JP2010206293A

JP2010206293A - 階調制御装置および階調制御方法

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Publication number: JP2010206293A
Application number: JP2009046974A
Authority: JP
Inventors: Takashi Suzuki; 隆鈴木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2010-09-16
Anticipated expiration: 2029-02-27
Also published as: JP4599446B2; US20100220236A1; US7940333B2

Abstract

【課題】動画成分の少ない画像のボケを目立たせることなく動画成分の多い画像で発生するブロックノイズを効果的に低減する。
【解決手段】一実施形態に係る階調制御装置は映像信号の動き量に応じてこの映像信号のコアリング量を変化させるコアリング回路１１と、この映像信号に対して階調スムージング処理を行うスムージング回路１２と、映像信号の動き量としてフレーム差分ヒストグラムを取得し、このヒストグラムを重み付けした結果に対応して階調スムージング処理の効果パラメータを変更するパラメータ制御回路１３〜１６とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、動画成分の多い画像に対する階調制御装置および階調制御方法に関する。

近年では、デジタル放送を受信するテレビ受信装置が普及しつつある。このテレビ受信装置では、トランスポートストリームから所望のパケットを抽出し、パケット内の圧縮されたデジタル映像信号を復号している。

このデジタル映像信号はＭＰＥＧ方式で圧縮されているが、この映像信号を復号した場合、ブロックノイズが生じることがある。従来において、デジタル映像信号のフィールド間またはフレーム間の画素差分量を抽出して、動画成分を判定し、この判定結果に応じて、ノイズ低減レベルを適応的に制御するコアリング技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。このコアリング制御では、映像信号に対して動画成分の検出を行い、検出レベルによってコアリング（ノイズ低減レベル）の量を変化させる。動画の度合いは例えばフレーム間の差分情報のヒストグラムを検出し、あるレベル以上の画素の数から判定される。

また、映像信号のプレーンな領域に対してスムージング処理を行う技術も提案されている（例えば、特許文献２を参照）。この技術は、階調の劣化による縞やブロックノイズの低減に効果があることが知られている。

特開２００７−５３６９７号公報特開２００８−１６０４４０号公報

しかしながら、特許文献２の技術は、ノイズ低減効果を上げ過ぎると、全体的に動画の度合いの低い画像がボケてしまう結果になる。

本発明の目的は、動画成分の少ない画像のボケを目立たせることなく動画成分の多い画像で発生するブロックノイズを効果的に低減できる階調制御装置および階調制御方法を提供することにある。

本発明の第１観点によれば、映像信号の動き量に応じてこの映像信号のコアリング量を変化させるコアリング回路と、この映像信号に対して階調スムージング処理を行うスムージング回路と、映像信号の動き量としてフレーム差分ヒストグラムを取得し、このヒストグラムを重み付けした結果に対応して階調スムージング処理の効果パラメータを変更するパラメータ制御回路とを備える階調制御装置が提供される。

本発明の第２観点によれば、映像信号の動き量に応じてこの映像信号のコアリング量を変化させ、この映像信号に対して階調スムージング処理を行う階調制御方法であって、映像信号の動き量としてフレーム差分ヒストグラムを取得し、このヒストグラムを重み付けした結果に対応して階調スムージング処理の効果パラメータを変更する階調制御方法が提供される。

これら階調制御装置および階調制御方法では、映像信号の動き量としてフレーム差分ヒストグラムが取得され、このヒストグラムを重み付けした結果に対応して階調スムージング処理の効果パラメータが変更される。従って、動き量が大きくなるほど階調スムージングの効果を増大させ、動き量が小さくなるほど階調スムージングの効果を減少させる設定が可能となり、動画成分の少ない画像のボケを目立たせることなく動画成分の多い画像で発生するブロックノイズを効果的に低減できる。

