JP2011141341A - 映像信号分配装置及びその制御方法、プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 動画応答特性を改善することができる映像合成表示システムにおける映像信号分配装置及びその制御方法、プログラムを提供する。
【解決手段】 ２台の表示装置によって生成される投影画像で再現され得る輝度値それぞれに対して、入力した映像信号の輝度値へ変化させるために必要な応答時間情報を記憶媒体に保持する。入力した映像信号の輝度値を示す輝度信号を、２台の表示装置へ分配する分配比率を決定する。この決定では、映像信号をフレーム単位で保持するフレームバッファメモリに保持されている前回のフレーム画像による２台の表示装置によって生成される投影画像の現在の輝度値と、記憶媒体に格納されている応答時間情報と、入力した映像信号の輝度値とから、２台の表示装置によって生成される投影画像の現在の輝度値を、入力した映像信号の輝度値へ変化させるために必要な応答時間が最小となる分配比率を決定する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、単一の映像信号を分配して２台の表示装置に出力し、その２台の表示装置からの投影画像を同一位置に重畳合成して、映像信号に対する投影画像を表示する映像合成表示システムにおける映像信号分配装置に関するものである。

液晶を用いた表示デバイスにおいて、動画応答特性の劣化要因は、輝度変化時、光を透過して輝度を決定する液晶素子の配向変化に時間がかかる、つまり、輝度が安定するまでに時間かかることである。

映像合成表示システムには、液晶プロジェクタを用いて複数の投影像を同位置に重ね合わせて投影するマルチプロジェクションシステムがある。例えば、特許文献１では、このようなマルチプロジェクションシステムを利用して動画応答特性を改善している。具体的には、２つのプロジェクタそれぞれによる映像の表示タイミングに時間差を設けて、輝度が変化して安定するまでの間、一方のプロジェクタのバックライトを消灯し、他方のプロジェクトのバックライトを点灯することを交互に繰り返す。このような動作を実行することによって、輝度変化中の状態を投影しないようにしている。

一方、液晶を用いた表示デバイスには、輝度の立ち下がりが立ち上がりよりも速く、白から黒への輝度変化は、中間階調間の変化よりも速い等の非線形の特性がある（非特許文献２）。これは、いわゆる、ノーマリホワイトからノーマリブラックへの変化である。

特開２００６−１１３３２６

東芝レビューＶｏｌ．６０ Ｎｏ．７．（２００５） 高画質ＯＣＢ液晶技術

バックライトを消灯して輝度の立ち上がり／立ち下りを隠蔽する従来技術には、時間積分した輝度値が低下するという問題があった。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、投影輝度を低下させずに、動画応答特性を改善することができる映像合成表示システムにおける映像信号分配装置及びその制御方法、プログラムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明による映像信号分配装置は以下の構成を備える。即ち、
単一の映像信号を分配して２台の表示装置に出力し、該２台の表示装置からの投影画像を同一位置に重畳合成して、前記映像信号に対する投影画像を表示する映像合成表示システムにおける映像信号分配装置であって、
映像信号を入力する信号入力手段と、
前記映像信号をフレーム単位で保持するフレームバッファメモリと、
前記２台の表示装置によって生成される投影画像で再現され得る輝度値それぞれに対して、前記信号入力手段で入力した映像信号の輝度値へ変化させるために必要な応答時間情報を保持する格納手段と、
前記信号入力手段で入力した映像信号の輝度値を示す輝度信号を、前記２台の表示装置へ分配する分配比率を決定する決定手段とを備え、
前記決定手段は、前記フレームバッファメモリに保持されている前回のフレーム画像による前記２台の表示装置によって生成される投影画像の現在の輝度値と、前記格納手段に格納されている応答時間情報と、前記信号入力手段で入力した映像信号の輝度値とから、前記２台の表示装置によって生成される投影画像の現在の輝度値を、前記信号入力手段で入力した映像信号の輝度値へ変化させるために必要な応答時間が最小となる前記分配比率を決定する。

本発明によれば、投影輝度を低下させずに、動画応答特性を改善することができる映像合成表示システムにおける映像信号分配装置及びその制御方法、プログラムを提供できる。

実施形態１の映像合成表示システムの構成を示すブロック図である。 実施形態１の映像信号分配器の詳細構成を示すブロック図である。 実施形態１の輝度信号決定部による出力輝度決定処理を示すフローチャートである。 実施形態１の液晶プロジェクタの液晶素子の応答特性を示す図である。 実施形態２のマルチモニタ出力可能なＰＣの構成例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
＜実施形態１＞
図１は実施形態１の映像合成表示システムの構成を示すブロック図である。

