えば50以下のときは動きがないと判定することで、良好な画像が得られることを確認している。本発明者らの検討ではこの値は20〜30の間にしたときが最も画質が良かった。
このようにして、選択部18によって選択された情報値Sselectと、フレームメモリ12に記憶された1フレーム前の画像情報値Lmemoriとの差分値(=Sselect―Lmemori)が減算器20において演算される。そして、強調係数演算部22において、この差分値(=Sselect―Lmemori)に強調係数αが乗算される。強調係数演算部22の出力(=α(Sselect―Lmemori))と、フレームメモリ12に記憶された1フレーム前の画像情報値Lmemoriとが加算器24において、加算され、強調画像情報Lαedgeが得られる。強調画像情報Lαedgeは、次式によって求められる。
αedge=α(Sselect―Lmemori)+ Lmemori
このようにして求められた強調画像情報Lαedgeは、液晶パネル30に送られ、駆動信号(例えば、ディジタル信号からアナログ信号に変換された強調画像信号)に変換され、この駆動信号に基づいて液晶パネル30が駆動されて、画像が表示される。上記強調画像情報Lαedgeから上記駆動信号に変換する回路は、本実施形態では、液晶パネル30に設けられていたが、液晶駆動回路10に設けてもよい。
なお、強調係数αは以下のようにして求められる。予め、液晶ディスプレイの階調間(L(開始階調),L(目標階調))の応答を測定し、1フレーム後(液晶ディスプレイのリフレッシュレートが60Hzの場合は、16.7ms後)に到達する階調を求める。これより、1フレーム後に、ある階調からある階調に変化させるために必要となる書き込み階調(Lα)が求まる。Lα、L、Lには次の関係式が成立する。
(Lα−L)=α(L−L
液晶ディスプレイが256階調である場合、全階調間のデータを記憶するためには、256×256のデータが必要となるが、適宜省略して8階調、16階調など適当な階調ごとに求めてデータ数を少なくしても良い。Lα−LとL−Lの関係は関数(例えば直線)で近似できるので、求めたデータを、横軸にL−Lをプロットし、縦軸にLα−Lをプロットし、この関係から近似曲線(または直線)を最小二乗法等で算出し、このときの傾き値を強調補正係数αとする。この強調補正係数αは、2進数で表示した場合、一般に小数点以下が例えば16桁程度の値となる。なお、本発明者達によって発明され、既に特許出願された明細書(特願2007−221031号)に記載されているように、計算量を減らすために、αの値はβ+(1/2)×mで近似しても画質劣化なく表示可能である。ここで、nを2または3とし、mを0以上2未満の整数とし、強調補正係数αの整数値をβ、すなわちβはαを超えない最大の整数値である。このようにして強調補正係数αをβ+(1/2)×mで近似すると、上記特許出願にも記載されているように、強調係数演算部22における回路規模を大幅に縮小することができる。これは、回路規模として乗算器回路が最も大きいので、強調係数演算部22において、近似された強調補正係数αを用いることで、強調補正係数を少ないビット数で表すことが可能となるからである。これにより、減算器20,強調係数演算部22、加算器24を含む液晶駆動装置を小さくすることが可能となり、本実施形態の液晶表示装置を携帯電話等、軽量小型化が求められる機器に搭載しても、良好な動画特性を有することになる。
また同様に、エッジ強調処理部16によってエッジ強調処理が行われる際に、kを正の整数とすると、エッジ強度調整値ampが1/2の倍数であれば、エッジ強調処理における乗算器回路の規模を大幅に縮小することができる。
次に本実施形態を、実施例を参照して更に詳細に説明する。
(実施例1)
始めに、約2インチの携帯用液晶パネルを用いてパネルの強調補正係数αを求めた。開始階調Lをパラメータとして測定した結果を図10に示す。この測定は、開始階調Lを0階調から256階調まで16階調毎に変化させて行っている。開始階調Lが0階調から256階調に変化するに連れて、強調階調Lαと目標階調Lとの関係を示すグラフは、段々と左から右に変化している。この測定結果に基づいて、縦軸に(Lα−L)をとり、横軸に(L−L)をとってプロットしたグラフを図11に示す。図11からわかるように(Lα−L)と(L−L)はほぼ線形の関係がある。そこで、最小二乗法を用いてこの直線の近似式を求めたところ、直線の傾きは1.24であり、本実施例ではこの値を強調補正係数αとして用いた。
次に、エッジ強調フィルタとして、図4(a)、4(b)に示す差分フィルタを用いた。この差分フィルタによるエッジ強調処理は以下の通りである。(i,j)位置の画像信号値をf(i,j)、強調後の信号値をg(i,j)とする。g(i,j)は次のように計算される。ここでampはエッジ強度調整値である。
g(i,j)=f(i,j)+{2×f(i,j)−f(i+1,j)−f(i,j+1)}×amp
上記式から分かるように、エッジ強度調整値ampを適宜調整することで、強調後の信号値を調整することができる。本発明者らはエッジ強度調整値ampの大きさを変えたときの画質を調べたところ、図12に示すとおりの結果を得た。最適amp量はエッジ強調フィルタや画像にも影響されるが今回はこの結果からamp=0.6とした。
次に、画像に動きがあるかどうかを調べる。フレームメモリ2に記憶された画像情報をm(i,j)とする。入力画像情報との差分d(i,j)をとる。
d(i,j)=f(i,j)−m(i,j)
d(i,j)の絶対値が25以上のときは動きがあると判定し、エッジ強調された値g(i,j)、25未満のときは動かないと判定してf(i,j)を選択し、位置(i,j)における信号値J(i,j)を決定する。