本発明の一実施形態に係る階調制御装置の構成を概略的に示すブロック図である。図１に示すヒストグラム取得回路および重み付けテーブルで行われる動作を説明するための図である。図１に示す重み付けテーブルの出力に設けられる入出力変換器の出力特性の例を示すグラフである。図１に示す加算器の出力特性を示すグラフである。図１に示すコアリング回路に入力される２階調分のブロックノイズを示す波形図である。図１に示すコアリング回路でのスライスによりレベル低下した１階調分のブロックノイズを波形図である。図１に示すコアリング回路から得られる１階調分のブロックノイズに対してスムージング回路で行われたスムージングの結果を示す波形図である。図１に示すコアリング回路にさらに３階調分のブロックノイズを示す波形図である。図１に示すコアリング回路でのスライスによりレベル低下した２階調分のブロックノイズを示す波形図である。図１に示すコアリング回路から得られる２階調分のブロックノイズに対してスムージング回路で行われたスムージングの結果を示す波形図である。図１に示す階調制御装置の変形例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態に係る階調制御装置について添付図面を参照して説明する。この階調制御装置はデジタル放送を受信するテレビ受信装置、ビデオレコーダ、あるいはセットトップボックスに組み込まれるものである。

図１はこの階調制御装置の構成を概略的に示す。この階調制御装置では、デジタル映像信号が例えば輝度信号Ｙ、色信号Ｃｂ／Ｐｂ、および色信号Ｃｒ／Ｐｒに分離して供給される。これら信号Ｙ，Ｃｂ／Ｐｂ，およびＣｒ／Ｐｒはコアリング回路１１に入力され、このコアリング回路１１から信号Ｙ’，Ｃｂ／Ｐｂ’，およびＣｒ／Ｐｒ’として階調スムージング回路１２に出力され、さらに階調スムージング回路１２から信号Ｙ"，Ｃｂ／Ｐｂ"，およびＣｒ／Ｐｒ"として出力される。コアリング回路１１は映像信号、すなわち輝度信号Ｙ、色信号Ｃｂ／Ｐｂ、および色信号Ｃｒ／Ｐｒの各々のコアリング量を例えば特開２００７−５３６９７号公報に記載の方式で変化させるように構成してよい。また、階調スムージング回路１２はコアリング回路１１からの映像信号、すなわち信号Ｙ’，Ｃｂ／Ｐｂ’，およびＣｒ／Ｐｒ’の各々に対して例えば特開２００８−１６０４４０号公報に記載の方式で階調スムージング処理を行うように構成してよい。

階調制御装置はさらにフレームバッファ１３、動画成分検出回路１４、および動画成分検出回路１５、および減算器１６を備える。映像信号、例えば輝度信号Ｙはフレームバッファ１３および減算器１６に並行して入力される。フレームバッファ１３は輝度信号Ｙを１フレーム期間毎に画像情報として現フレームバッファ１７に取り込み、この画像情報を１フレーム期間の遅延で１フレーム遅延バッファ１８に保持させ、この画像情報を減算器１６に遅延輝度信号として出力する。減算器１６はフレームバッファ１３から得られた遅延輝度信号と輝度信号Ｙとの差分をフレーム差分信号として動画成分検出回路１４に出力する。この動画成分検出回路１４は、減算器１６に接続されるヒストグラム取得回路１９、ヒストグラム取得回路１９に接続される取得範囲設定回路２０、および取得範囲設定回路２０に接続される入出力変換器２１を含む。

一般に、映像信号の動画成分が多くなるほどこのフレーム差分信号において大きな値の割合が増えることになる。従って、動画成分の多い映像信号の場合、フレーム差分信号のヒストグラムは輝度差の大きいほうに集中する傾向となる。

ヒストグラム取得回路１９は、画像のフレーム差分輝度分布を示すヒストグラムをフレーム差分信号から１フレーム期間毎に取得する。取得範囲設定回路２０はヒストグラム取得回路１９から得られたヒストグラムに対して取得範囲を設定する。入出力変換器２１は取得範囲設定回路２０で設定された取得範囲の度数（画素数）の総和を求め、この総和に対応するコアリング制御信号をコアリング回路１１に出力する。コアリング回路１１は、映像信号、すなわち輝度信号Ｙ、色信号Ｃｂ／Ｐｂ、および色信号Ｃｒ／Ｐｒの各々のコアリング量をコアリング制御信号に対応して変化させる。