映像合成表示システムにおいて、１０１は映像信号入力源、１０２は映像信号分配器、１０３及び１０４は表示装置としての液晶プロジェクタ（プロジェクタ１及びプロジェクタ２）である。映像信号入力源１０１は、映像信号分配器１０２に、フレーム構成を有する動画像信号である単一の映像信号を出力する。映像信号分配器１０２は、液晶プロジェクタ１０３及び１０４の応答時間が短縮されるように、入力映像信号の入力輝度値から２つの出力輝度値を算出して、それぞれ液晶プロジェクタ１０３及び１０４へ出力する。２台の液晶プロジェクタ１０３及び１０４は、出力映像信号（投影画像信号）をフレーム単位で同期しながら同一位置に重畳合成して映像を合成投影する（合成画像を生成する）。

図２は実施形態１の映像信号分配器の詳細構成を示すブロック図である。

映像信号分配装置である映像信号分配器１０２において、２００は信号入力部、２０１はフレームバッファメモリ、２０２は輝度信号決定部、２０３は応答特性情報格納部、２０４及び２０５は第１及び第２信号出力部である。

ここでは、第１信号出力部２０４への出力を第１出力、第２信号出力部２０５への出力を第２出力とする。また、ｎフレーム目、座標（ｘ，ｙ）の入力信号の輝度値をＩ（ｘ，ｙ，ｎ）、フレームバッファメモリ２０１に保持されている第１出力のｎフレーム目、座標（ｘ，ｙ）の画素の出力輝度値をＯ₁（ｘ，ｙ，ｎ）、同様に、第２出力の出力輝度値をＯ₂（ｘ，ｙ，ｎ）とする。

応答特性情報格納部２０３は、合成輝度値が得られる応答時間を短縮するために出力輝度値を算出する応答時間情報ルックアップテーブルを有する。応答時間情報ルックアップテーブルは、入力信号の輝度値、変化前の２つの輝度値Ｉ₁及びＩ₂から、出力信号Ｏ₁を算出する。

式で表現すると、以下のような式１となる。
Ｏ₁＝＋ＬＵＴ（Ｉ_i、Ｉ₁、Ｉ₂） （式１）

このように、応答時間情報ルックアップテーブルは、前フレーム画像（前回のフレーム画像）の輝度値から注目フレーム（今回のフレーム画像）の輝度値へ変化させるために必要な応答時間を管理する。換言すれば、現在の輝度値から目標とする輝度値へ変化（再現）させるために必要な応答時間を管理する。

信号入力部２００は、映像信号入力源１０１から、映像信号を入力し、その入力輝度信号情報を輝度信号決定部２０２へ出力する。輝度信号決定部２０２は、図３のフローに従い、２つの輝度値Ｏ₁（ｘ，ｙ，ｎ）及びＯ₂（ｘ，ｙ，ｎ）を決定して、決定した輝度信号をそれぞれ第１信号出力部２０４及び第２信号出力部２０５へ出力する。つまり、輝度信号決定部２０２は、入力輝度信号を、第１信号出力部２０４及び第２信号出力部２０５へ分配するための分配比率を決定する。

第１信号出力部２０４及び第２信号出力部２０５は、入力輝度信号を映像信号に変換し、それぞれを同期させて、外部の液晶プロジェクタ１０３及び液晶プロジェクタ１０４へ出力する。

図３は実施形態１の輝度信号決定部による出力輝度決定処理を示すフローチャートである。尚、図３で説明する、これらの処理は画素毎に行われる。

ステップＳ４００で、輝度信号決定部２０２は、Ｉ_iを取得する。ステップＳ４０１で、輝度信号決定部２０２は、フレームバッファメモリ２０１から前フレームの画素の輝度値Ｏ₁（ｘ，ｙ，ｎ）、Ｏ₂（ｘ，ｙ，ｎ）を取得する。

ステップＳ４０２で、応答特性情報格納部２０３に格納されている応答時間情報ルックアップテーブルを用い、注目フレームにおける、Ｉ₁＝Ｏ₁（ｘ，ｙ，ｎ−１）、Ｉ₂＝Ｏ₂（ｘ，ｙ，ｎ−１）として、第１信号出力部２０４用の輝度値Ｏ₁（ｘ，ｙ，ｎ）＝Ｏ₁を算出する。

ステップＳ４０３で、輝度信号決定部２０２は、式２（Ｏ₂＝Ｉ_i×２−Ｏ₁）を用い、注目フレームにおける、Ｉ_i＝Ｏ₁として、第２信号出力部２０５用の輝度値Ｏ₂（ｘ，ｙ，ｎ）＝Ｏ₂を算出する。