最後に強調駆動処理を行う。下記の式の通りに出力値L(i,j)を求める。
L(i,j)=α(J(i,j)−m(i,j))+m(i,j)
以上のように処理した映像について、エッジ強調せずに処理した画像と比較して10名の被験者に主観評価してもらった結果、画質が向上した。
(比較例1)
特許文献2等に示す公知の手法で強調処理した画像と本実施例の強調処理した画像を比較した。その結果、公知の手法では画像の一部にハイライトや影などの画質劣化が発生していたが、本実施例の強調処理した画像ではそれが改善されていることがわかった。
(実施例2)
実施例1において、強調係数αを1+1/2(=1.25)として処理した画像と、実施例1で処理した画像を比較した結果、画像の違いが分からなかった。強調係数αを1+1/2としたことで、強調駆動計算回路を小型化することができた。
以上説明したように、本実施形態により演算処理量を簡素化が可能となり、携帯電話などの低消費電力、軽量小型化が強く求められるモバイル機器においても高品質な動画を液晶表示装置に表示することが可能となる。
本発明の一実施形態による液晶表示装置を示すブロック図。 エッジ強調処理に用いられる画像テーブルを示す図。 エッジ強調フィルタを示す図。 差分フィルタを示す図。 Robertsフィルタを示す図。 Sobelフィルタを示す図。 Prewittフィルタを示す図。 Laplacianフィルタを示す図。 3種類のエッジ強調フィルタの効果を比較した図。 実施例による液晶ディスプレイの特性の測定結果を示す図。 図4に示す測定結果から(Lα−L)と(L−L)との関係求めるためのグラフ。 エッジ強度調整値を換えた場合の画像の評価を示す図。
符号の説明
1 液晶表示装置
10 液晶駆動装置
12 フレームメモリ
14 減算器
16 エッジ強調処理部
18 選択部
18a 判断部
18b スイッチ部
20 減算部
22 強調係数演算部
24 加算器
30 液晶パネル

Claims (8)

  1. 第1のフレームの1フレーム前の第2のフレームの画像情報を保持するフレームメモリと、
    前記第1のフレームの画像情報と前記第2のフレームの画像情報との第1の差を演算する第1の演算部と、
    前記第1のフレームのエッジ強調処理を前記第1のフレームの各画素に対して行い、エッジ強調画像情報を出力するエッジ強調処理部と、
    前記第1の演算部の出力の絶対値が所定値以上の場合には前記エッジ強調画像情報を選択し、前記第1の演算部の出力の絶対値が前記所定値未満の場合には前記第1のフレームの画像情報を選択して出力する選択部と、
    前記選択部の出力と前記第2のフレームの画像情報との第2の差を演算する第2の演算部と、
    前記第2の演算部の出力に強調補正係数を乗算する強調係数演算部と、
    前記強調係数演算部の出力と、前記第2のフレームの画像情報とを加算して加算情報を演算する第3の演算部と、
    を備え、
    前記加算情報に基づいて液晶パネルを駆動することを特徴とする液晶駆動装置。
  2. 前記エッジ強調処理部は、対象となる画素とこの対象となる画素を中心とした周囲の画素との画像情報を含む画像テーブルと、エッジ強調フィルタと、エッジ強度調整値とを用いて、前記対象となる画素におけるエッジ強調後の画像情報を求めることを特徴とする請求項1記載の液晶駆動装置。
  3. 前記エッジ強度調整値は、kを正の整数とするとき、1/2の倍数で表されることを特徴とする請求項2記載の液晶駆動装置。
  4. 前記エッジ強調フィルタは、差分フィルタであることを特徴とする請求項2または3に記載の液晶駆動装置。
  5. 前記強調補正係数は、前記第1のフレームの画像情報と前記第2のフレームの画像情報との差分である階調差分と、前記第1のフレームを前記液晶パネルに表示するための強調画像情報と前記第2のフレームの画像情報との差分である強調階調差分と、の関係を線形近似した値であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の液晶駆動装置。
  6. nを2または3とし、mを0以上2未満の整数とし、βを線形近似された前記強調補正係数を超えない最大の整数としたとき、線形近似された前記強調補正係数は、β+(1/2×m)で表されることを特徴とする請求項5記載の液晶駆動装置。
  7. 液晶パネルと、前記液晶パネルを駆動する請求項1乃至6のいずれかに記載の液晶駆動装置とを備えていることを特徴とする液晶表示装置。
  8. 第1のフレームの1フレーム前の第2のフレームの画像情報をフレームメモリに保持し、
    前記第1のフレームの画像情報と前記第2のフレームの画像情報との第1の差を演算し、
    前記第1のフレームのエッジ強調処理を前記第1のフレームの各画素に対して行い、エッジ強調画像情報を出力するエッジ強調処理部と、
    前記第1の差の絶対値が所定値以上の場合には前記第1のフレームのエッジ強調処理を前記第1のフレームの各画素に対して行って得られるエッジ強調画像情報を選択し、前記第1の差の絶対値が前記所定値未満の場合には前記第1のフレームの画像情報を選択し、
    選択された前記エッジ強調画像情報または前記第1のフレームの画像情報と前記第2のフレームの画像情報との第2の差を演算し、
    前記第2の差に強調補正係数を乗算し、
    前記乗算結果と、前記第2のフレームの画像情報とを加算し、
    前記加算結果に基づき液晶パネルを駆動することを特徴とする駆動方法。
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