また、フレーム差分信号のヒストグラムは動画成分検出回路１５にも供給される。この動画成分検出回路１５は、ヒストグラム取得回路１９に接続される重み付けテーブル２２、重み付けテーブル２２に接続される入出力変換器２３、イニシャルパラメータ設定回路２４、並びに入出力変換器２３およびイニシャルパラメータ設定回路２４に接続される加算器２５を含む。重み付けテーブル２２は、ヒストグラム取得回路１９から得られたフレーム差分輝度分布の全ヒストグラムに対してこれらヒストグラムにそれぞれ割り当てられた重み付け係数を乗算する。入出力変換器２３は、重み付けテーブル２２から乗算結果として得られる全ヒストグラムの度数の総和を求め、この総和に対応するスムージング制御信号を出力する。イニシャルパラメータ設定回路２４はユーザ設定値あるいはメーカ設定値として用意されるイニシャルパラメータ（初期値）を階調スムージング処理の効果パラメータとして設定する。加算器２５はイニシャルパラメータ設定回路２４により設定された階調スムージング処理の効果パラメータにスムージング制御信号に対応してオフセットを与え、この結果の効果パラメータを階調スムージング回路１２に出力する。階調スムージング回路１２はコアリング回路１１からの映像信号、すなわち信号Ｙ’，Ｃｂ／Ｐｂ’，およびＣｒ／Ｐｒ’の各々に対してこの効果パラメータに従って階調スムージング処理を行う。

次に、階調スムージング処理のパラメータ制御についてさらに説明する。ヒストグラム取得回路１９は例えば図２に示すようなフレーム差分信号のヒストグラムを取得する。重み付けテーブル２２の重み付け係数は、例えば図２に示すように単調増加するものに設定される。この場合、差分輝度値の高い割合が多いほど度数の総和も増大する。すなわち、この総和は画像の動画成分が多いほど大きな値になる。入出力変換器２３では、総和の入力値がスムージング制御信号を階調スムージング処理の制御を最適化するように変換される。

図３は入出力変換器２３の出力特性の例を示す。この出力特性は、入力値の小さい所定範囲において出力値をゼロに維持しこの所定範囲を越える入力値の範囲で出力値を指数的に増大させるものである。これは、階調スムージング処理の効果パラメータにオフセットを与えることになる。上述の入出力変換出力２３の出力がイニシャルパラメータ設定回路２４の出力と加算される場合、加算器２５の出力特性は図４に示すようになる。実際には、加算器２５の出力が階調スムージング処理の効果パラメータとして階調スムージング回路１２に出力される。

すなわち、ヒストグラムの重み付けにより階調スムージング処理の効果パラメータを映像信号の動画成分に対応して増減させることができるようになり、効果パラメータにオフセットを与えることにより動画成分の少ない映像信号に対する階調スムージング処理を確実に省略できるようになる。

以下、この階調制御装置の動作結果の一例について従来の技術と比較して説明する。ここで、階調スムージングは静画では、ボケ感を考慮して１階調（１ＬＳＢ）より大きい信号には動作しないものとする。最初に従来の技術でも除去できる例を説明する。図５に示すような２階調分のブロックノイズが映像信号において発生し、このブロックノイズがコアリング回路１１に入力されると、コアリング回路１１がこのブロックノイズのレベルをスライスして図６に示すようにレベル低下した１階調分のブロックノイズに変化させる。このブロックノイズがさらに階調スムージング回路１２に入力されると、階調スムージング回路１２はブロックノイズに対して階調スムージング処理を行って、図７に示すように１階調当り２ビット分細分化して遷移させるブロックノイズに変化させる。

次に従来の技術では除去できない例であるが、３階調分のブロックノイズが映像信号において発生し、このブロックノイズがコアリング回路１１に入力されると、コアリング回路１１このブロックノイズのレベルをスライスして図９に示すようにレベル低下した２階調分のブロックノイズに変化させる。このブロックノイズがさらに階調スムージング回路１２に入力されると、従来の技術を採用した場合、静画、動画にかかわらず２階調以上の信号に対しては階調スムージング回路１２は動作しないためスムージング処理は行われず、階調スムージング回路１２の出力は第９図と同じ波形となる。しかし前述した本実施形態の構成によって、階調スムージング回路を静画では２階調以上、動画では例えば３階調以上でリミッターをかけるように設定すれば、階調スムージング回路１２はブロックノイズに対して階調スムージング処理を行って、図１０に示すように１階調当り２ビット分細分化して遷移させるブロックノイズに変化させることが可能となる。