ステップＳ４０４で、輝度信号決定部２０２は、次フレームの処理のために、Ｏ₁（ｘ，ｙ，ｎ）、Ｏ₂（ｘ，ｙ，ｎ）をフレームバッファメモリ２０１へ出力する。

図４は実施形態１の液晶プロジェクタの液晶素子の応答特性を示す図である。

例えば、図４中のＡのデータにおいて、現在の輝度値１．０（白）から、変化後（目標）の輝度値０．０（黒）に変化する場合には、約８ｍｓの時間がかかることを示している。このように、液晶素子の応答特性（応答時間）は、現在輝度と変化後の輝度に依存する。２つの表示デバイス（例えば、液晶プロジェクタ１０３及び１０４）を使って映像を合成表示する場合、２つの出力輝度を制御する必要がある。

Ｏ₁（ｘ，ｙ，ｎ−１）＝０．８、Ｏ₂（ｘ，ｙ，ｎ−１）＝０．８の状態で、Ｉ_i＝０．６という信号が入力された場合、Ｏ₁（ｘ，ｙ，ｎ）＝０．６、Ｏ₂（ｘ，ｙ，ｎ）＝０．６と同一の値となるように変化させた場合（図４中Ｂ）は双方の画素とも約２４ｍｓの応答時間がかかる。

これに対して、Ｏ₁（ｘ，ｙ，ｎ）＝０．８、Ｏ₂（ｘ，ｙ，ｎ）＝０．４と出力輝度値の組み合わせ（出力輝度値の分配比率）を、２つの表示デバイスに分配可能な取り得る複数種類の出力輝度値の組み合わせから最適化する（選択する）。この場合、Ｏ₁（ｘ，ｙ，ｎ）＝０．８への応答時間は０ｍｓ（図４中Ｃ）、Ｏ₂（ｘ，ｙ，ｎ）＝０．４への応答時間は約２２ｍｓ（図４中Ｄ）となる。このとき、投影時の合成輝度値は同等である。液晶素子はこのような応答特性を持つことから、合成輝度値が得られる応答時間の和が最小、かつ、Ｉ_i×２＝Ｉ₁＋Ｉ₂という条件を設定したとすると、合成輝度が得られる応答時間を短縮するための応答時間情報ルックアップテーブルを作成することができる。

尚、実施形態１では、輝度値が０．２刻みの５×５の輝度値データを用いて、応答時間情報テーブルを作成する例を説明している。ここで、インデックスとなる輝度値が、応答時間情報テーブルに存在しない場合（例えば、０．５等）を入力した場合でも、その輝度値を挟む既知の輝度値の間で線形補間をすることにより、その輝度値に対する応答時間を算出することが可能である。

以上説明したように、実施形態１によれば、映像合成表示用の映像分配器において、合成輝度値が得られる応答時間を短縮した映像の表示が可能となる。

尚、実施形態１におけるシステムでは、液晶プロジェクタを例としているが、これに限定されず、例えば、２つのＦＰＤの映像をハーフミラーで一画面に合成する映像合成システムに適用してもよい。

また、実施形態１におけるシステムでは、映像信号分配器１０２は、２つのプロジェクタは独立した装置として構成されているが、これをプロジェクタの内部に内蔵することも可能である。

実施形態１では、応答特性情報格納部２０３に格納されている応答時間情報は、ルックアップテーブルの形で構成しているが、それに限定されるものではない。例えば、応答時間の特性を関数化し、その係数を応答時間情報として記憶してもよい。

単体ディスプレイの応答特性向上技術として、前フレームの輝度値に対して輝度が立ち上がるか立ち下がるかを判定し、液晶の駆動電圧を立ち上がり時には高く、立ち下がりの際に時は低く制御する技術にオーバードライブ駆動という技術がある。ここで、本発明は、このオードライブとは、全く異なる技術ではあるが、オーバードライブ駆動を考慮して、応答情報ルックアップテーブルを作成することも可能である。

＜実施形態２＞
応答時間を短縮する方法の実施形態について、図１、図３、図５を使って説明する。

実施形態２では、図１における映像信号分配器１０２をマルチモニタ出力可能なＰＣ（パーソナルコンピュータ）として、本発明を実現する処理をソフトウェアで実装する。

図５は実施形態２のマルチモニタ出力可能なＰＣの構成例を示す図である。

ＣＰＵ９０１が、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）９０３に記録されたプログラムファイル、応答時間情報ルックアップテーブルをＲＡＭ９０２に読み出し、実行する。グラフィックカード９０４は、ＲＡＭ９０２内のフレームバッファメモリに生成された２つのフレームを、２つの外部表示デバイス（例えば、液晶プロジェクタ１０３及び１０４）に出力する。

この構成においては、ＰＣが、図３の出力輝度決定処理を実行する。その処理内容は、実施形態１で説明した通りであるが、例えば、ＣＰＵ９０１が、輝度信号決定部２０２の機能を実現する。

実施形態２では、ＨＤＤ９０３からロードした画像データを処理しているが、これに限定されず、ネットワークから配信された画像データ、あるいは、キャプチャ画像を画像データとして処理することも可能である。

