JP2010154132A - ガンマ補正回路およびガンマ補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リアルタイム性に優れるとともに、画面のヒストグラムに基づいたガンマ補正を実施できるガンマ補正回路およびガンマ補正方法を提供すること。
【解決手段】一画面の映像を所定の水平走査線で二分して得られた映像の上側部分、下側部分のヒストグラムを取得するヒストグラム取得部（１１２）と、現画面の映像の上側部分のヒストグラムと前画面の映像の下側部分のヒストグラムとに基いて現画面の映像のガンマ補正用データを演算する補正データ作成部（１１４）とを具備する。
【選択図】 図５

Description

本発明はカラーテレビジョン受信機等の映像表示装置におけるガンマ補正回路及びガンマ補正方法に関する。

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）に基づいてガンマ補正を行うガンマ補正回路が開発されている（特許文献１参照）。このガンマ補正回路は、受信バッファと、ヒストグラム取得部と、応答性改善処理部と、補正データ作成部と、輝度特性補正（ガンマ補正）部と、を備えている。

受信バッファは映像データとして入力された輝度信号と色差信号とからなるコンポーネント信号である入力映像信号を一時記憶する。ヒストグラム取得部は、受信バッファからの映像信号の輝度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。

応答性改善処理部は、ヒストグラム取得部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。

補正データ作成部は、応答性改善処理部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）部は、補正データ作成部からの補正データを用いて受信バッファからの映像データの輝度信号（Ｙ信号）特性を補正する。

しかしながら、このような各画面のヒストグラムに基づいてガンマ補正を行うガンマ補正回路においては、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）を作成する時間がリアルタイム処理の遅延となる。例えば、各画面の期間にヒストグラムデータを計算すると、次の画面の期間にガンマ補正データを演算し、さらに次の画面の期間に２画面前の映像信号をガンマ補正して出力することになる。このため、映像信号の出力タイミングが２画面期間だけ遅延すると共に、映像信号を２画面期間だけ記憶するバッファメモリが必要となる。

これを防ぐためには、各画面全体のヒストグラムデータを計算せずに、各画面の期間内にヒストグラムデータの計算とガンマ補正データの演算とを完了させることが考えられる。すなわち、ガンマ補正データの演算に必要な時間に応じた画面の下側部分についてのヒストグラムを計算せず、画面の上側部分についてのヒストグラムに基づいて画面の下側部分の期間内にガンマ補正データを演算する。これにより、映像信号の出力タイミングは１画面期間のみ遅延するだけで済み、バッファメモリは映像信号を１画面期間だけ記憶するだけで良い。

しかし、この方法では、画面の下側部分のヒストグラムが無視されることになり、ヒストグラムを正確に反映したガンマ補正を実施できない可能性がある。
特開２００８−２５８９２５号公報（段落[００２１]〜段落[００２４]、図１）

このように従来のガンマ補正回路には、リアルタイム性を追及すると、ヒストグラムを正確に反映できない可能性がある。

本発明の目的はリアルタイム性に優れるとともに、画面のヒストグラムに基づいたガンマ補正を実施できるガンマ補正回路およびガンマ補正方法を提供することにある。

本発明の一態様によるガンマ補正回路は、一画面の映像を所定の水平走査線で二分して得られた映像の上側部分、下側部分のヒストグラムを取得する手段と、現画面の映像の上側部分のヒストグラムと前画面の映像の下側部分のヒストグラムとに基いて現画面の映像のガンマ補正を行うガンマ補正手段とを具備するものである。

本発明の他の態様によるガンマ補正回路は、一画面の映像を所定の水平走査線で二分して得られた映像の上側部分、下側部分のヒストグラムを取得するステップと、現画面の映像の上側部分のヒストグラムと前画面の映像の下側部分のヒストグラムとに基いて現画面の映像のガンマ補正を行うガンマ補正ステップとを具備するものである。

以上説明したように本発明によれば、リアルタイム性に優れるとともに、画面のヒストグラムに基づいたガンマ補正を実施できるガンマ補正回路およびガンマ補正方法を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明によるガンマ補正回路およびガンマ補正方法の実施の形態を説明する。

第１の実施の形態
図１は本発明の第１の実施の形態に係る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。