すなわち、フレームバッファ１３、減算器１６、ヒストグラム取得回路１９、重み付けテーブル２２および入出力変換器２３を含むパラメータ制御回路を追加した場合には、上述のように振幅の大きいブロックノイズに対しても図１０に示す階調スムージング処理を行って動画成分の多い画像に発生したブロックノイズを低減できるようになる。

本実施形態の階調制御装置では、映像信号の動き量としてフレーム差分ヒストグラムが取得され、このヒストグラムを重み付けした結果に対応して階調スムージング処理の効果パラメータにオフセットが与えられる。従って、動き量が大きくなるほど階調スムージングの効果を増大させ、動き量が小さくなるほど階調スムージングの効果を減少させる設定が可能となり、動画成分の少ない画像のボケを目立たせることなく動画成分の多い画像で発生するブロックノイズを効果的に低減できる。

尚、本発明は上述の実施形態に限定されず、様々に変形可能である。

上述の実施形態では、階調スムージング回路１２がコアリング回路１１の後段に配置されたが、例えば図１１に示す変形例のようにコアリング回路１１の前段に配置されてもよい。この変形例では、上述の実施形態と同様の部分を同一参照符号で表し、その説明を省略する。但し、コアリング回路１１が階調スムージング回路１２の階調スムージング処理結果の映像信号を処理することになるため、静画時と動画時のゲイン差を大きくとる必要があり、静画および動画間の移行により絵柄変化が大きくなる可能性がある。これを考慮した場合には、階調スムージング回路１２がコアリング回路１１の後段に配置される方が好ましい。

ちなみに、ヒストグラム取得回路１９は階調スムージング回路１２用の動画成分検出回路３１に設けられ、コアリング回路１１用の動画成分検出回路３２において省略されている。ヒストグラム取得回路１９は動画成分検出回路３１および３２の両方に設けられてもよいが、結果として同一のヒストグラムを取得することになるため、ヒストグラム取得回路１９を階調スムージング回路１２およびコアリング回路１１に対して兼用する方が製造コストを低減できる。

１１…コアリング回路、１２…階調スムージング回路、１３…フレームバッファ、１６…、減算器、１９…ヒストグラム取得回路、２２…重み付けテーブル、２３…入出力変換器、２４…イニシャルパラメータ設定回路、２５…加算器。

Claims

映像信号の動き量に応じてこの映像信号のコアリング量を変化させるコアリング回路と、この映像信号に対して階調スムージング処理を行うスムージング回路と、映像信号の動き量としてフレーム差分ヒストグラムを取得し、このヒストグラムを重み付けした結果に対応して階調スムージング処理の効果パラメータを変更するパラメータ制御回路とを備えることを特徴とする階調制御装置。
前記パラメータ制御回路は前記動き量が大きくなるほど階調スムージングの効果を増大させ、動き量が小さくなるほど階調スムージングの効果を減少させる重み付け係数を用いて前記重み付けを行うことを特徴とする請求項１に記載の階調制御装置。
前記パラメータ制御回路は前記階調スムージング処理の効果パラメータに前記動き量の少ない所定範囲で前記階調スムージング処理の効果パラメータの変更を省略するオフセットを与えることを特徴とする請求項１に記載の階調制御装置。
前記パラメータ制御回路はユーザにより設定される初期値を前記階調スムージング処理の効果パラメータとして設定することを特徴とする請求項１に記載の階調制御装置。
前記スムージング回路は前記コアリング回路の後段に配置されることを特徴とする請求項１に記載の階調制御装置。
前記スムージング回路は前記コアリング回路の前段に配置されることを特徴とする請求項１に記載の階調制御装置。
前記パラメータ制御回路は映像信号の動き量としてフレーム差分ヒストグラムを取得するヒストグラム取得回路を前記スムージング回路および前記コアリング回路に対して共通に有することを特徴とする請求項１に記載の階調制御装置。
映像信号の動き量に応じてこの映像信号のコアリング量を変化させ、この映像信号に対して階調スムージング処理を行う階調制御方法であって、映像信号の動き量としてフレーム差分ヒストグラムを取得し、このヒストグラムを重み付けした結果に対応して階調スムージング処理の効果パラメータを変更することを特徴とする階調制御方法。