以上説明したように、実施形態２によれば、実施形態１と同様に、映像合成表示用の分配方法において、合成輝度値が得られる応答時間を短縮した映像の表示が可能となる。

尚、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

Claims (6)

1. 単一の映像信号を分配して２台の表示装置に出力し、該２台の表示装置からの投影画像を同一位置に重畳合成して、前記映像信号に対する投影画像を表示する映像合成表示システムにおける映像信号分配装置であって、
   映像信号を入力する信号入力手段と、
   前記映像信号をフレーム単位で保持するフレームバッファメモリと、
   前記２台の表示装置によって生成される投影画像で再現され得る輝度値それぞれに対して、前記信号入力手段で入力した映像信号の輝度値へ変化させるために必要な応答時間情報を保持する格納手段と、
   前記信号入力手段で入力した映像信号の輝度値を示す輝度信号を、前記２台の表示装置へ分配する分配比率を決定する決定手段とを備え、
   前記決定手段は、前記フレームバッファメモリに保持されている前回のフレーム画像による前記２台の表示装置によって生成される投影画像の現在の輝度値と、前記格納手段に格納されている応答時間情報と、前記信号入力手段で入力した映像信号の輝度値とから、前記２台の表示装置によって生成される投影画像の現在の輝度値を、前記信号入力手段で入力した映像信号の輝度値へ変化させるために必要な応答時間が最小となる前記分配比率を決定する
   ことを特徴とする映像信号分配装置。
2. 前記決定手段は、前記信号入力手段で入力した映像信号の輝度値を、前記２台の表示装置に分配可能な取り得る複数種類の輝度値の組み合わせから、前記応答時間が最小となる輝度値の組み合わせを前記分配比率として決定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の映像信号分配装置。
3. 前記決定手段は、前記分配比率として決定した前記輝度値の組み合わせを、前記フレームバッファメモリに出力する
   ことを特徴とする請求項１に記載の映像信号分配装置。
4. 前記格納手段は、前記現在の輝度値から、前記信号入力手段で入力した映像信号の輝度値へ変化させるために必要な応答時間を算出するためのルックアップテーブルを前記応答時間情報として保持する
   ことを特徴とする請求項１に記載の映像信号分配装置。
5. 単一の映像信号を分配して２台の表示装置に出力し、該２台の表示装置からの投影画像を同一位置に重畳合成して、前記映像信号に対する投影画像を表示する映像合成表示システムにおける映像信号分配装置の制御方法であって、
   映像信号を入力する信号入力工程と、
   前記２台の表示装置によって生成される投影画像で再現され得る輝度値それぞれに対して、前記信号入力工程で入力した映像信号の輝度値へ変化させるために必要な応答時間情報を記憶媒体に保持する格納工程と、
   前記信号入力工程で入力した映像信号の輝度値を示す輝度信号を、前記２台の表示装置へ分配する分配比率を決定する決定工程とを備え、
   前記決定工程は、映像信号をフレーム単位で保持するフレームバッファメモリに保持されている前回のフレーム画像による前記２台の表示装置によって生成される投影画像の現在の輝度値と、前記格納工程で前記記憶媒体に格納されている応答時間情報と、前記信号入力工程で入力した映像信号の輝度値とから、前記２台の表示装置によって生成される投影画像の現在の輝度値を、前記信号入力工程で入力した映像信号の輝度値へ変化させるために必要な応答時間が最小となる前記分配比率を決定する
   ことを特徴とする映像信号分配装置の制御方法。
6. 単一の映像信号を分配して２台の表示装置に出力し、該２台の表示装置からの投影画像を同一位置に重畳合成して、前記映像信号に対する投影画像を表示する映像合成表示システムにおける映像信号分配装置の制御をコンピュータに機能させるためのプログラムであって、
   前記コンピュータを、
   映像信号を入力する信号入力手段と、
   前記映像信号をフレーム単位で保持するフレームバッファメモリと、
   前記２台の表示装置によって生成される投影画像で再現され得る輝度値それぞれに対して、前記信号入力手段で入力した映像信号の輝度値へ変化させるために必要な応答時間情報を保持する格納手段と、
   前記信号入力手段で入力した映像信号の輝度値を示す輝度信号を、前記２台の表示装置へ分配する分配比率を決定する決定手段として機能させ、
   前記決定手段は、前記フレームバッファメモリに保持されている前回のフレーム画像による前記２台の表示装置によって生成される投影画像の現在の輝度値と、前記格納手段に格納されている応答時間情報と、前記信号入力手段で入力した映像信号の輝度値とから、前記２台の表示装置によって生成される投影画像の現在の輝度値を、前記信号入力手段で入力した映像信号の輝度値へ変化させるために必要な応答時間が最小となる前記分配比率を決定する
   ことを特徴とするプログラム。

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