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は図示しないチューナの後段に接続される。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はＴＶ制御ＬＳＩ１０の詳細を示す。ＴＶ制御ＬＳＩ１０は、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、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。

補正データ作成部１１４は、ヒストグラム取得部１１２から出力された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。

この実施形態の動作を、図３に示すような映像信号を例にとり説明する。ｎ番目のフレーム（図３（ａ））までは画像のみであり、（ｎ＋１）番目のフレーム（図３（ａ））から画像の下側部分にテロップが出現するものとする。映像からなるｎ番目のフレームのヒストグラムは図４（ａ）に示すように輝度が高い画素が多く分布するが、（ｎ＋１）番目のフレームでは下側部分が画像に代わって文字となるので、そのヒストグラムは図４（ｂ）に示すように輝度が高い画素の分布のピークが低くなるととともに、輝度が低い画素の分布も含むものとなる。このような映像に対して、背景技術で説明したように、各画面の表示期間内にヒストグラムの計算及びガンマ補正データの演算を完了させるために、画面の下側部分（ある水平走査線より後の部分）についてのヒストグラムを計算せず、この間に画面の上側部分についてのヒストグラムに基づいてガンマ補正データを演算すると、正しくないヒストグラムに基づいてガンマ補正が行われるので、正確なガンマ補正が行えないことになる。テロップ等の文字情報は画面の下側部分に重畳されることが多く、画面の下側部分のヒストグラムは無視できない。

図５を参照して本実施形態のガンマ補正の原理を説明する。ヒストグラム取得部１１２は映像の一画面をある水平走査線で二分し、上側部分（前半部分）と下側部分（後半部分）とに分けてそれぞれヒストグラムを取得する。分割する位置は下側部分の表示期間内にヒストグラムデータからガンマ補正用の補正データを作成することが可能なように設定される。図５（ａ）は入力映像の各フレームを示す。図５（ｂ）は前半部分と後半部分とでそれぞれヒストグラムを取得することを示す。取得されたそれぞれの部分のヒストグラムは少なくとも１画面期間保持される。ヒストグラム取得部１１２は図５（ｃ）に示すように、現フレームの前半部分のヒストグラムに、１画面前のフレームの後半部分のヒストグラムを加算して、１フレームのヒストグラムデータを作成する。各フレームの前半期間が終了すると、補正データ作成部１１４は図５（ｄ）に示すように１フレームのヒストグラムデータから補正用のデータを作成するための演算処理を行なう。画面の分割位置はこの演算処理が後半期間内に終了することを補償しているので、図５（ｅ）に示すように次のフレームの映像信号が入力されるまでに、補正用データが得られる。この補正用データを輝度特性補正部１１５にセットすることにより、受信バッファ１１１から出力される各フレームの映像データの輝度特性（ガンマ特性）が補正され、輝度特性補正部１１５から出力される。出力映像データは図５（ｆ）に示すように入力映像データに対して１フレーム期間遅延して出力される。

このように、ヒストグラムの取得を１画面の途中で停止し、残りの期間でヒストグラムデータから補正用のデータを演算することにより、映像信号を１フレームだけ遅延するだけで画面全体のヒストグラムに応じたガンマ補正を実施することが出来る。そのため、ガンマ補正による映像データの遅延が短いとともに、受信バッファ１１１は１フレーム期間だけ映像データを保持すればよく、大容量のメモリが不要となる。

図６は第１の実施形態の具体的な動作を示すフローチャートである。ブロック１０２に示すように、受信バッファ１１１に映像信号が入力されると、ヒストグラム取得部１１２は各フレームの前半部分、後半部分毎のヒストグラムを取得する。取得された部分毎のヒストグラムは少なくとも１画面期間保持される。ブロック１０４であるフレーム（ｉフレーム：ｉは任意の正整数）の終了タイミングが検出されると、ブロック１０６で（ｉ−１）フレームの後半部分のヒストグラムとｉフレームの後半部分のヒストグラムとを比較する。ブロック１０８でヒストグラムの変化が大きい（変化量が所定量以上）と判定されるとブロック１１０に進み、ヒストグラムの変化が小さい（変化量が所定量以上ではない）と判定されると、ブロック１１２に進む。上述した本実施形態のガンマ補正の原理は前フレームと現フレームとでヒストグラム（特に、後半部分のヒストグラム）が変化していないことが前提である。後半部分のヒストグラムが前フレームに対して大きく変化している場合、前フレームの後半部分のヒストグラムを加算したヒストグラムに基づいてガンマ補正すると、ガンマ補正データが大きく変化し、画面パカツキ等の不具合が生じる場合がある。そのため、ブロック１０８でヒストグラムの変化が小さいと判定された場合は、図５に示すような処理を行うために、ブロック１１２でｉフレームの後半部分のヒストグラムに（ｉ＋１）フレームの前半部分のヒストグラムを加算する。一方、ブロック１０８でヒストグラムの変化が大きいと判定された場合は、ブロック１１０でｉフレームの後半部分のヒストグラムを（ｉ＋１）フレームの前半部分のヒストグラムに加算しない。

ブロック１１０、１１２のいずれかで得られたｉフレームのヒストグラムからブロック１１４でｉフレーム用のヒストグラムデータが作成される。ヒストグラムの変化が小さい場合は、（ｉ＋１）フレームの前半部分のヒストグラムにｉフレームの後半部分のヒストグラムを加算したものからヒストグラムデータが作成され、ヒストグラムの変化が大きい場合は、（ｉ＋１）フレームの前半部分のヒストグラムからヒストグラムデータが作成される。

ブロック１１６で（ｉ＋１）フレームの前半部分の終了タイミングが検出されると、補正データ作成部１１４はブロック１１８で（ｉ＋１）フレーム用のヒストグラムデータからガンマ補正用の補正データの作成演算を行う。作成された補正用データは輝度特性補正部１１５にセットされる。

ブロック１２０で（ｉ＋１）フレームの終了タイミングが検出されると、ブロック１２２で輝度特性補正部１１５は受信バッファ１１１から出力されるｉフレームの映像データの輝度特性（ガンマ特性）を補正する。

ブロック１２４でガンマ補正を終了するか否か判定され、終了が検出されなければ、ブロック１０４に戻る。

以上説明したように第１実施形態によれば、一画面の映像を所定の水平走査線で二分し、映像の前半部分、後半部分毎のヒストグラムを取得し、後半部分のヒストグラムが前フレームと現フレームとで大して変化していない場合は、前フレームの後半部分のヒストグラムを現フレームの後半部分のヒストグラムとして用いてガンマ補正用データを計算するので、１画面全体のヒストグラムに基づいてガンマ補正することができる。もしも、後半部分のヒストグラムが前フレームと現フレームとで変化している場合は、現フレームの後半部分のヒストグラムのみを用いてガンマ補正用データを計算するので、正しくないヒストグラムに基づいてガンマ補正がなされることがない。

第１実施形態は画面後半部分のヒストグラムの変化に基づいて前フレームの後半部分のヒストグラムを考慮するか否か決定するが、他の検出手段を用いてもよい。例えば、テレビジョン受像機においては、シーンチェンジを検出する機能や、画面内の被写体の動きを検出する機能が知られている。このような検出機能を利用して、前フレームの後半部分のヒストグラムを考慮するか否かを決定する例を図７に示す。

ブロック２０２に示すように、受信バッファ１１１に映像信号が入力されると、ヒストグラム取得部１１２は各フレームの前半部分、後半部分毎のヒストグラムを取得する。取得された部分毎のヒストグラムは少なくとも１画面期間保持される。ブロック２０４でシーンチェンジが検出されたか否か判定される。検出されない場合は、ブロック２０６で被写体が静止状態か否か判定される。静止状態である場合は、図５に示すような処理を行うために、ブロック２０８で前フレームの後半部分のヒストグラムと現フレームの前半部分のヒストグラムとを加算して、現フレームのヒストグラムデータを作成する。

ブロック２０４でシーンチェンジが検出された場合、またはブロック２０６で静止状態ではないと判定された場合は、ブロック２１０で前フレームの後半部分のヒストグラムを加算せずに、現フレームの前半部分のヒストグラムのみから現フレームのヒストグラムデータを作成する。

ブロック２１２でフレームの前半部分の終了タイミングが検出されると、補正データ作成部１１４はブロック２１８でブロック２０８、２１０のいずれかで得られたヒストグラムデータからガンマ補正用の補正データの作成演算を行う。作成された補正用データは輝度特性補正部１１５にセットされる。

ブロック２１６でフレームの終了タイミングが検出されると、ブロック２１８で輝度特性補正部１１５は受信バッファ１１１から出力されるｉフレームの映像データの輝度特性（ガンマ特性）を補正する。

ブロック２２０でガンマ補正を終了するか否か判定され、終了が検出されなければ、ブロック２０４に戻る。

図７の例によっても、動きが少ない場合は１画面全体のヒストグラムに基づいてガンマ補正することができるし、動きが多い場合は正しくないヒストグラムに基づいてガンマ補正がなされることがない。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。例えば、上述の説明では、テレビジョン受像機に適用した例を説明したが、ＤＶＤプレーヤ等の他の映像表示装置にも適用可能である。また、フレーム毎に被写体の変化を検出し、それに応じて前フレームの後半部分のヒストグラムを加算するか否か決定したが、被写体の動きが殆ど無いことが予め判っている映像の場合には、常に図５のように前フレームの後半部分のヒストグラムを加算してもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る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。 映像信号の一例を示す図。 図３の映像信号のヒストグラムを示す図。 本発明の第１の実施の形態の動作原理を示す図。 第１の実施の形態の動作を示すフローチャート。 変形例の動作を示すフローチャート。

符号の説明

１０…ＴＶ制御ＬＳＩ、１１１…受信バッファ、１１２…ヒストグラム取得部、１１４…補正データ作成部、１１５…輝度特性補正部、１２…ＲＧＢ処理部、２０…映像デバイスドライバ、３０…モニタ。

Claims (9)

1. 一画面の映像を所定の水平走査線で二分して得られた映像の上側部分、下側部分のヒストグラムを取得する手段と、
   現画面の映像の上側部分のヒストグラムと前画面の映像の下側部分のヒストグラムとに基いて現画面の映像のガンマ補正を行うガンマ補正手段と、
   を具備するガンマ補正回路。
2. 前画面の映像と現画面の映像との変化を検出する検出手段をさらに具備し、
   前記ガンマ補正手段は、前記検出手段が映像の変化を検出すると、現画面の映像の上側部分のヒストグラムに基いて現画面の映像のガンマ補正を行うことを特徴とする請求項１記載のガンマ補正回路。
3. 前画面の映像と現画面の映像との変化の有無を検出する検出手段をさらに具備し、
   前記ガンマ補正手段は、前記検出手段が映像の変化無しを検出すると、現画面の映像の上側部分のヒストグラムと前画面の映像の下側部分のヒストグラムとに基いて現画面の映像のガンマ補正を行うことを特徴とする請求項１記載のガンマ補正回路。
4. 前記検出手段は前画面の映像のヒストグラムと現画面の映像のヒストグラムとを比較する手段を具備することを特徴とする請求項２または請求項３に記載のガンマ補正回路。
5. 前記検出手段は前画面の映像の下側部分のヒストグラムと現画面の映像の下側部分のヒストグラムとを比較する手段を具備することを特徴とする請求項２または請求項３に記載のガンマ補正回路。
6. 前記検出手段はシーンチェンジを検出する手段を具備することを特徴とする請求項２または請求項３に記載のガンマ補正回路。
7. 前記所定の水平走査線の位置は前記ガンマ補正手段がヒストグラムに基づいて映像のガンマ補正を行う処理時間に応じていることを特徴とする請求項１に記載のガンマ補正回路。
8. 放送信号から所望のチャンネルの映像信号を抽出するチューナ手段と、
   前記チューナ手段の出力が供給される請求項１記載のガンマ補正回路と、
   前記ガンマ補正回路の出力を表示する表示手段とを具備するテレビジョン受像機。
9. 一画面の映像を所定の水平走査線で二分して得られた映像の上側部分、下側部分のヒストグラムを取得するステップと、
   現画面の映像の上側部分のヒストグラムと前画面の映像の下側部分のヒストグラムとに基いて現画面の映像のガンマ補正を行うガンマ補正ステップと、
   を具備するガンマ補正方法。

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